JP2024034327A - Piezoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電素子に関する。 The present invention relates to piezoelectric elements.
従来、一対の導体層の間に圧電素体が介在する駆動部を備えた圧電素子が知られており、このような圧電素子においては一対の導体層の間に電圧を印加することで駆動部が変位する(たとえば所定の方向に伸長する)。下記特許文献1に開示された圧電素子は、内部電極が設けられた圧電体層が複数積層された積層構造を有する圧電素体を有し、積層方向において隣り合う内部電極は同一層内に位置する複数のビア導体(ビア導体群)を介して接続されており、かつ、積層方向において隣り合うビア導体群のビア導体は積層方向から見て重畳していない。 Conventionally, piezoelectric elements are known that have a driving section in which a piezoelectric element is interposed between a pair of conductor layers. is displaced (e.g., elongated in a predetermined direction). The piezoelectric element disclosed in Patent Document 1 below has a piezoelectric element body having a laminated structure in which a plurality of piezoelectric layers provided with internal electrodes are laminated, and internal electrodes that are adjacent in the lamination direction are located in the same layer. The via conductors of the via conductor groups that are adjacent to each other in the stacking direction do not overlap when viewed from the stacking direction.
発明者らは、ビア導体の接続信頼性について研究を重ね、接続信頼性を高めることができる技術を新たに見出した。 The inventors have repeatedly researched connection reliability of via conductors and discovered a new technique that can improve connection reliability.
本発明の一側面は、接続信頼性の向上が図られた圧電素子を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention is to provide a piezoelectric element with improved connection reliability.
本発明の一側面に係る圧電素子は、圧電材料で構成された素体と、該素体内に設けられるとともに第1の方向において積層された複数の内部導体層とを備え、第1の方向から見て、複数の内部導体層のうちの極性が異なる内部導体層の部分同士が重なる駆動領域と、複数の内部導体層のうちの極性が同じ内部導体層の部分同士が重なるとともに第1の方向に沿って延びる複数のビア導体を介して接続されている複数の接続領域とを含み、複数のビア導体の第1の方向において隣り合う同士は第1の方向から見て重畳しておらず、複数のビア導体が、接続領域内に収まる第1領域内に位置する第1のビア導体群と、第1のビア導体群とは異なる層内に位置するとともに接続領域内に収まる第2領域内に位置する第2のビア導体群と、第1のビア導体群および第2のビア導体群とは異なる層内に位置するとともに接続領域内に収まる第3領域内に位置する第3のビア導体群とを含み、第1の方向から見て、第1領域と第2領域とは少なくとも一部が重畳し、かつ、第3領域は第1領域および第2領域と隣り合っており、第1の方向において、第1のビア導体群、第2のビア導体群および第3のビア導体群のうちの異なるビア導体群同士が隣り合っている。 A piezoelectric element according to one aspect of the present invention includes an element body made of a piezoelectric material, and a plurality of internal conductor layers provided in the element body and laminated in a first direction, As seen, there is a drive region where portions of the inner conductor layers with different polarities among the plurality of inner conductor layers overlap, and a drive region where portions of the inner conductor layers with the same polarity among the plurality of inner conductor layers overlap with each other and a first direction. a plurality of connection regions connected via a plurality of via conductors extending along a plurality of via conductors, the plurality of via conductors adjacent in the first direction do not overlap when viewed from the first direction; A plurality of via conductors include a first via conductor group located in a first region that falls within the connection region, and a second via conductor group that is located in a different layer from the first via conductor group and that falls within the connection region. a second via conductor group located in the second via conductor group, and a third via conductor located in a third region located in a different layer from the first via conductor group and the second via conductor group and falling within the connection region. When viewed from the first direction, the first region and the second region at least partially overlap, the third region is adjacent to the first region and the second region, and the third region is adjacent to the first region and the second region, and the third region is adjacent to the first region and the second region. In the direction, different via conductor groups among the first via conductor group, the second via conductor group, and the third via conductor group are adjacent to each other.
発明者らは、第1のビア導体群が位置する第1領域、第2のビア導体群が位置する第2領域および第3のビア導体群が位置する第3領域における各ビア導体の周辺に隆起が生じ得るとの知見を得た。このような隆起が生じた場合であっても、内部導体層間における十分な接続信頼性を維持する必要がある。特に、第1の方向から見て第1領域と第2領域とが重畳する場合にはより大きな隆起が生じ得る。上記圧電素子においては、第1の方向から見て、第3のビア導体群が位置する第3領域が、第1のビア導体群が位置する第1領域および第2のビア導体群が位置する第2領域と隣り合っており、第1領域および第2領域のいずれとも重畳していない。すなわち、上記圧電素子では、第3領域により上記隆起が平らに近づくように均されており、それにより接続信頼性の向上が図られている。 The inventors have proposed the following method: around each via conductor in a first region where the first via conductor group is located, a second region where the second via conductor group is located, and a third region where the third via conductor group is located. It was found that bumps may occur. Even when such protrusions occur, it is necessary to maintain sufficient connection reliability between the internal conductor layers. Particularly, when the first region and the second region overlap when viewed from the first direction, a larger protrusion may occur. In the above piezoelectric element, when viewed from the first direction, the third area where the third via conductor group is located, the first area where the first via conductor group is located, and the second via conductor group are located. It is adjacent to the second region and does not overlap with either the first region or the second region. That is, in the piezoelectric element, the third region smoothes the protrusion so that it approaches a flat surface, thereby improving connection reliability.
