JP5628899B2 - 電子装置 - Google Patents

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Description

本発明は、素子(例えば、圧電素子及び半導体素子等の電気的素子)と、前記素子にエポキシ樹脂系の接着剤を用いて接着される部材と、を備える電子装置に関する。
従来の電子装置の一つは、図13に示したように、積層型圧電素子(素子)100と、素子100により駆動される被駆動子(素子100以外の部材)200と、を備えている。被駆動子200は素子100の上面100aに接着剤Sを用いて接着されている(例えば、特許文献1を参照。)。
なお、本明細書、請求の範囲及び図面(以下、「本明細書等」と称呼する。)において、「圧電」は、「圧電」及び「電歪」を含む概念を表す語として使用される。従って、本明細書等において、例えば、圧電素子は、「圧電効果を有する素子(圧電素子)及び電歪効果を有する素子(電歪素子)」の両者を含む。
ところで、このような電子装置において、接着剤Sには一般にエポキシ樹脂系の接着剤が使用される。エポキシ樹脂系の接着剤は、塗布後において「樹脂及び添加剤」の一部が塗布された部分から染み出す。この現象は、「エポキシブリードアウト」と称呼される。従って、図13に示したように、上面100aにのみエポキシ樹脂系の接着剤Sを塗布した場合であっても、エポキシブリードアウトにより接着剤Sの成分の一部が素子100の側面100bに染み出す。このとき、素子100の側面100bに電極(外表面電極)100cが設けられていると、その電極100cを接着剤Sからブリードアウトした接着剤Sの成分の一部が覆う。その結果、電極100cが「素子100と外部回路とを接続するための電極」であると、電極100cの半田付け可能な面積が小さくなり、それ故、半田強度が低下したり、或いは、外部回路との接続が不十分となったりするという問題が生じる。或いは、側面100bに設けられている電極100cが接着剤Sからブリードアウトした接着剤Sの成分の一部と反応して変質する虞もある。
特開2002−119074号公報
本発明の目的の一つは、エポキシブリードアウトが素子の外表面に配される電極(外表面電極)に及ぼす悪影響を排除することができる電子装置を提供することにある。
本発明の電子装置(以下、「本装置」とも称呼する。)は、外表面の一部に配される外表面電極を有する素子と、前記素子にエポキシ樹脂系の接着剤を用いて接着される部材と、を備える。前記素子は、例えば、圧電素子及び半導体チップ等である。前記接着される部材は、素子により駆動される被駆動子であってもよく、素子を固定する基板であってもよい。
本装置において、前記接着剤は前記素子の外表面のうち前記外表面電極が存在する部分以外の部分に配される。即ち、前記部材は、前記外表面電極が存在する部分以外の場所に接着される。更に、本装置は、前記接着剤と前記外表面電極との間に前記接着剤のエポキシブリードアウトを防止する材料からなる堰部を備える。
前記堰部は前記接着剤と前記外表面電極との間に配設される。従って、エポキシブリードアウトが発生しても、前記接着剤の一部が前記外表面電極に到達しない。その結果、上述した問題が解決される。
前記堰部を構成する材料は、ノボラック型エポキシ樹脂を主成分とする材料であることが望ましい。
ノボラック型エポキシ樹脂には、フェノールノボラック型エポキシ樹脂と、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂と、が含まれる。ノボラック型エポキシ樹脂は、半導体封止用樹脂として広く知られる。本発明者は、「ノボラック型エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂系の接着剤のエポキシブリードアウトを効果的に抑制することができる。」との知見を得た。更に、本発明者は、「ノボラック型エポキシ樹脂それ自身は、エポキシブリードアウトにより広がることは殆どない。」との知見を得た。従って、ノボラック型エポキシ樹脂は前記堰部を構成する材料として好適である。
前記素子は、圧電層と、前記圧電層を挟んで対向する第1電極層及び第2電極層と、を含む圧電体を備える素子であり、
