JP4522887B2

JP4522887B2 - 圧電トランス

Info

Publication number: JP4522887B2
Application number: JP2005052566A
Authority: JP
Inventors: 武士小林; 嘉千安佐藤; 建新盛; 栄二佐藤
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: JP2006237439A

Description

本発明は、圧電トランスの構造に係るもので、特に、入出力用のリード線の接続構造に係るものである。

従来の圧電トランスの入出力電極とリード線の接続は、作業性がよく、コストも安価に済むことから、鉛を含むはんだが使用されている。接続方法は、銀の導体膜等による圧電トランスの入出力電極とリード線を、図５に示したように、はんだを用いて接続している。しかし、欧州連合（EU）において2006年7月から電気・電子機器を対象に地球環境や人の健康に害を及ぼす有害物質のうち、鉛、６価クロム、水銀、カドミウム、２種類の臭素系難燃剤の計６品目の使用を禁止する法規制が実施される（通称「RoHS指令」）。したがって、今後は鉛を含むはんだは使用できなくなり、鉛を含むはんだの代替品として鉛を含まないはんだ（鉛フリーハンダ）や導電性接着剤が利用されるものと考えられている。

鉛フリーはんだは、鉛を含むはんだの融点が180〜190°C程度に対して210〜220°C程度と高く、圧電トランスの素子に加わる熱ストレスが大きくなるので好ましくない。他方、導電性接着剤は硬化温度が120〜150°C程度であり、圧電トランスに加わる熱ストレスが小さく、圧電トランスへの使用に適している。しかし、導電性接着剤を使用して従来のはんだ接続と同じ方法で圧電トランスの入出力電極とリード線を２ｍｍΦ程度で点接続すると、信頼性試験の熱衝撃試験（−40°Ｃ〜＋85°C）において問題が生じる。これは、圧電セラミックの熱膨張係数とリード線を点接続している導電性接着剤の熱膨張係数の違いから、圧電トランスの入出力電極と導電性接着剤の界面にストレスが発生して、５００サイクル程度でリード線が接続されている導電性接着剤が圧電トランスの入出力電極ごと圧電セラミックから剥がれ落ちてしまう現象が生じることによるものである。
特開２００２−２６１３４８号公報特開２００３−１０１０９４号公報特開２００４−１８６４０５号公報

本発明は、低温で硬化できる導電性接着剤を用いた場合でも、温度変化による熱ストレスを緩和して、圧電トランスのリード線の接続部の信頼性を大幅に向上できる接続構造を提供するものである。

本発明は、補助接続部を設けることによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、圧電セラミック板の表裏面および端面に入出力電極を具えた圧電トランスにおいて、入出力電極の電極膜の少なくとも一つの表面に、リード線を接続する導電性接着剤の面積よりも大きい面積を有する補助接続部を具えたことに特徴を有するものである。

本発明による効果は、熱ストレスに対する信頼性の向上であり、また、導電性接着剤を用いることによる鉛フリー化にある。

本発明の説明の前に、ストレスの発生のメカニズムについて説明する。圧電セラミックと導電性接着剤の熱膨張係数の違いにより、急激な温度変化で、圧電トランスの入出力電極とリード線の点接続用の導電性接着剤の界面に物理的なストレスが発生する（図４参照）。なお、銀電極は厚みが十μm程度と極めて薄く印刷されており、圧電セラミックと一体化されてるので物理的なストレスには大きく関与しない。このストレスは、銀電極と点接続用導電性接着剤の端部との角度が大きくなるほど強く、導電性接着剤の量が多いほど大きくなる（図３参照）。このストレスによって点接続用の導電性接着剤の端部から剥がれが生じて、最終的には点接続部の導電性接着剤が銀電極と表面の圧電セラミックごと剥がれてしまう。この問題を解決するために、入出力電極と点接続用の導電性接着剤との間に、導電性接着剤の薄い膜で形成した補助接続部を設けることによって、このストレスを補助接続部に分散させて緩和することができる。この補助電極部は、端部が薄く、量も少ないので、圧電トランスとの間のストレスは小さい。