他の側面に係る圧電素子では、第1の方向において、第1のビア導体群と第2のビア導体群とが、第3のビア導体群を介して交互に並んでいる。 In the piezoelectric element according to the other aspect, the first via conductor group and the second via conductor group are arranged alternately in the first direction with the third via conductor group interposed therebetween.
他の側面に係る圧電素子では、第1の方向から見て、第3のビア導体群が位置する第3領域が複数に分かれている。 In the piezoelectric element according to the other aspect, the third region where the third via conductor group is located is divided into a plurality of regions when viewed from the first direction.
他の側面に係る圧電素子では、第1の方向から見て、複数の第3領域が、第1領域および第2領域を挟んでいる。 In the piezoelectric element according to the other aspect, when viewed from the first direction, the plurality of third regions sandwich the first region and the second region.
他の側面に係る圧電素子では、第1の方向から見て、各接続領域内の複数のビア導体すべてが格子の交点に位置している。 In the piezoelectric element according to the other aspect, all of the plurality of via conductors in each connection region are located at the intersections of the lattice when viewed from the first direction.
本発明の種々の側面によれば、接続信頼性の向上が図られた圧電素子が提供される。 According to various aspects of the present invention, a piezoelectric element with improved connection reliability is provided.
以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための形態を説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and overlapping description will be omitted.
図1は一実施形態に係る圧電素子10を示す斜視図であり、図3は圧電素子10の平面図である。図1、2に示されるように、圧電素子10は、バイモルフ型であり、圧電材料で構成された素体11と、複数の外部電極13、14、15とを備えて構成されている。本実施形態では、圧電素子10は、三つの外部電極13、14、15を有している。圧電素子10には、図示しない配線部材(たとえば、フレキシブルプリント基板(FPC)、フレキシブルフラットケーブル(FFC)等)が取り付けられ、配線部材から三つの外部電極13、14、15に対して所定の電圧が印加される。
FIG. 1 is a perspective view showing a
素体11は、直方体形状を呈している。素体11は、互いに対向している一対の主面11a、11b、互いに対向している一対の側面11c、互いに対向している一対の側面11eを有している。直方体形状には、たとえば、角部および稜線部が面取りされている直方体の形状、および、角部および稜線部が丸められている直方体の形状が含まれる。一対の側面11cが対向している方向は、第一方向D1である。第一方向D1は、各側面11cに直交する方向でもある。一対の側面11eが対向している方向は、第二方向D2である。第二方向D2は、各側面11eに直交する方向でもある。一対の主面11a、11bが対向している方向は、第三方向D3(第1の方向)である。第三方向D3は、各主面11a、11bに直交する方向でもある。
The
各主面11a、11bは、一対の長辺と一対の短辺とを有している。各主面11a、11bは、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。すなわち、圧電素子10(素体11)は、平面視で、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。長方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、主面11a、11bの長辺方向は、第二方向D2と一致する。主面11a、11bの短辺方向は、第一方向D1方向と一致する。
Each
一対の側面11cは、一対の主面11a、11bを連結するように第三方向D3に延在している。一対の側面11cは、第二方向D2にも延在している。一対の側面11eは、一対の主面11a、11bを連結するように第三方向D3に延在している。一対の側面11eは、第一方向D1にも延在している。素体11の第一方向D1での長さは、たとえば、10mmである。素体11の第二方向D2での長さは、たとえば、20mmである。素体11の第三方向D3での長さは、たとえば、0.25mmである。各主面11a、11bと各側面11c、11eとは、間接的に隣り合っていてもよい。この場合、各主面11a、11bと各側面11c、11eとの間には、稜線部が位置する。
The pair of
素体11では、図3、4に示されるように、複数の圧電体層16a、17a~17h、16bが、この順で第三方向D3に積層されている。圧電体層16aは、素体11の主面11aを構成する。圧電体層16bは、素体11の主面11bを構成する。圧電体層17a~17hは、圧電体層16aと圧電体層16bとの間に位置している。本実施形態では、圧電体層16a、16b、17a~17hの厚さは同じである。「同じ」には、製造誤差の範囲が含まれている。
In the
圧電体層17a~17hは、4対で構成されており、すなわち、圧電体層17aと圧電体層17bで構成された第1の圧電体層対18A、圧電体層17cと圧電体層17dで構成された第2の圧電体層対18B、圧電体層17eと圧電体層17fで構成された第3の圧電体層対18C、圧電体層17gと圧電体層17hで構成された第4の圧電体層対18Dで構成されている。各圧電体層対18A~18Dを構成する2つの圧電体層の分極の向きは同じである。第1の圧電体層対18Aおよび第3の圧電体層対18Cの分極の向きは、第2の圧電体層対18Bおよび第4の圧電体層対18Dの分極の向きと反対である。すなわち、素体11では、第三方向D3において、分極の向きが反対の圧電体層対18A、18B、18C、18Dが交互に配置されている。
