JP2010199271A - Multilayer piezoelectric element, manufacturing method thereof, and vibrator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層型圧電素子およびその製法ならびに振動体に関し、特に、コンピュータ、携帯電話機または小型端末機器用の平面スピーカ装置に用いられるバイモルフ型またはユニモルフ型の積層型圧電素子およびその製法ならびに振動体に関するものである。 The present invention relates to a multilayer piezoelectric element, a manufacturing method thereof, and a vibrating body, and more particularly, to a bimorph type or unimorph type multilayer piezoelectric element used in a flat speaker device for a computer, a mobile phone or a small terminal device, a manufacturing method thereof, and a vibrating body It is about.
従来の積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、圧電体層の積層方向に形成された長方形状の一対の主面と内部電極層が長手方向に交互に引き出された一対の側面とを有する板状の積層体と、この積層体の長手方向の両端部に設けられた外部電極とを具備している。 A conventional multilayer piezoelectric element is formed by alternately laminating piezoelectric layers and internal electrode layers, and a pair of rectangular main surfaces formed in the laminating direction of the piezoelectric layers and internal electrode layers alternate in the longitudinal direction. A plate-like laminate having a pair of side surfaces drawn to the outside, and external electrodes provided at both ends in the longitudinal direction of the laminate.
従来の振動体は、図7に示すように、上記のような積層型圧電素子の一方の主面を支持板に接着剤を用いて接合することにより、バイモルフ型(図7(a))およびユニモルフ型(図7(b))の振動体を作製していた(例えば、特許文献1参照)。 As shown in FIG. 7, the conventional vibrating body has a bimorph type (FIG. 7A) and a main surface of the multilayer piezoelectric element as described above bonded to a support plate using an adhesive. A unimorph type (FIG. 7B) vibrator was produced (see, for example, Patent Document 1).
従来の振動体は、図7(a)に示すように、積層型圧電素子30、36を支持板34の上下面に底面側接着剤層35で接合して構成されている。
As shown in FIG. 7A, the conventional vibrating body is configured by bonding laminated
すなわち、積層型圧電素子30、36は、7層の圧電体31と6層の内部電極層32とを交互に積層してなる積層体と、この積層体の上下の主面に形成された表面電極層33aと、積層体の長手方向の両端部にそれぞれ設けられた一対の外部電極33bとを具備している。積層体は板状であり、上下の主面が長方形状とされ、積層体の長手方向には、内部電極層32が交互に引き出された一対の側面を有し、この一対の側面にはそれぞれ外部電極33bが設けられている。外部電極33bは積層体の支持板側の主面よりも支持板34側に突出している。
That is, the multilayer
6層の内部電極層32と2層の表面電極層33aは交互に電極層とされており、一対の外部電極33bには、積層体の側面において3層ずつの内部電極層32及び1層ずつの表面電極層33aが電気的に接続されている。
The six
通常、支持板34に接着剤を塗布し、この接着剤層35に積層型圧電素子30、36を押し当て、接合されるが、図7(b)に示すように、支持板34上に接着剤層35を厚く、かつ積層型圧電素子30、36の主面の面積よりも広い面積で塗布し、この接着剤層35が乾燥する前に積層型圧電素子30、36を押し当てた状態で乾燥させて接合していた。
Usually, an adhesive is applied to the
しかしながら、従来の振動体では、外部電極33bが、積層体の主面よりも支持板34側に突出していたため、接着剤層35の塗布量が十分でないと外部電極33bと支持板34が接触してしまい、絶縁性が確保できないという問題があった。
However, in the conventional vibrating body, the
また、積層体の支持板34側の主面には、積層型圧電素子30、36を有効に振動すべく、表面電極層33aが形成されており、この表面電極層33aと支持板34との電気的導通を阻止するためにも、接着剤層35の厚みhを厚くせざるを得なかった。
In addition, a
本発明は、外部電極と支持板との接触を防ぎ絶縁信頼性を向上できる積層型圧電素子およびその製法、振動体およびその製法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a laminated piezoelectric element that can prevent contact between an external electrode and a support plate and improve insulation reliability, a manufacturing method thereof, a vibrating body, and a manufacturing method thereof.
本発明の積層型圧電素子は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、一対の長方形状の主面と該主面の長手方向の両端側に設けられた一対の側面とを有する板状の積層体と、該積層体の前記一対の側面にそれぞれ設けられ前記内部電極層と電気的に接続された一対の外部電極とを具備してなる素子本体に、前記積層体の一方の前記主面と前記側面とで形成された角部を、前記側面に形成された前記外部電極とともに斜めに切断除去して傾斜面を形成してなることを特徴とする。 The multilayer piezoelectric element of the present invention is formed by alternately laminating piezoelectric layers and internal electrode layers, and includes a pair of rectangular main surfaces and a pair of side surfaces provided on both ends in the longitudinal direction of the main surfaces. And a pair of external electrodes provided on the pair of side surfaces of the laminate and electrically connected to the internal electrode layer. A corner portion formed by one of the main surface and the side surface is obliquely cut and removed together with the external electrode formed on the side surface to form an inclined surface.