前記外表面電極は、「前記第1電極層の端部により構成される電極、又は、前記第1電極層の端部に接続された電極層」である第1電極と、「前記第2電極層の端部により構成される電極、又は、前記第2電極層の端部に接続された電極層」である第2電極と、を含むことができる。
ところで、圧電素子は、急激な温度変化が加わると、表面に電荷が発生するという特性を有する。この現象は焦電効果とも呼ばれる。圧電素子の表面に発生した電荷は、圧電素子の分極方向と逆方向の電界を発生させるので、圧電素子の分極を解いてしまう(この現象を、「脱分極」或いは「減極」とも言う。)。その結果、圧電素子に印加する電圧に対する同圧電素子の機械的変位量が低下する。即ち、圧電素子の特性劣化が生じる。
そこで、前記堰部は、前記堰部を構成する材料に導電性材料が添加されることにより半導電性を有するとともに、前記第1電極と前記第2電極とに跨る(即ち、前記第1電極と前記第2電極とを繋ぐ)ように形成されることが好適である。この導電性材料には、カーボン、Ag、Au及びCu若しくはこれらの合金等を用いても良い。或いは、この導電性材料には、所望の抵抗率に調整し易いカーボンを用いることが好ましい。
これによれば、前記第1電極と前記第2電極とが半導電性の堰部により接続されるので、前記第1電極層と前記第2電極層とが比較的抵抗値の大きい導体により接続される。この結果、焦電効果の発生を抑制することができる。即ち、前記堰部を設けることのみにより、接着剤のエポキシブリードアウトに起因する問題と、焦電効果の発生に起因する問題(脱分極の発生)と、を同時に解決することができる。
更に、本装置の一態様は、次のように構成してもよい。
前記素子は、前記圧電体を複数個積層してなる多面体の積層型圧電素子である。
前記素子に含まれる複数の前記第1電極層のうちの二以上の端部は前記多面体の一つの側面に露呈する。
前記素子に含まれる複数の前記第2電極層のうちの二以上の端部は前記一つの側面に露呈する。
前記第1電極は前記一つの側面に露呈した前記二以上の第1電極層の端部同士を前記一つの側面上において接続する電極層である。
前記第2電極は前記一つの側面に露呈した前記二以上の第2電極層の端部同士を前記一つの側面上において接続する電極層である。
これによれば、「エポキシブリードアウト及び焦電効果」に起因する問題を解決した「積層型圧電素子を用いた電子装置」を提供することができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電子装置(第1装置)の概略斜視図である。 図2の(A)は図1に示した積層型圧電素子の左側面図、図2の(B)は図1に示した積層型圧電素子の正面図、図2の(C)は図1に示した積層型圧電素子の右側面図である。 図3は、本発明の第2実施形態に係る電子装置(第2装置)の概略斜視図である。 図4は、図3に示した第2装置に使用される各種内部電極層の正面図である。 図5は、図3に示した圧電素子の右側面図である。 図6は、図3に示した圧電素子の裏面図である。 図7は、図3に示した圧電素子の右側面図である。 図8は、図3に示した圧電素子の左側面図である。 図9は、図3に示した圧電素子の裏面図である。 図10は、図3に示した圧電素子の右側面図である。 図11は、図3に示した圧電素子の左側面図である。 図12は、本発明の変形例の概略図である。 図13は、本発明が適用されていない電子装置の概略斜視図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の各実施形態に係る電子装置について説明する。
<第1実施形態>
(構造)
図1に示したように、本発明の第1実施形態に係る電子装置(以下、「第1装置」とも称呼する。)10は、積層型圧電素子(圧電素子)20と、被駆動子30と、を備える。被駆動子30は、例えば、圧電素子20の伸縮により摺動又は振動させられるロッド又は錘である。
図1及び図2に示したように、圧電素子20は、複数の圧電層(圧電材料からなる層)21、複数の第1内部電極層22、複数の第2内部電極層23、第1側面電極24、第2側面電極25、第1端部圧電層26、第2端部圧電層27、堰部(上部堰部)28及び堰部(下部堰部)29を備える。