The
各圧電体層16a、16b、17a~17hは、圧電材料からなる。本実施形態では、各圧電体層16a、16b、17a~17hは、圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料には、たとえば、PZT[Pb(Zr、Ti)O3]、PT(PbTiO3)、PLZT[(Pb、La)(Zr、Ti)O3]、又はチタン酸バリウム(BaTiO3)が用いられる。各圧電体層16a、16b、17a~17hは、たとえば、上述した圧電セラミック材料を含むセラミックグリーンシートの焼結体から構成される。実際の素体11では、各圧電体層16a、16b、17a~17hは層間の境界が認識できない程度に一体化されている。
Each
各外部電極13、14は、第三方向D3から見て、長方形状を呈している。長方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、長方形状の各角が丸められている。外部電極15は、第三方向D3から見て、正方形状を呈している。正方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、正方形状の各角が丸められている。各外部電極13、14、15は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ag、Pd、Pt、又はAg-Pd合金が用いられる。各外部電極13、14、15は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。
Each
圧電素子10は、図3、4に示されるように、素体11内に配置されている複数の内部導体層21~29を備えている。各内部導体層21~29は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ag、Pd、Pt、又はAg-Pd合金が用いられる。各内部導体層21~29は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。
The
各内部導体層21~29は、第三方向D3において異なる位置(層)に配置されている。内部導体層21~29は、第三方向D3において互いに間隔を有しており、少なくとも一部が互いに対向している。各内部導体層21~29は、素体11の表面には露出していない。すなわち、各内部導体層21~29は、各側面11c、11eには露出していない。各内部導体層21~29は、第三方向D3から見て、主面11a、11bの全ての縁(四辺)から離間している。
Each of the internal conductor layers 21 to 29 is arranged at different positions (layers) in the third direction D3. The inner conductor layers 21 to 29 are spaced apart from each other in the third direction D3, and at least a portion thereof faces each other. Each of the internal conductor layers 21 to 29 is not exposed on the surface of the
内部導体層21は、圧電体層16aと圧電体層17aとの間に位置している。内部導体層21は、長方形状の外形を有する駆動部32と、第三方向D3から見て外部電極13、14と同一形状を有するとともに外部電極13、14と完全に重なる位置に配置された接続部33、34とが、同一層内に配置された構成を有する。接続部33、34はいずれも、第三方向D3から見て、長方形状を呈している。長方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、長方形状の各角が丸められている。接続部33、34は、駆動部32に形成された開口内に位置している。開口は、第三方向D3から見て、外部電極13、14に対応する位置に形成されており、接続部33と接続部34とは同じ開口内に隣り合って位置している。すなわち、接続部33、34は、第三方向D3から見て、駆動部32に囲まれている。接続部33、34は、駆動部32と離間している。
内部導体層22は、圧電体層17aと圧電体層17bとの間に位置している。内部導体層22は、第三方向D3から見て外部電極13、14、15と同一形状を有するとともに外部電極13、14、15と完全に重なる位置に配置された接続部33、34、35が、同一層内に配置された構成を有する。
内部導体層23は、圧電体層17bと圧電体層17cとの間に位置している。内部導体層23は、長方形状の外形を有する駆動部32と、第三方向D3から見て外部電極13、15と同一形状を有するとともに外部電極13、15と完全に重なる位置に配置された接続部33、35とが、同一層内に配置された構成を有する。接続部35は、第三方向D3から見て、正方形状を呈している。正方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、および、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、正方形状の各角が丸められている。接続部33、35は、駆動部32に形成された開口内に位置している。各開口は、第三方向D3から見て、外部電極13、15に対応する位置に形成されている。すなわち、接続部33、35は、第三方向D3から見て、駆動部32に囲まれている。接続部33、35は、駆動部32と離間している。
内部導体層24は、圧電体層17cと圧電体層17dとの間に位置している。内部導体層24は、内部導体層22同様、第三方向D3から見て外部電極13、14、15と同一形状を有するとともに外部電極13、14、15と完全に重なる位置に配置された接続部33、34、35が、同一層内に配置された構成を有する。
The
内部導体層25は、圧電体層17dと圧電体層17eとの間に位置している。内部導体層25は、内部導体層21と同様の構成を有し、長方形状の外形を有する駆動部32と、第三方向D3から見て外部電極13、14と同一形状を有するとともに外部電極13、14と完全に重なる位置に配置された接続部33、34とが、同一層内に配置された構成を有する。
The
内部導体層26は、圧電体層17eと圧電体層17fとの間に位置している。内部導体層26は、内部導体層22、24同様、第三方向D3から見て外部電極13、14、15と同一形状を有するとともに外部電極13、14、15と完全に重なる位置に配置された接続部33、34、35が、同一層内に配置された構成を有する。