本発明の積層型圧電素子では、外部電極が積層体の一方の主面から突出していないため、この積層型圧電素子を用いて、例えば、支持板に接着剤層を介して接合した振動体を作製する場合、外部電極と支持板との接触を防止でき、外部電極と、この外部電極と本来導通してはならない導体からなる支持板もしくは支持板に形成された配線導体との導通を阻止でき、振動体の絶縁信頼性を向上できる。 In the multilayer piezoelectric element of the present invention, since the external electrode does not protrude from one main surface of the multilayer body, for example, a vibrating body bonded to a support plate via an adhesive layer is used by using this multilayer piezoelectric element. When manufacturing, it is possible to prevent contact between the external electrode and the support plate, and it is possible to prevent conduction between the external electrode and a wiring conductor formed on the support plate or the support plate made of a conductor that should not be electrically connected to the external electrode. In addition, the insulation reliability of the vibrator can be improved.
また、本発明の積層型圧電素子の製法は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、一対の長方形状の主面と該主面の長手方向の両端側に設けられた一対の側面とを有する板状の積層体に、該積層体の前記一対の側面に前記内部電極層と電気的に接続する一対の外部電極をそれぞれ設けてなる素子本体を作製する工程と、前記積層体の一方の前記主面と前記側面とで形成された角部を、前記側面に形成された前記外部電極とともに斜めに切断除去して前記素子本体に傾斜面を形成する工程とを具備することを特徴とする。 Also, the method for producing a laminated piezoelectric element according to the present invention is formed by alternately laminating piezoelectric layers and internal electrode layers, and is provided on a pair of rectangular main surfaces and both longitudinal ends of the main surfaces. Producing a device body comprising a plate-like laminate having a pair of side surfaces and a pair of external electrodes electrically connected to the internal electrode layer on the pair of side surfaces of the laminate, A step of forming an inclined surface in the element body by obliquely cutting and removing a corner formed by one of the main surface and the side surface of the laminate together with the external electrode formed on the side surface. It is characterized by that.
一般に、積層体の厚みが薄い場合には、外部電極が積層体の一方の主面から突出しないように、外部電極を積層体の側面だけに形成することが困難であるが、本発明では、積層体の厚みが薄い場合であっても、例えば、積層体の長手方向の両端部に、例えば浸漬塗布法にて積層体の一方の主面から突出するように外部電極を形成した後、積層体の一方の主面と側面とで形成された角部を、側面に形成された外部電極とともに斜めに切断除去して傾斜面を形成するため、外部電極が積層体の一方の主面から突出していない積層型圧電素子を容易に作製することができる。これにより、例えば、支持板に積層型圧電素子を接合してなる振動体を容易に作製することができるとともに、外部電極と支持板との接触を防止でき、外部電極と、この外部電極と本来導通してはならない導体からなる支持板もしくは支持板に形成された配線導体とを確実に絶縁することができる。 In general, when the thickness of the laminate is thin, it is difficult to form the external electrode only on the side surface of the laminate so that the external electrode does not protrude from one main surface of the laminate. Even if the thickness of the laminate is thin, for example, after forming external electrodes on both ends in the longitudinal direction of the laminate so as to protrude from one main surface of the laminate by a dip coating method, for example, In order to form an inclined surface by obliquely cutting and removing the corner formed by one main surface and the side surface of the body together with the external electrode formed on the side surface, the external electrode protrudes from one main surface of the laminate. It is possible to easily produce a laminated piezoelectric element that is not present. As a result, for example, it is possible to easily manufacture a vibrating body in which a laminated piezoelectric element is bonded to a support plate, and it is possible to prevent contact between the external electrode and the support plate. It is possible to reliably insulate a support plate made of a conductor that should not be conducted or a wiring conductor formed on the support plate.
また、本発明の積層型圧電素子の製法は、前記素子本体を作製する工程において、前記積層体の他方の主面に前記一対の外部電極のうち一方と電気的に接続する表面電極層を形成することを特徴とする。 Further, in the method of manufacturing the multilayer piezoelectric element of the present invention, in the step of manufacturing the element body, a surface electrode layer electrically connected to one of the pair of external electrodes is formed on the other main surface of the multilayer body. It is characterized by doing.
本発明の振動体は、請求項1に記載の前記積層型圧電素子の前記積層体の一方の前記主面を、接着剤層により支持板に接合してなることを特徴とする。このような振動体では、外部電極と、この外部電極と本来導通してはならない導体からなる支持板もしくは支持板に形成された配線導体との導通を阻止でき、振動体の絶縁信頼性を向上できる。 The vibrating body according to the present invention is characterized in that one main surface of the multilayer body of the multilayer piezoelectric element according to claim 1 is bonded to a support plate by an adhesive layer. In such a vibrating body, it is possible to prevent conduction between the external electrode and a support plate made of a conductor that should not be electrically connected to the external electrode or a wiring conductor formed on the support plate, thereby improving the insulation reliability of the vibrating body. it can.
本発明の積層型圧電素子では、外部電極が積層体の一方の主面から突出していないため、この積層型圧電素子を、支持板に接着剤層を介して接合した振動体を作製すると、外部電極と、この外部電極と本来導通してはならない導体からなる支持板もしくは支持板に形成された配線導体との導通を阻止でき、振動体の絶縁信頼性を向上できる。 In the multilayer piezoelectric element of the present invention, the external electrode does not protrude from one main surface of the multilayer body. Therefore, when a vibrating body in which the multilayer piezoelectric element is bonded to the support plate via the adhesive layer is produced, It is possible to prevent conduction between the electrode and a support plate made of a conductor that should not be electrically connected to the external electrode or a wiring conductor formed on the support plate, thereby improving the insulation reliability of the vibrator.