圧電トランスの入出力電極とリード線の接続を導電性接着剤を用いて点接続する際に、点接続の接着面積よりも大きな範囲に事前に導電性接着剤を印刷などによって形成した補助接続部を設けておく。この補助接続部の表面の一部（中央が望ましい）にリード線を導電性接着剤で点接続する。事前に形成した補助接続部の導電性接着剤は、リード線を接続する前に硬化させてもよいし、同時に硬化させるようにしてもよい。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は、本発明の実施例を示す平面図（A）と部分正面図である。本発明においては、圧電トランス1の入出力電極の銀電極3とリード線5との接続を導電性接着剤2を用いて行う場合において、点接続による接着面積よりも大きな範囲に、補助接続部4となる導電性接着剤を印刷などによって薄く形成しておく。この薄く形成された補助接続部の範囲内の上面に、リード線5を導電性接着剤2で点接続する。この補助接続部の形状は円形に限定されるものではなく、四角形などの形状でもかまわない。大きさも点接続部の接着面積よりも大きな範囲であれば任意に選択することができる。厚みも任意であるが、0.1mm程度で効果があることが確認できた。

信頼性試験の熱衝撃試験（−40°Ｃ〜＋85°C）において、この補助接続部がないと100サイクル程度からリード線が接続されている点接続部が部分的に剥がれていることが確認され、500サイクル程度で入出力電極ごと圧電セラミックから完全に剥がれ落ちてしまっていた。この補助接続部を設けると、3000サイクル以上に及んでも剥がれ落ちないことが実験によって確認された。すなわち、信頼性が大幅に向上した。

導電性接着剤で事前に補助接続部を印刷などによって形成して硬化させた後に、その上部にリード線を点接続して硬化させたサンプルにおいて、圧電トランスの入出力電極と補助接続部の間の電気的接続は抵抗値が非常に小さい状態で接続される。しかし、点接続部と補助接続部の間には抵抗を有することが判った。この原因は、事前に補助接続部を印刷などによって形成して硬化した導電性接着剤の表面に薄い絶縁膜ができてしまい、抵抗値が増加して導電性が落ちた状態で接続されることにある。ちなみに、点接続部と補助接続部を同時に硬化させた場合には、点接続部と補助接続部の抵抗損失が非常に小さい状態で接続される。

補助接続部の導電性接着剤の硬化後に点接続部の導電性接着剤を硬化させた場合における、点接続部と補助接続部の抵抗が大きい状態で接着されてしまうための改善策を検討した。補助接続部を図２に示したように、圧電トランスの入出力電極に点接続部が直接接続するように補助接続部を部分的に形成する構造である。これにより、補助接続部の硬化後に点接続部を硬化させても、低抵抗で接続される部分を確保することができる。この場合の補助接続部の形状も円形だけでなく、任意に選択することができる。大きさも点接続部の接着面積よりも大きな範囲であれば任意に選択することができる。厚みも任意であるが、0.1mm程度で効果があることが確認できた。また、この場合の補助接続部は必ずしも導電性接着剤である必要はない。

本発明は、圧電トランスに適用することに適したものであるが、圧電セラミック板に電極を形成する素子全般に応用できる。

本発明の実施例を示す（A）平面図、（B）正面図本発明の他の実施例を示す平面図点接続部の状態を示す正面図点接続部の状態を示す正面図従来の圧電トランスを示す（A）平面図、（B）正面図

符号の説明

１：圧電セラミック板
２：点接続部
３：入出力電極
４：補助接続部
５：リード線

Claims

圧電セラミック板の表裏面および端面に入出力電極を具えた圧電トランスにおいて、
入出力電極の電極膜の少なくとも一つの表面に、
リード線を接続する導電性接着剤の点接続部の接着面積よりも大きい面積を有する導電性接着剤からなる補助接続部を具えたことを特徴とする圧電トランス。
中央部分が入出力電極の電極膜を露出させた形状に補助接続部が形成された請求項1記載の圧電トランス。
補助接続部に入出力電極の導電膜が露出するスリットが形成された請求項１記載の圧電トランス。