The
内部導体層27は、圧電体層17fと圧電体層17gとの間に位置している。内部導体層27は、長方形状の外形を有する駆動部32と、第三方向D3から見て外部電極14、15と同一形状を有するとともに外部電極14、15と完全に重なる位置に配置された接続部34、35とが、同一層内に配置された構成を有する。具体的には、接続部34、35は、駆動部32に形成された開口内に位置している。各開口は、第三方向D3から見て、外部電極14、15に対応する位置に形成されている。すなわち、接続部34、35は、第三方向D3から見て、駆動部32に囲まれている。接続部34、35は、駆動部32と離間している。
The
内部導体層28は、圧電体層17gと圧電体層17hとの間に位置している。内部導体層28は、内部導体層22、24、26同様、第三方向D3から見て外部電極13、14、15と同一形状を有するとともに外部電極13、14、15と完全に重なる位置に配置された接続部33、34、35が、同一層内に配置された構成を有する。
The
内部導体層29は、圧電体層17hと圧電体層16bとの間に位置している。内部導体層29は、内部導体層21、25と同様の構成を有し、長方形状の外形を有する駆動部32と、第三方向D3から見て外部電極13、14と同一形状を有するとともに外部電極13、14と完全に重なる位置に配置された接続部33、34とが、同一層内に配置された構成を有する。
The
外部電極13は、内部導体層27の駆動部32とその他の内部導体層21~26、28、29の各接続部33とに、複数のビア導体43を介して電気的に接続されている。各接続部33は、第三方向D3において内部導体層27の駆動部32と対向しており、第三方向D3から見て内部導体層27の駆動部32と重なる位置に配置されている。図4に示すように、複数のビア導体43は、外部電極13と内部導体層21~26、28、29の各接続部33と内部導体層27の駆動部32との間にそれぞれ位置しており、第三方向D3から見て外部電極13と重なる位置に配置されている。複数のビア導体43は、それぞれ、第三方向D3において、対応する圧電体層16a、17a~17hを貫通している。第三方向D3において隣り合うビア導体43同士は、第三方向D3から見て重畳しないように設計されている。
The
外部電極14は、内部導体層23の駆動部32とその他の内部導体層21~26、28、29の各接続部34とに、複数のビア導体44を介して電気的に接続されている。各接続部34は、第三方向D3において内部導体層23の駆動部32と対向しており、第三方向D3から見て内部導体層23の駆動部32と重なる位置に配置されている。図4に示すように、複数のビア導体44は、それぞれ、外部電極14と内部導体層21、22、24~29の各接続部34と内部導体層23の駆動部32との間に位置しており、第三方向D3から見て外部電極14と重なる位置に配置されている。複数のビア導体44は、それぞれ、第三方向D3において、対応する圧電体層16a、17a~17hを貫通している。第三方向D3において隣り合うビア導体44同士は、第三方向D3から見て重畳しないように設計されている。
The
外部電極15は、内部導体層23、27の各接続部35と内部導体層21、25、29の駆動部32とに、複数のビア導体45を介して電気的に接続されている。各接続部35は、第三方向D3において内部導体層21、25、29の駆動部32と対向しており、第三方向D3から見て内部導体層21、25、29の駆動部32と重なる位置に配置されている。複数のビア導体45は、それぞれ、外部電極15と内部導体層23、27の各接続部35と内部導体層21、25、29の駆動部32との間に位置しており、第三方向D3から見て外部電極15と重なる位置に配置されている。複数のビア導体45は、それぞれ、第三方向D3において、対応する圧電体層16a、17a~17hを貫通している。第三方向D3において隣り合うビア導体45同士は、第三方向D3から見て重畳しないように設計されている。
The
内部導体層21~29およびビア導体43、44、45は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ag、Pd、Pt、又はAg-Pd合金が用いられる。内部導体層21~29およびビア導体43、44、45は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。ビア導体43、44、45は、対応する圧電体層16a、17a~17hを形成するためのセラミックグリーンシートに形成された貫通孔に充填された導電性ペーストが焼結することにより形成される。
Inner conductor layers 21-29 and via
上述した圧電素子10は、駆動領域50と、複数の接続領域62、63、64を含む。
The
駆動領域50は、図3に示すように、第三方向D3から見て、駆動部32を含む内部導体層21、23、25、27、29(駆動導体層)の駆動部32同士が重なる領域である。具体的には、駆動領域50は、外部電極15に接続されている内部導体層21、25、29の駆動部32と、外部電極13に接続されている内部導体層27および外部電極14に接続されている内部導体層23の駆動部32とが重なる領域である。駆動領域50は、図4に示すように、外部電極15に接続されている内部導体層21、25と外部電極14に接続されている内部導体層23とに挟まれた第1駆動領域51と、外部電極15に接続されている内部導体層25、29と外部電極13に接続されている内部導体層27とに挟まれた第2駆動領域52とを含む。
As shown in FIG. 3, the driving
複数の接続領域62、63、64は、図3に示すように、第三方向D3から見て、極性が同じ部分の内部導体層21~29同士が重なる領域である。本実施形態では、複数の接続領域は、第1の接続領域62、第2の接続領域63、第3の接続領域64の3つで構成されている。第1の接続領域62は、第三方向D3から見て、内部導体層21~26、28、29の接続部33と、接続部33に対応する部分の内部導体層27とが重なる領域である。第2の接続領域63は、第三方向D3から見て、内部導体層21、22、24~29の接続部34と、接続部34に対応する部分の内部導体層23とが重なる領域である。第3の接続領域64は、第三方向D3から見て、内部導体層22~24、26~28の接続部35と、接続部35に対応する部分の内部導体層21、25、29とが重なる領域である。本実施形態では、第三方向D3から見て、駆動領域50が、複数の複数の接続領域62、63、64を囲むように位置している。
As shown in FIG. 3, the plurality of
続いて、上述した圧電素子10の駆動について説明する。
Next, driving of the