本発明の積層型圧電素子の製法では、例えば、積層体の長手方向の両端部に浸漬塗布法にて外部電極を形成した後、積層体の一方の主面と側面とで形成された角部を、側面に形成された外部電極とともに斜めに切断除去して傾斜面を形成するため、外部電極が積層体の一方の主面から突出していない積層型圧電素子を容易に作製することができる。このような積層型圧電素子の傾斜面が形成された側の積層体の主面を接着剤層を介して支持板に接合するため、支持板側には外部電極が突出しておらず、外部電極と支持板との接触を防止でき、外部電極と、この外部電極と本来導通してはならない導体からなる支持板もしくは支持板に形成された配線導体とを確実に絶縁することができる。 In the manufacturing method of the multilayer piezoelectric element of the present invention, for example, after forming external electrodes by dip coating on both ends in the longitudinal direction of the multilayer body, corners formed by one main surface and side surfaces of the multilayer body Since the inclined surface is formed by obliquely cutting and removing together with the external electrode formed on the side surface, a multilayer piezoelectric element in which the external electrode does not protrude from one main surface of the multilayer body can be easily produced. Since the main surface of the laminated body on the side where the inclined surface of the multilayer piezoelectric element is formed is bonded to the support plate via the adhesive layer, the external electrode does not protrude on the support plate side, and the external electrode Between the external electrode and the support plate made of a conductor that should not be electrically connected to the external electrode or the wiring conductor formed on the support plate can be reliably insulated.
(第1形態)
以下、本発明の積層型圧電素子を用いた振動体の一実施形態を図1、図2に基づいて説明する。図1は本発明のバイモルフ型の振動体の断面図を、図2は平面図を示す。
(First form)
Hereinafter, an embodiment of a vibrating body using the multilayer piezoelectric element of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of a bimorph type vibrator of the present invention, and FIG. 2 is a plan view.
本発明のバイモルフ型の振動体は、図1、2に示すように、積層型圧電素子1、3を接着剤層6により支持板5の上下面にそれぞれ接合して構成されている。尚、本発明は、バイモルフ型の振動体に限定されるものではなく、支持板5の片側に積層型圧電素子が接合されたユニモルフ型の振動体であっても本発明の効果は得られる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the bimorph type vibrating body of the present invention is configured by bonding laminated piezoelectric elements 1 and 3 to the upper and lower surfaces of a
積層型圧電素子1、3は、6層のセラミックスからなる圧電体層7と6層の内部電極層9とを交互に積層してなり、支持板5側の最外側に振動に寄与しない圧電体層7を有する積層体13と、この積層体13の支持板5と反対側に形成された表面電極層15と、積層体13の長手方向xの両端部にそれぞれ設けられた一対の外部電極17、19とを具備している。
The laminated piezoelectric elements 1 and 3 are formed by alternately laminating 6 layers of
尚、図1は理解を容易にするため、積層型圧電素子1、3の厚みを拡大して記載した。 In FIG. 1, the thickness of the laminated piezoelectric elements 1 and 3 is enlarged for easy understanding.
支持板5側の最外側の圧電体層7は、言い換えれば支持板5側に表面電極層が形成されていない圧電体層7と言うことができ、さらに言い換えると不活性層ということができる(以後、積層体13の支持板5側の最外側の圧電体層7を不活性層11ということがある)。
The outermost
積層体15は板状であり、上下の主面が長方形状とされ、積層体15の主面の長手方向xには、内部電極層9が交互に引き出された一対の側面を有している。
The
図1の積層型圧電素子1で説明すると、積層体15の上側の主面は圧電体層7の上面で構成され、積層体13の下側の主面は表面電極層が形成されていない圧電体層7(不活性層11)の下面で構成されており、積層体15の上側の主面には、表面電極層15が形成されている。
Referring to the multilayer piezoelectric element 1 of FIG. 1, the upper main surface of the
この積層型圧電素子1、3の層構成を、図1の積層型圧電素子1で詳細に説明すると、不活性層11と、この最下層の不活性層11の上面に形成された内部電極層9と、この内部電極層9上に形成された圧電体層7と、この圧電体層7の上面に交互に積層された前記内部電極層9、前記圧電体層7と、さらに積層体13の最上層の圧電体層7上に形成された表面電極層15とを具備している。
The layer structure of the multilayer piezoelectric elements 1 and 3 will be described in detail with reference to the multilayer piezoelectric element 1 of FIG. 1. An
1層の不活性層11と、6層の圧電体層7と、6層の内部電極層9とは積層された状態で同時焼成されて構成されている。表面電極層15は、後述するように、積層体13を作製した後、ペーストを塗布し焼き付けて形成されている。
One
不活性層11の厚みは任意に設定できるが、不活性層11の厚みが厚くなると絶縁性を向上できるものの、不活性層11による振動抑制が大きくなるため、良好な振動を得るという点からは薄い方が望ましい。
Although the thickness of the
また、不活性層11は製造上容易という点からは、電極層で挟まれた活性層となる圧電体層7と同一材料で同一厚みを有することが望ましい。これは、積層成形体を作成する際には、圧電体層7と同じグリーンシートを用いて作製することができるからである。