外部電極13と外部電極14とには、極性が異なる電圧が印加される。外部電極15には、外部電極13、14に印加されるような電圧は印加されない。外部電極15は、グラウンド電極として機能する。外部電極13に上述した電圧が印加されると、内部導体層25と内部導体層27との間、内部導体層27と内部導体層29との間で電界が発生する。内部導体層27と内部導体層25、29との間で電界が発生すると、第2駆動領域52の第3の圧電体層対18Cおよび第4の圧電体層対18Dに電界が印加され、当該電界に応じて第2駆動領域52で力が発生する。この結果、当該力に応じた変位量だけ、第2駆動領域52が変位する。
Voltages with different polarities are applied to the
外部電極14に上述した電圧が印加されると、内部導体層21と内部導体層23との間、内部導体層23と内部導体層25との間で電界が発生する。内部導体層23と内部導体層21、25との間で電界が発生すると、第1駆動領域51の第1の圧電体層対18Aおよび第2の圧電体層対18Bに電界が印加され、当該電界に応じて第1駆動領域51で力が発生する。この結果、当該力に応じた変位量だけ、第1駆動領域51が変位する。この際、第1駆動領域51と第2駆動領域52とは、互いに逆方向に変位する。このため、外部電極13、14に電圧が印加されると、圧電素子10に撓みが生じる。
When the voltage described above is applied to the
圧電素子10では、外部電極13、14に交流電圧が印加されると、第1駆動領域51および第2駆動領域52は、印加された交流電圧の周波数に応じて伸縮を繰り返す。このため、第1駆動領域51と第2駆動領域52とは互いに逆方向に伸縮し、圧電素子10が撓み振動する。
In the
以下、複数のビア導体43、44、45について、図5~8を参照しつつより詳しく説明する。
Hereinafter, the plurality of via
図4では、図示の都合上、1つのビア導体43が圧電体層16a、17a~17hをそれぞれ貫通しているように示しているが、実際には、複数のビア導体43が圧電体層16a、17a~17hをそれぞれ貫通している。
In FIG. 4, for convenience of illustration, one via
複数のビア導体43は、図5に示すように、同一層内に位置する複数のビア導体43で構成された第1のビア導体群43A、同一層内に位置する複数のビア導体43で構成された第2のビア導体群43B、同一層内に位置する複数のビア導体43で構成された第3のビア導体群43Cの3種類のビア導体群を含んでいる。
As shown in FIG. 5, the plurality of via
第1のビア導体群43Aは、図5(a)に示すように接続領域62の中央付近に位置する矩形状の第1領域62A内に収まるように設けられている。第1のビア導体群43Aは、第1領域62Aにおいて整列する複数のビア導体43で構成されている。本実施形態では、第1のビア導体群43Aは、格子の交点に位置するように配列(格子配列)された20個のビア導体43で構成されており、第一方向D1に等間隔で並ぶ5個のビア導体43の列が第二方向D2に等間隔で4列並んでいる。
The first via
第2のビア導体群43Bは、図5(b)に示すように接続領域62の中央付近に位置する矩形状の第2領域62B内に収まるように設けられている。第2のビア導体群43Bは、第2領域62Bにおいて整列する複数のビア導体43で構成されている。本実施形態では、第2のビア導体群43Bは、第1のビア導体群43A同様、格子配列された20個のビア導体43で構成されており、第一方向D1に等間隔で並ぶ5個のビア導体43の列が第二方向D2に等間隔で4列並んでいる。
The second via
第3のビア導体群43Cは、図5(c)に示すように接続領域62の両端(第一方向D1に関する両端)に位置する矩形状の一対の第3領域62C内に収まるように設けられている。第3のビア導体群43Cは、各第3領域62Cにおいて整列する複数のビア導体43で構成されている。本実施形態では、第3のビア導体群43Cは、一対の第3領域62Cのうちの一方に格子配列された11個と他方に格子配列された9個との総数20個のビア導体43で構成されている。
The third via
図6は、第三方向D3から見たときの、3つのビア導体群43A、43B、43Cの位置関係を示してる。図6に示すように、第三方向D3から見ると、3つのビア導体群43A、43B、43Cによって接続領域62内の複数のビア導体43すべてが格子配列されている。第三方向D3から見て、第1のビア導体群43Aが位置する第1領域62Aと第2のビア導体群43Bが位置する第2領域62Bとは一部が重畳している。より詳しくは、等間隔で並ぶビア導体43の半分の間隔(半ピッチ)だけ第一方向D1および第二方向D2にそれぞれズレた状態で、第1領域62Aと第2領域62Bとが重なっている。第三方向D3から見て、第3のビア導体群43Cが位置する第3領域62Cは、第1領域62Aおよび第2領域62Bを挟むようにして第1領域62Aおよび第2領域62Bと隣り合っており、第1領域62Aおよび第2領域62Bのいずれとも重畳していない。
FIG. 6 shows the positional relationship of the three via
複数のビア導体43のうち、第1のビア導体群43Aは圧電体層16a、17c、17gをそれぞれ貫通するように設けられており、第2のビア導体群43Bは圧電体層17a、17eをそれぞれ貫通するように設けられており、第3のビア導体群43Cは圧電体層17b、17d、17f、17hをそれぞれ貫通するように設けられている。特に、圧電体層17a~17hでは、素体11の主面11a側から順に、第2のビア導体群43B、第3のビア導体群43C、第1のビア導体群43A、第3のビア導体群43C、第2のビア導体群43B、第3のビア導体群43C、第1のビア導体群43A、第3のビア導体群43Cの順に並んでいる。換言すると、複数のビア導体43は、第三方向D3において、第2のビア導体群43Bと第1のビア導体群43Aとが、第3のビア導体群43Cを介して交互に並んでいる。
Among the plurality of via
複数のビア導体44は、同一層内に位置する複数のビア導体44で構成された第1のビア導体群44A、同一層内に位置する複数のビア導体44で構成された第2のビア導体群44B、同一層内に位置する複数のビア導体44で構成された第3のビア導体群44Cの3種類のビア導体群を含んでいる。
The plurality of via
複数のビア導体44の3種類のビア導体群44A~44C、および、各ビア導体群44A~44Cが位置する第1領域63A、第2領域63Bおよび第3領域63Cの形態は、複数のビア導体43の3種類のビア導体群43A~43Cおよび第1領域62A、第2領域62Bおよび第3領域62Cの形態と同一または同様であるため、説明は省略する。
The three types of via
複数のビア導体44のうち、第1のビア導体群44Aは圧電体層16a、17c、17gをそれぞれ貫通するように設けられており、第2のビア導体群44Bは圧電体層17a、17eをそれぞれ貫通するように設けられており、第3のビア導体群44Cは圧電体層17b、17d、17f、17hをそれぞれ貫通するように設けられている。特に、圧電体層17a~17hでは、素体11の主面11a側から順に、第2のビア導体群44B、第3のビア導体群44C、第1のビア導体群44A、第3のビア導体群44C、第2のビア導体群44B、第3のビア導体群44C、第1のビア導体群44A、第3のビア導体群44Cの順に並んでいる。換言すると、複数のビア導体44は、第三方向D3において、第2のビア導体群44Bと第1のビア導体群44Aとが、第3のビア導体群44Cを介して交互に並んでいる。
Among the plurality of via
複数のビア導体45は、同一層内に位置する複数のビア導体45で構成された第1のビア導体群45A、同一層内に位置する複数のビア導体45で構成された第2のビア導体群45B、同一層内に位置する複数のビア導体45で構成された第3のビア導体群45Cの3種類のビア導体群を含んでいる。
The plurality of via
第1のビア導体群45Aは、図7(a)に示すように接続領域64の中央付近に位置する矩形状の第1領域64A内に収まるように設けられている。第1のビア導体群45Aは、第1領域64Aにおいて整列する複数のビア導体45で構成されている。本実施形態では、第1のビア導体群45Aは、格子配列された40個のビア導体45で構成されており、第一方向D1に等間隔で並ぶ5個のビア導体45の列が第二方向D2に等間隔で8列並んでいる。
The first via
第2のビア導体群45Bは、図7(b)に示すように接続領域64の中央付近に位置する矩形状の第2領域64B内に収まるように設けられている。第2のビア導体群45Bは、第2領域64Bにおいて整列する複数のビア導体45で構成されている。本実施形態では、第2のビア導体群45Bは、第1のビア導体群45A同様、格子配列された40個のビア導体45で構成されており、第一方向D1に等間隔で並ぶ5個のビア導体43の列が第二方向D2に等間隔で8列並んでいる。
The second via
第3のビア導体群45Cは、図7(c)に示すように接続領域64の両端(第一方向D1に関する両端)に位置する矩形状の一対の第3領域64C内に収まるように設けられている。第3のビア導体群45Cは、各第3領域64Cにおいて整列する複数のビア導体45で構成されている。本実施形態では、第3のビア導体群45Cは、一対の第3領域64Cのうちの一方に格子配列された18個と他方に格子配列された15個との総数33個のビア導体45で構成されている。
The third via
図8は、第三方向D3から見たときの、3つのビア導体群45A、45B、45Cの位置関係を示してる。図8に示すように、第三方向D3から見ると、3つのビア導体群45A、45B、45Cによって接続領域64内の複数のビア導体44すべてが格子配列されている。第三方向D3から見て、第1のビア導体群45Aが位置する第1領域64Aと第2のビア導体群45Bが位置する第2領域64Bとは一部が重畳している。より詳しくは、等間隔で並ぶビア導体45の半分の間隔(半ピッチ)だけ第一方向D1および第二方向D2にそれぞれズレた状態で、第1領域64Aと第2領域64Bとが重なっている。第三方向D3から見て、第3のビア導体群45Cが位置する第3領域64Cは、第1領域64Aおよび第2領域64Bを挟むようにして第1領域64Aおよび第2領域64Bと隣り合っており、第1領域64Aおよび第2領域64Bのいずれとも重畳していない。
FIG. 8 shows the positional relationship of three via
複数のビア導体45のうち、第1のビア導体群45Aは圧電体層16a、17c、17gをそれぞれ貫通するように設けられており、第2のビア導体群45Bは圧電体層17a、17eをそれぞれ貫通するように設けられており、第3のビア導体群45Cは圧電体層17b、17d、17f、17hをそれぞれ貫通するように設けられている。特に、圧電体層17a~17hでは、素体11の主面11a側から順に、第2のビア導体群45B、第3のビア導体群45C、第1のビア導体群45A、第3のビア導体群45C、第2のビア導体群45B、第3のビア導体群45C、第1のビア導体群45A、第3のビア導体群45Cの順に並んでいる。換言すると、複数のビア導体45は、第三方向D3において、第2のビア導体群45Bと第1のビア導体群45Aとが、第3のビア導体群45Cを介して交互に並んでいる。
Among the plurality of via
ここで、ビア導体42、43、44を、圧電体層となるセラミックグリーンシートに形成された貫通孔に導電性ペーストを充填して焼結することにより形成する場合、ビア導体42、43、44の成形が難しく、重畳するようにビア導体を設けた場合にはうまく接続できないことがあり得る。そこで、第三方向D3において隣り合うビア導体42、43、44同士を、意図的に重畳させないことで接続信頼性の向上が図られている。また、各ビア導体42、43、44の周辺に隆起が生じ得、ビア導体42、43、44が形成された領域62A~62C、63A~63C、64A~64Cが全体的に隆起し得る。このような隆起が生じた場合に、内部導体層21~29間における十分な接続信頼性を維持することが求められる。特に、本実施形態のように、第三方向D3から見て第1領域62A、63A、64Aと第2領域62B、63B、64Bとが重畳する場合には、重畳領域の厚さが局所的に厚くなるため、高い接続信頼性が求められる。
Here, when the via
上述した圧電素子10においては、第三方向D3から見て、第3領域62C、63C、64Cが、第1領域62A、63A、64Aおよび第2領域62B、63B、64Bと隣り合っており、第1領域62A、63A、64Aおよび第2領域62B、63B、64Bのいずれとも重畳していない。加えて、第三方向D3において、第1のビア導体群43A、44A、45A、第2のビア導体群43B、44B、45Bおよび第3のビア導体群43C、44C、45Cのうちの同じビア導体群同士は隣り合っておらず、異なるビア導体群同士が隣り合っている。したがって、圧電素子10では、第3領域62C、63C、64Cにより上記隆起が平らに近づくように均されており、すなわち、局所的に厚くなる領域が生じにくくなっており、それにより高い接続信頼性が実現されている。
In the