In addition, the
積層体13の長方形状の主面は、幅が5mm以下で、長さが10mm以上であることが望ましい。このような積層型圧電素子では、特に、主面の長手方向xの変位が大きくなり、支持板5に伝達される変位量が大きくなるため、後述するように、底面側の接着材層6による変位吸収を抑制する場合に好適に用いることができる。積層体13の長方形状の主面は、特に幅が5mm以下で、長さが17mm以上の場合に、好適に用いることができる。
The rectangular main surface of the
圧電体層7としては、PZ、PZT、またはBi層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等、従来用いられている圧電セラミックスを用いることができる。圧電体層7の厚みは、低電圧駆動という観点から、10〜100μmとされている。
As the
内部電極層9としては、銀とパラジウムからなる金属成分と圧電体層7を構成する材料成分を含有することが望ましい。内部電極層9に圧電体層7を構成する材料成分を含有することにより、圧電体層7と内部電極層9との熱膨張差による応力を低減することができ、積層不良のない積層型圧電素子1、3を得ることができる。内部電極層9は、特に、銀とパラジウムからなる金属成分に限定されるものではなく、また、セラミック成分として、圧電体層7を構成する材料成分に限定されるものではなく、他のセラミック成分であっても良い。
The
表面電極層15と外部電極17、19は、銀からなる金属成分にガラス成分を含有することが望ましい。ガラス成分を含有することにより、圧電体層7や内部電極層9と、表面電極層15または外部電極17、19との間に強固な密着力を得ることができる。
The
そして、本発明の積層型圧電素子では、積層体13の両側面に外部電極17、19を形成してなる素子本体20に、積層体13の一方の主面と側面とで形成された角部を、側面に形成された外部電極17、19とともに斜めに切断除去して傾斜面20aを形成して構成されている。従って、外部電極17、19の下面は、積層体13の傾斜面20aと同一角度で切断除去されている。
In the multilayer piezoelectric element of the present invention, a corner portion formed by one main surface and side surfaces of the
外部電極17、19は積層体13の側面に形成され、外部電極17、19の上端部は積層体13の側面から、支持板5と反対側の積層体13の主面の長手方向xの両端部まで、外部電極17、19が延設されており、支持板5と反対側の積層体13の主面の長手方向xの一方端部では、外部電極19が表面電極層15に接続され、他方端部では、外部電極17は、圧電体層7上に接合している。
The
外部電極17、19は、主に積層体13の主面の長手方向xの側面に形成されており、積層体13の支持板5側の主面には形成されていない。尚、本発明では、外部電極17、19は、積層体13の支持板5側の主面から突出しないものであればよく、積層体13の主面の長手方向xの側面および主面の幅方向の側面に形成されていても良い。
The
図1の積層型圧電素子1で説明すると、積層型圧電素子1は、6層の内部電極層9と1層の表面電極層15が交互に電極層とされており、一方(左側)の外部電極17には、積層体13の左側の側面において3層の内部電極層9が電気的に接続され、他方(右側)の外部電極19には、積層体13の右側の側面において3層の内部電極層9及び表面電極層15が電気的に接続されている。
Referring to the multilayer piezoelectric element 1 in FIG. 1, the multilayer piezoelectric element 1 has six
外部電極17、19の支持板5側は、不活性層11の支持板5側の主面には形成されておらず、不活性層11の支持板5側の主面から、支持板5側には突出していない。
The
振動体は、積層体13の支持板5側の主面と支持板5とが接着剤層6で接合されている。積層型圧電素子1、3と支持板5との間の接着剤層6の厚みh1は20μm以下とされている。特には、底面側の接着剤層6の厚みh1は10μm以下であることが望ましい。このように、底面側の接着剤層6の厚みh1が20μm以下である場合には、積層体13の振動を支持板5に伝えやすくなるため、好適に用いることができる。一方、底面側の接着剤層6の厚みを薄くしても、不活性層11が積層体13の最外層であり、積層体13の支持板5側の主面には表面電極層が形成されていないため、また、外部電極17、19は、不活性層11の支持板側の面から突出していないため、積層型圧電素子1、3と支持板5との間の絶縁性を確保できる。
In the vibrating body, the main surface of the
また、積層体13の圧電体層7の積層数が30層以下である場合には、積層型圧電素子の変位が小さいため、積層型圧電素子の変位を効率よく支持板に伝達する必要があるため、より好適に用いることができる。
Further, when the number of stacked
積層体13の厚みは700μm以下であることが望ましい。これにより、バイモルフやユニモルフとして使用した場合に、大きな振動を得ることができる。
The thickness of the
底面側の接着剤層6を形成するための接着剤としては、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリエステル系樹脂等公知のものを使用することができる。接着剤に使用する樹脂の硬化方法としては、熱硬化性、光硬化性、嫌気性硬化等いずれを用いても振動体を作製することができる。
As an adhesive for forming the
尚、図3に示すように、底面側の接着剤層6だけでなく、側面側の接着剤層21により、積層型圧電素子1、3を支持板5に接合することにより、落下時等の衝撃による積層型圧電素子1、3の支持板5からの剥離を抑制できる。
As shown in FIG. 3, the laminated piezoelectric elements 1 and 3 are joined to the
本発明の振動体は、外部電極19を絶縁性の支持板5に形成された電極パターン、または導電性の支持板5そのものに導通せしめ、この外部電極17、19間に電圧を印加し、積層型圧電素子1、3が駆動することになる。また、積層型圧電素子1と積層型圧電素子3とは、一方が縮み他方が延びるように電圧が印加される。これにより、図1、3に示すようなバイモルフ型の振動体は、大きく振動することになる。
In the vibrating body of the present invention, the
尚、図4に、支持板5が金属または合金からなり、一方の外部電極17と支持板5とを導通するための導体層25を形成した振動体を示す。
FIG. 4 shows a vibrating body in which the
次に、本発明の振動体の製造方法について図5を基に説明する。まず、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を混練し、スラリーを作製する。圧電材料としては、鉛系、非鉛系のうちいずれでも使用することができる。 Next, the manufacturing method of the vibrating body of this invention is demonstrated based on FIG. First, a binder, a dispersant, a plasticizer, and a solvent are kneaded with the piezoelectric material powder to prepare a slurry. As the piezoelectric material, any of lead-based and non-lead-based materials can be used.
次に、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを得ることができ、グリーンシートに内部電極ペーストを印刷して内部電極パターンを形成し、この電極パターンが形成されたグリーンシートを所望の枚数積層し、最上層にはグリーンシートのみ積層して、積層成形体を作製する。 Next, the obtained slurry can be formed into a sheet shape to obtain a green sheet, and an internal electrode pattern is formed by printing an internal electrode paste on the green sheet, and a green sheet on which this electrode pattern is formed is desired Are laminated, and only the green sheet is laminated on the uppermost layer to produce a laminated molded body.
次に、この積層成形体を脱脂、焼成し、所定寸法にカットすることにより積層体13を得ることができる。積層体13は、必要に応じて外周部を加工し、積層体13の圧電体層7の積層方向の片側主面に表面電極層15のペーストを印刷し、引き続き、積層体13の長手方向xの両側面に外部電極17、19のペーストを印刷し、所定の温度で電極の焼付けを行うことにより、素子本体20を得ることができる。
Next, the laminate 13 can be obtained by degreasing, firing, and cutting the laminate compact to a predetermined size. The
外部電極17、19は、積層体の厚みが薄い場合、特に700μm以下の場合には、ペースト塗布法で外部電極17、19を形成する場合には、図5(a)に示すように、積層体13の長手方向xの両側面だけでなく、両主面にも少し形成されてしまう。このままの状態で支持板に接合すると、図7に示すように、外部電極が、積層体の主面よりも支持板側に突出してしまい、接着剤層の塗布量が十分でないと外部電極と支持板が接触してしまい、絶縁性が低下する。
As shown in FIG. 5 (a), when the
そこで、図5(a)の破線で示すように、素子本体20の積層体13の一方の主面と側面とで形成された角部cを、側面に形成された外部電極17、19とともに斜めに切断除去して、図5(b)(c)に示すように、素子本体20に傾斜面20aを形成する。
Therefore, as shown by a broken line in FIG. 5A, the corner portion c formed by one main surface and the side surface of the
切断除去は、例えば、ダイシング加工や一般的に用いられている研磨により行うことができる。 The cutting and removing can be performed by, for example, dicing or generally used polishing.
切断除去する範囲は、外部電極17、19と接続される内部電極層9との接続が断線しないような範囲とされ、具体的には、不活性層11の厚み未満の部分とされている。不活性層が2層以上存在する場合には、その合計厚み未満で切断除去することができる。
The range to be cut and removed is a range in which the connection with the
このように積層体13の両端部に外部電極17、19を形成した後、積層体13の角部cとともに外部電極17、19の端部を切断除去するため、積層体13に外部電極17、19を形成する際に、積層体13の側面だけに形成するように制御する必要がなく、簡単な製法で、例えば、浸漬塗布法等より作成した後、積層体13の角部cとともに外部電極17、19を切断除去することにより、外部電極17、19が積層体13の支持板5側の主面から突出することをなくすことができる。
After forming the
次に、積層型圧電素子1、3に圧電性を付与するために表面電極層15または外部電極17、19を通じて直流電圧を印加して、積層型圧電素子1、3の分極を行う。
Next, in order to impart piezoelectricity to the multilayer piezoelectric elements 1 and 3, a DC voltage is applied through the
次に、支持板5に接着剤を塗布して、その支持板5上に積層型圧電素子1、3の傾斜面20a側を押し当て、この後、接着剤を熱や紫外線を照射することにより硬化させ、本発明の振動体を得ることができる。
Next, an adhesive is applied to the
本発明の振動体では、外部電極17、19と支持板5との接触、支持板5と不活性層11との間の導通を考慮する必要がないので、支持板5と不活性層11との間の接着剤層6の厚みを薄くでき、接着剤層6での変位吸収が少なくなり、積層型圧電素子1、3による変位を、支持板5に効果的に作用せしめることができ、従来よりも変位量を向上できる。
In the vibrating body of the present invention, it is not necessary to consider the contact between the
また、外部電極17、19は、積層体13の支持板5側の主面には形成されていないため、従来のように、積層型圧電素子1、3を接着剤層6で支持板5に接合する際にも、外部電極17、19と支持板5との接触を防止でき、外部電極17、19と支持板5との絶縁信頼性を向上できるとともに、積層型圧電素子1、3に無理な力が作用せず、クラック発生を抑制することができる。
(第2形態)
図1に示したように、積層体13の主面の長さが長くなればなるほど、言い換えれば、積層体13の長さが長くなればなるほど、焼成時における内部電極層9の主面の長手方向xの収縮量が大きくなり、積層体13の側面から内部電極層9の先端の凹み量が大きくなるため、通常は、焼成した後、カットして内部電極層9を積層体13の側面に露出させ、この側面に外部電極17、19を形成し、接続信頼性を図ることが行われているが、本発明では、焼成後にカットすることなく、外部電極17、19の積層体13側面からの接合強度を向上するため、積層体13の側面を焼き肌面とすることが望ましい。
Further, since the
(Second form)
As shown in FIG. 1, the longer the length of the main surface of the
この形態について、説明する。この形態の振動体では、図6に示すように、積層体13の支持板5側の主面と支持板5とが底面側の接着剤層6で接合され、かつ外部電極17、19の露出面の一部、傾斜面20aと支持板5とが側面側の接着剤層21で接合されている。言い換えれば、側面側の接着剤層21は、外部電極17、19の露出面の一部および傾斜面20aに付着し、裾が広がるようにして支持板5の表面にも付着している。
This form will be described. In the vibrating body of this form, as shown in FIG. 6, the main surface on the