圧電素子10では、複数のビア導体43、44、45は、第三方向D3において、第2のビア導体群43B、44B、45Bと第1のビア導体群43A、44A、45Aとが、第3のビア導体群43C、44C、45Cを介して交互に並んでいるため、第3領域62C、63C、64Cにより十分に均されており、接続信頼性のさらなる向上が図られている。なお、第三方向D3における第1のビア導体群43A、44A、45A、第2のビア導体群43B、44B、45Bおよび第3のビア導体群43C、44C、45Cの並び順は、適宜変更することができる。
In the
圧電素子10の各接続領域62、63、64では、圧電体層16a、16b、17a、17hの層間すべてに内部導体層21~29が存在している。換言すると、各接続領域62、63、64では、圧電体層16a、16b、17a、17hの1層厚さ分だけ離間して、内部導体層21~29が並んでいる。一方、圧電素子10の駆動領域50では、圧電体層16a、16b、17a、17hの層間すべてには内部導体層21~29は存在しておらず、圧電体層16a、16b、17a、17hの2層厚さ分だけ離間して、一部の内部導体層21、23、25、27、29が並んでいる。すなわち、駆動領域50では、内部導体層21、23の間に第1の圧電体層対18Aが介在し、内部導体層23、25の間に第2の圧電体層対18Bが介在し、内部導体層25、27の間に第3の圧電体層対18Cが介在し、内部導体層27、29の間に第4の圧電体層対18Dが介在している。
In each of the
そのため、図9に示すように、内部導体層21~29の第三方向D3に関する間隔は、駆動領域50における間隔Dが、各接続領域62、63、64における間隔dより広くなっている。本実施形態では、駆動領域50における間隔Dは、各接続領域62、63、64における間隔dのおよそ2倍になっている。このように駆動領域50における内部導体層21、23、25、27、29の間隔Dが相対的に広い場合、圧電素子10の低容量化が図られるため、圧電素子10に高電圧を印加したときであっても短絡や発熱等の不具合が生じにくい。
Therefore, as shown in FIG. 9, regarding the intervals in the third direction D3 between the internal conductor layers 21 to 29, the interval D in the
ただし、単に内部導体層の間隔を広げた場合には、接続領域における内部導体層の間隔も広くなり、それによりビア導体を介した層間接続の接続信頼性が低下する虞がある。そこで本実施形態に係る圧電素子10では、接続領域62、63、64の間隔dに関しては、内部導体層21、23、25、27、29のそれぞれの間に内部導体層22、24、26、28を介在させることで駆動領域50の間隔Dよりも狭めており、それによりビア導体を介した内部導体層間の接続信頼性が高められている。
However, if the interval between the internal conductor layers is simply widened, the interval between the internal conductor layers in the connection region also becomes wider, which may reduce the connection reliability of the interlayer connection via the via conductor. Therefore, in the
また、圧電素子10においては、第三方向D3に関して、素体11の主面11a、11bが圧電体層16a、16bで構成されており、駆動部32を含む内部導体層21、23、25、27、29が素体11の主面11a、11bに露出していない。また、各接続領域62、63、64が、駆動領域50に囲まれており、素体11のいずれの側面11c、11cからも露出していない。そのため、圧電素子10に高電圧を印加したときであっても、素体11の表面における内部導体層21~29の短絡やリークが生じにくくなっており、駆動電圧の向上が図られている。
Furthermore, in the
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to the embodiments described above, and various changes can be made without departing from the gist thereof.
上記実施形態では、圧電素子10がバイモルフ型である形態を一例に説明した。しかし、圧電素子10は、たとえば、ユニモルフ型であってもよいし、その他の態様の圧電素子であってもよい。
In the above embodiment, the
上述の記載から把握されるとおり、本明細書は下記を開示している。
[付記1]
圧電材料で構成された素体と、該素体内に設けられるとともに第1の方向において積層された複数の内部導体層とを備え、
前記第1の方向から見て、前記複数の内部導体層のうちの極性が異なる前記内部導体層の部分同士が重なる駆動領域と、前記複数の内部導体層のうちの極性が同じ前記内部導体層の部分同士が重なるとともに前記第1の方向に沿って延びる複数のビア導体を介して接続されている複数の接続領域とを含み、
前記複数のビア導体の前記第1の方向において隣り合う同士は前記第1の方向から見て重畳しておらず、前記複数のビア導体が、前記接続領域内に収まる第1領域内に位置する第1のビア導体群と、前記第1のビア導体群とは異なる層内に位置するとともに前記接続領域内に収まる第2領域内に位置する第2のビア導体群と、前記第1のビア導体群および前記第2のビア導体群とは異なる層内に位置するとともに前記接続領域内に収まる第3領域内に位置する第3のビア導体群とを含み、
前記第1の方向から見て、前記第1領域と前記第2領域とは少なくとも一部が重畳し、かつ、前記第3領域は前記第1領域および前記第2領域と隣り合っており、
前記第1の方向において、前記第1のビア導体群、前記第2のビア導体群および前記第3のビア導体群のうちの異なるビア導体群同士が隣り合っている、圧電素子。
[付記2]
前記第1の方向において、前記第1のビア導体群と前記第2のビア導体群とが、前記第3のビア導体群を介して交互に並んでいる、付記1に記載の圧電素子。
[付記3]
前記第1の方向から見て、前記第3のビア導体群が位置する前記第3領域が複数に分かれている、付記1または2に記載の圧電素子。
[付記4]
前記第1の方向から見て、前記複数の第3領域が、前記第1領域および前記第2領域を挟んでいる、付記3に記載の圧電素子。
[付記5]
前記第1の方向から見て、前記各接続領域内の前記複数のビア導体すべてが格子の交点に位置している、付記1~4のいずれか一項に記載の圧電素子。
As understood from the above description, this specification discloses the following.