側面側の接着剤層21は、底面側の接着剤層6と連続しており、本発明では、不活性層11の傾斜面20a以外の部分と支持板5との間の接着剤層を底面側の接着剤層6とし、それよりも外側に位置する接着剤層を側面側の接着剤層21と定義した。
The
そして、この形態では、積層体13の一対の側面が焼き肌面とされている。従って、積層体13の主面の長手方向xの側面は圧電体層7を構成するセラミック粒子による形状が反映され、図6(b)に示すように、セラミック粒子により凹凸が形成されている。また、内部電極層9の焼成収縮により、積層体13の側面には開口部が形成されており、セラミック粒子による凹凸が形成されている。また、内部電極層9の焼成収縮による開口部を有する側面に、外部電極17、19の電極ペーストを塗布して外部電極17、19を形成することにより、セラミック粒子による凹凸に外部電極材料が噛み込み、また開口部に外部電極材料が入り込み、この状態で焼き付き、積層体13の側面への外部電極17、19の接合強度を向上することができる。
And in this form, a pair of side surface of the
特に、外部電極17、19の支持板5側は、積層体13の支持板5側の主面には形成されておらず、積層体13への外部電極17、19の接合強度が低下し易いため、この形態を好適に用いることができる。また、焼結後、積層体13の側面を平坦にする等の加工をしないため、加工費用を削減でき、作製コストを削減できる。
In particular, the
ここで、焼き肌面とは、焼結後、ダイシングやバレルなどの積層体13の側面を平坦にする等の加工をせず、焼結後そのままの磁器表面を有することをいう。 Here, the burned surface means having a porcelain surface as it is after sintering without performing any processing such as flattening the side surface of the laminate 13 such as dicing or barrel after sintering.
次に、上記振動体の製造方法について説明する。第1形態のようにして積層成形体を作製する。この積層成形体を所望の形状に切断し、個片状の素子用積層成形体を作製する。切断する際は、内部電極パターンが素子用積層成形体の側面に、交互に露出するように切断する。 Next, a method for manufacturing the vibrating body will be described. A laminated molded body is produced as in the first embodiment. This laminated molded body is cut into a desired shape to produce a piece-shaped laminated molded body for an element. When cutting, the internal electrode pattern is cut so as to be alternately exposed on the side surface of the element laminated molded body.
次に、この素子用積層成形体を脱脂、焼成することにより積層体13を得ることができる。焼成後、積層体13の外部電極17、19が形成される側面は、何ら加工されないため、圧電体層7の側面は、圧電体層7を構成するセラミック粒子により凹凸が形成されている。また、内部電極層9は圧電体層7に比べ焼結収縮が大きいため、外部電極17、19と接続されるはずの内部電極層9の先端は、積層体13の側面から少々凹んで存在しており、言い換えると、積層体13の側面には、内部電極層9の収縮による開口部が形成されている。
Next, the
この後、積層体13の圧電体層7の積層方向の両主面に表面電極層15のペーストを印刷し、引き続き、積層体13の長手方向xの両側面に外部電極17、19のペーストを印刷し、所定の温度で電極の焼付けを行い、素子本体2の角部cを切断除去することにより、図6に示す積層型圧電素子1、3を得ることができる。外部電極17、19のペーストを印刷、焼き付けすることにより、上記積層体13の側面に形成された開口部には外部電極17、19のペーストが入り込み、内部電極層9に外部電極17、19が接続されることになる。尚、積層体13の長さが長く、内部電極層9の焼成収縮量が大きく、開口部が長い場合には、真空引きすることにより、開口部に外部電極17、19のペーストを入り易くし、内部電極層9と外部電極17、19との接続を確実に行うことができる。
Thereafter, the paste of the
Zrの一部をSbで置換したチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を含有する圧電粉末と、バインダーと、分散剤と、可塑剤と、溶剤とをボールミル混合により24時間混練してスラリーを作製した。 A slurry was prepared by kneading a piezoelectric powder containing lead zirconate titanate (PZT) in which a part of Zr was substituted with Sb, a binder, a dispersant, a plasticizer, and a solvent by ball mill mixing for 24 hours. .
得られたスラリーを用いてドクターブレード法によりグリーンシートを作製した。このグリーンシートに電極材料としてAgおよびPdを含有する電極ペーストをスクリーン印刷法により所定形状に塗布し、該電極ペーストが塗布されたグリーンシートを12層積層し、最上層には電極ペーストが塗布されていないグリーンシートを1層重ね合わせて加圧し、積層成形体を作製した。そして、この積層成形体を500℃、1時間、大気中で脱脂し、その後、1100℃、3時間、大気中で焼成し、積層体を得た。 A green sheet was produced by the doctor blade method using the obtained slurry. An electrode paste containing Ag and Pd as an electrode material is applied to the green sheet in a predetermined shape by screen printing, and 12 layers of green sheets coated with the electrode paste are laminated, and the electrode paste is applied to the uppermost layer. One layer of green sheets not stacked was pressed and pressed to prepare a laminated molded body. And this laminated molded object was degreased in air | atmosphere for 1 hour at 500 degreeC, Then, it baked in air | atmosphere for 1100 degreeC for 3 hours, and obtained the laminated body.
次に、得られた積層体の長手方向xの両端面部をダイシング加工によりカットし、内部電極層の先端を積層体の側面に露出させ、積層体の片側主面に表面電極層を形成すべく、電極材料としてAgとガラスを含有する電極ペーストを、積層体の主面の片側にスクリーン印刷法により塗布し、その後、長手方向xの両側面に、外部電極材料としてAgとガラスを含有する電極ペーストを浸漬積塗布(ディップ法)により塗布し、700℃、10分、大気中で焼き付け、図5(a)に示すような素子本体を作製した。 Next, both end surface portions in the longitudinal direction x of the obtained laminate are cut by dicing, the front ends of the internal electrode layers are exposed on the side surfaces of the laminate, and a surface electrode layer is formed on one main surface of the laminate. An electrode paste containing Ag and glass as an electrode material is applied to one side of the main surface of the laminate by screen printing, and then an electrode containing Ag and glass as an external electrode material on both side surfaces in the longitudinal direction x. The paste was applied by dip product application (dip method) and baked in the atmosphere at 700 ° C. for 10 minutes to produce an element body as shown in FIG.
この素子本体を図5(a)に破線で示すように、ダイシングにより切断除去し、図5(b)(c)に示すような積層型圧電素子を作製した。 The element body was cut and removed by dicing as shown by a broken line in FIG. 5A to produce a multilayer piezoelectric element as shown in FIGS. 5B and 5C.
作製された積層体の主面の寸法は幅3.5mm、長さ26mmであり、圧電体層の厚みは30μm、内部電極層の厚みは3μmであった。不活性層は圧電体層と同一材料からなり、その厚みは、圧電体層の厚みと同様30μmであった。積層体全体の厚みは、約440μmであった。 The dimensions of the main surface of the produced laminate were 3.5 mm in width and 26 mm in length, the thickness of the piezoelectric layer was 30 μm, and the thickness of the internal electrode layer was 3 μm. The inactive layer is made of the same material as that of the piezoelectric layer, and the thickness thereof is 30 μm like the thickness of the piezoelectric layer. The total thickness of the laminate was about 440 μm.
次に、積層型圧電素子の外部電極を通して内部電極層間及び内部電極層と表面電極間に100V、2分間電圧を印加し分極を行った。 Next, polarization was performed by applying a voltage of 100 V for 2 minutes between the internal electrode layers and between the internal electrode layer and the surface electrode through the external electrodes of the multilayer piezoelectric element.
次に、厚み0.2mmの42アロイ(合金製)の支持板を準備し、支持板の片側主面に熱硬化型のエポキシ樹脂からなる接着剤を塗布し、接着剤を塗布した支持板の部分に積層型圧電素子を押し付け、120℃、1時間、空気中で接着剤を硬化させ、厚さ10μmの底面側の接着剤層を形成した。さらに外部電極の表面に導体層を形成し支持板と電気的に接合し、一つの積層型圧電素子だけ支持板に接合した、ユニモルフ型の振動体を10個作製した。 Next, a 42 alloy (made of alloy) support plate having a thickness of 0.2 mm was prepared, an adhesive made of a thermosetting epoxy resin was applied to one main surface of the support plate, and the support plate coated with the adhesive was applied. The laminated piezoelectric element was pressed onto the part, and the adhesive was cured in air at 120 ° C. for 1 hour to form an adhesive layer on the bottom side having a thickness of 10 μm. Furthermore, a conductor layer was formed on the surface of the external electrode and electrically joined to the support plate, and 10 unimorph type vibrators were produced in which only one laminated piezoelectric element was joined to the support plate.
作製されたユニモルフ型振動体10個について、支持板と積層型圧電素子の外部電極間の絶縁抵抗を測定したところ、10個とも1GΩ以上であり、全て絶縁性が良好であった。また、作製されたユニモルフ型振動体について、振動体に外部電極を介して5Vの電圧を印加して変位させ、その変位量をレーザー変位計で測定したところ、18.4〜18.6μmであった。 With respect to 10 produced unimorph-type vibrators, when the insulation resistance between the support plate and the external electrodes of the multilayer piezoelectric element was measured, all 10 were 1 GΩ or more, and all of them had good insulation. Further, the produced unimorph type vibrating body was displaced by applying a voltage of 5 V to the vibrating body through an external electrode, and the amount of displacement was measured with a laser displacement meter, which was 18.4 to 18.6 μm. It was.
比較例として、電極ペーストが塗布されたグリーンシートを12層積層し、最上層には電極ペーストが塗布されていないグリーンシートを1層重ね合わせて加圧し、積層成形体を作製し、上記と同様にして焼成した後、カットして積層体を作製した。この積層体の両主面に表面電極層を形成した積層型圧電素子を形成し、この積層型圧電素子を、厚さ25μmの底面側の接着剤層で支持板に接合し、図7(b)に示すようなユニモルフ型の振動体を10個作製した。
作製されたユニモルフ型振動体10個について、支持板と積層型圧電素子の外部電極間の絶縁抵抗を測定したところ、10個中2個が10MΩ以下であり、絶縁性が低いものであった。また、本発明品と同様、変位量を測定したところ、17.6〜18μmであった。
As a comparative example, 12 layers of green sheets coated with electrode paste are laminated, and one green sheet without electrode paste is laminated on top layer and pressed to produce a laminated molded body. After firing, the laminate was cut to produce a laminate. A multilayer piezoelectric element having surface electrode layers formed on both main surfaces of the multilayer body is formed, and the multilayer piezoelectric element is bonded to a support plate with an adhesive layer on the bottom surface side having a thickness of 25 μm. Ten unimorph type vibrators as shown in FIG.