[Appendix 1]
comprising an element body made of a piezoelectric material, and a plurality of internal conductor layers provided within the element body and laminated in a first direction,
When viewed from the first direction, a driving region where portions of the internal conductor layers having different polarities among the plurality of internal conductor layers overlap, and the internal conductor layer having the same polarity among the plurality of internal conductor layers. a plurality of connection regions in which portions of the conductor overlap each other and are connected via a plurality of via conductors extending along the first direction;
The plurality of via conductors that are adjacent to each other in the first direction do not overlap when viewed from the first direction, and the plurality of via conductors are located in a first region that falls within the connection region. a first via conductor group; a second via conductor group located in a second region that is located in a different layer from the first via conductor group and that falls within the connection region; a third via conductor group located in a layer different from the conductor group and the second via conductor group and located in a third region within the connection region;
When viewed from the first direction, the first region and the second region at least partially overlap, and the third region is adjacent to the first region and the second region,
A piezoelectric element, wherein different via conductor groups among the first via conductor group, the second via conductor group, and the third via conductor group are adjacent to each other in the first direction.
[Additional note 2]
The piezoelectric element according to appendix 1, wherein in the first direction, the first via conductor group and the second via conductor group are arranged alternately with the third via conductor group interposed therebetween.
[Appendix 3]
The piezoelectric element according to appendix 1 or 2, wherein the third region where the third via conductor group is located is divided into a plurality of regions when viewed from the first direction.
[Appendix 4]
The piezoelectric element according to
[Appendix 5]
5. The piezoelectric element according to any one of appendices 1 to 4, wherein all of the plurality of via conductors in each of the connection regions are located at intersections of a lattice when viewed from the first direction.
10…圧電素子、11…素体、13、14、15…外部電極、16a、16b、17a~17h…圧電体層、21~29…内部導体層、32…駆動部、33、34…接続部、43~45…ビア導体、43A、44A、45A…第1のビア導体群、43B、44B、45B…第2のビア導体群、43C、44C、45C…第3のビア導体群、62、63、64…接続領域、62A、63A、64A…第1領域、62B、63B、64B…第2領域、62C、63C、64C…第3領域。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1の方向から見て、前記複数の内部導体層のうちの極性が異なる前記内部導体層の部分同士が重なる駆動領域と、前記複数の内部導体層のうちの極性が同じ前記内部導体層の部分同士が重なるとともに前記第1の方向に沿って延びる複数のビア導体を介して接続されている複数の接続領域とを含み、
前記複数のビア導体の前記第1の方向において隣り合う同士は前記第1の方向から見て重畳しておらず、前記複数のビア導体が、前記接続領域内に収まる第1領域内に位置する第1のビア導体群と、前記第1のビア導体群とは異なる層内に位置するとともに前記接続領域内に収まる第2領域内に位置する第2のビア導体群と、前記第1のビア導体群および前記第2のビア導体群とは異なる層内に位置するとともに前記接続領域内に収まる第3領域内に位置する第3のビア導体群とを含み、
前記第1の方向から見て、前記第1領域と前記第2領域とは少なくとも一部が重畳し、かつ、前記第3領域は前記第1領域および前記第2領域と隣り合っており、
前記第1の方向において、前記第1のビア導体群、前記第2のビア導体群および前記第3のビア導体群のうちの異なるビア導体群同士が隣り合っている、圧電素子。 comprising an element body made of a piezoelectric material, and a plurality of internal conductor layers provided within the element body and laminated in a first direction,
When viewed from the first direction, a driving region where portions of the internal conductor layers having different polarities among the plurality of internal conductor layers overlap, and the internal conductor layer having the same polarity among the plurality of internal conductor layers. a plurality of connection regions in which portions of the conductor overlap each other and are connected via a plurality of via conductors extending along the first direction;
The plurality of via conductors that are adjacent to each other in the first direction do not overlap when viewed from the first direction, and the plurality of via conductors are located in a first region that falls within the connection region. a first via conductor group; a second via conductor group located in a second region that is located in a different layer from the first via conductor group and that falls within the connection region; a third via conductor group located in a layer different from the conductor group and the second via conductor group and located in a third region within the connection region;
When viewed from the first direction, the first region and the second region at least partially overlap, and the third region is adjacent to the first region and the second region,
A piezoelectric element, wherein different via conductor groups among the first via conductor group, the second via conductor group, and the third via conductor group are adjacent to each other in the first direction.
The piezoelectric element according to claim 1, wherein all of the plurality of via conductors in each of the connection regions are located at intersections of a grid when viewed from the first direction.
Priority Applications (1)
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JP2024034327A true JP2024034327A (en) | 2024-03-13 |
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ID=90193661
Family Applications (1)
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2022
- 2022-08-31 JP JP2022138503A patent/JP2024034327A/en active Pending
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