For 10 produced unimorph-type vibrators, the insulation resistance between the support plate and the external electrodes of the multilayer piezoelectric element was measured. As a result, 2 out of 10 were 10 MΩ or less, and the insulation was low. Moreover, when the amount of displacement was measured similarly to the product of the present invention, it was 17.6 to 18 μm.
上記実施例1と同様に、電極ペーストが塗布されたグリーンシートを12層積層し、最上層には電極ペーストが塗布されていないグリーンシートを1層重ね合わせて加圧し、積層成形体を作製した。この積層成形体を、長手方向の側面に内部電極層の電極パターンが一層おきに露出するように所定形状に切断して、積層成形体を作製した。 In the same manner as in Example 1, 12 layers of green sheets coated with electrode paste were laminated, and one green sheet not coated with electrode paste was stacked and pressed on the top layer to produce a laminated molded body. . This laminated molded body was cut into a predetermined shape so that every other electrode pattern of the internal electrode layer was exposed on the side surface in the longitudinal direction, thereby producing a laminated molded body.
そして、これらの積層成形体を500℃、1時間、大気中で脱脂し、その後、1100℃、3時間、大気中で焼成し、積層体を得た。 And these laminated moldings were degreased in the air at 500 ° C. for 1 hour, and then fired in the air at 1100 ° C. for 3 hours to obtain a laminated body.
次に、積層体の片側主面に表面電極層を形成すべく、電極材料としてAgとガラスを含有する電極ペーストを、積層体の主面にスクリーン印刷法により塗布し、その後、長手方向xの両側面に、外部電極材料としてAgとガラスを含有する電極ペーストをディップ法により塗布し、700℃、10分、大気中で焼き付け、素子本体を作製した。 Next, in order to form a surface electrode layer on one main surface of the laminate, an electrode paste containing Ag and glass as an electrode material is applied to the main surface of the laminate by screen printing, and then in the longitudinal direction x. An electrode paste containing Ag and glass as an external electrode material was applied to both sides by a dip method, and baked in the air at 700 ° C. for 10 minutes to produce a device body.
この素子本体をダイシングにより切断除去し、図6(b)(c)に示すような積層型圧電素子を作製した。 This element body was cut and removed by dicing to produce a multilayer piezoelectric element as shown in FIGS.
作製された積層体の主面の寸法は幅3.5mm、長さ26mmであり、圧電体層の厚みは30μm、内部電極層9の厚みは3μmであった。不活性層は圧電体層と同一材料からなり、その厚みは、圧電体層の厚みと同様30μmであった。積層体全体の厚みは、約440μmであった。
The dimensions of the main surface of the produced laminate were 3.5 mm in width and 26 mm in length, the thickness of the piezoelectric layer was 30 μm, and the thickness of the
次に、積層型圧電素子の外部電極を通して内部電極層間及び内部電極層と表面電極間に100V、2分間電圧を印加し分極を行った。 Next, polarization was performed by applying a voltage of 100 V for 2 minutes between the internal electrode layers and between the internal electrode layer and the surface electrode through the external electrodes of the multilayer piezoelectric element.
次に、厚み0.2mmの42アロイ(合金製)の支持板を準備し、支持板の片側主面に熱硬化型のエポキシ樹脂からなる接着剤を塗布し、接着剤を塗布した支持板の部分に積層型圧電素子を押し付け、120℃、1時間、空気中で接着剤を硬化させ、厚さ10μmの底面側の接着剤層を形成した。さらに外部電極の表面に導体層を形成し支持板と電気的に接合し、一つの積層型圧電素子だけ支持板に接合した、バイモルフ型の振動体を10個作製した。 Next, a 42 alloy (made of alloy) support plate having a thickness of 0.2 mm was prepared, an adhesive made of a thermosetting epoxy resin was applied to one main surface of the support plate, and the support plate coated with the adhesive was applied. The laminated piezoelectric element was pressed onto the part, and the adhesive was cured in air at 120 ° C. for 1 hour to form an adhesive layer on the bottom side having a thickness of 10 μm. Further, ten bimorph type vibrators were produced in which a conductor layer was formed on the surface of the external electrode and electrically joined to the support plate, and only one laminated piezoelectric element was joined to the support plate.
積層体の側面部を観察したところ、図6(b)に示すように、圧電体層の側面の形状が圧電材料の粒子形状を反映した凹凸形状であった。また、内部電極層が積層体の側面まで到達しておらず、外部電極が内部電極層の開口部に入り込んだ状態であった。 When the side surface portion of the laminated body was observed, as shown in FIG. 6B, the shape of the side surface of the piezoelectric layer was an uneven shape reflecting the particle shape of the piezoelectric material. Further, the internal electrode layer did not reach the side surface of the laminate, and the external electrode was in a state of entering the opening of the internal electrode layer.
これについても、支持板と積層型圧電素子の外部電極間の絶縁抵抗を測定したところ、10個とも1GΩ以上であり、全て絶縁性が良好であった。また、変位量を測定したところ、変位量は18.5〜19μmであった。 Also in this case, when the insulation resistance between the support plate and the external electrode of the multilayer piezoelectric element was measured, all 10 pieces were 1 GΩ or more, and all the insulation properties were good. Moreover, when the amount of displacement was measured, the amount of displacement was 18.5-19 micrometers.
1、3・・・積層型圧電素子
5・・・支持板
6・・・底面側の接着剤層
7・・・圧電体層
9・・・内部電極層
11・・・不活性層
13・・・積層体
15・・・表面電極層
17、19・・・外部電極
20・・・素子本体
20a・・・傾斜面
x・・・主面の長手方向
c・・・角部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 3 ... Laminated
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