圧電素子20は、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸にそれぞれ沿う辺を有する直方体形状を有する。本例において、圧電素子20のX軸方向長さは1mmであり、圧電素子20のY軸方向長さは1mmであり、圧電素子20のZ軸方向長さ(高さ)は2mmである。
圧電層21の主成分は圧電材料(例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、PZT)である。各圧電層21の厚み(Z軸方向長さ)は、例えば、0.019mmである。圧電層21は焼成体である。圧電層21はZ軸方向に沿う分極処理が施されている。圧電層21の平面視における形状は、各辺の長さが1mmの正方形である。即ち、圧電層21の平面形状は、X軸及びY軸に沿う辺を有する正方形である。
第1内部電極層22の材料は、導電性材料(例えば、Ag−Pd合金及びAg等)である。第1内部電極層22の厚みは、例えば、0.001mmである。第1内部電極層22のY軸方向の両端部は圧電層21のY軸方向の両端部にまで延在している。第1内部電極層22のX軸正方向端部は、圧電層21のX軸正方向端部にまで延在している。第1内部電極層22のX軸負方向端部は、圧電層21のX軸負方向端部近傍にまで延在しているが、圧電層21のX軸負方向端部には到達していない。
第2内部電極層23の材料は、第1内部電極層22と同じ導電性材料(例えば、Ag−Pd合金及びAg等)である。第2内部電極層23の厚みは、第1内部電極層22の厚みと同じである。第2内部電極層23のY軸方向の両端部は圧電層21のY軸方向の両端部にまで延在している。第2内部電極層23のX軸負方向端部は、圧電層21のX軸負方向端部にまで延在している。第2内部電極層23のX軸正方向端部は、圧電層21のX軸正方向端部近傍にまで延在しているが、圧電層21のX軸正方向端部には到達していない。第2内部電極層23は、圧電層21を挟んで第1内部電極層22と対向するように配置されている。即ち、第1内部電極層22及び第2内部電極層23は圧電層21を挟んで互いに対向するように設けられている。
圧電素子20において、第1内部電極層22と第2内部電極層23とに挟まれた圧電層21は、Z軸方向(積層方向、各層の層面に直交する方向)に積層されている。換言すると、第1内部電極層22と第2内部電極層23とは圧電層21を挟んで交互に積層されている。圧電層21の積層数は限定されないが、例えば、90層である。但し、図1乃至図3等においては、図面を簡略化するために、12層の圧電層21が積層されている。
第1側面電極24は、圧電素子20の右側面(X軸正方向端部の面であってY−Z平面に平行な面)に形成された電極層である。第1側面電極24の材料は、第1内部電極層22と同じ導電性材料(例えば、Ag−Pd合金及びAg等)である。第1側面電極24の正面視における形状は、圧電素子20の高さ方向(Z軸方向)に長手方向を有する長方形である。第1側面電極24は、複数の第1内部電極層22の総てを電気的に接続している。第1側面電極24には、外部の駆動回路と接続される図示しない導線がハンダ付けされる。
第2側面電極25は、圧電素子20の左側面(X軸負方向端部の面であってY−Z平面に平行な面)に形成された電極層である。第2側面電極25の材料は、第1内部電極層22と同じ導電性材料(例えば、Ag−Pd合金及びAg等)である。第2側面電極25の正面視における形状は、圧電素子20の高さ方向(Z軸方向)に長手方向を有する長方形である。第2側面電極25は、複数の第2内部電極層23の総てを電気的に接続している。第2側面電極25には、外部の駆動回路と接続される図示しない導線がハンダ付けされる。
第1端部圧電層26は、複数の圧電層21のうち最も上部に積層された圧電層21(及び最も上部に位置する第1内部電極層22)の上部に積層されている。第1端部圧電層26は上端部圧電層26とも称呼される。第1端部圧電層26の主成分は圧電層21の主成分と同じである。第1端部圧電層26は焼成体である。第1端部圧電層26の上面20aは露呈されている。後述するように、上面20aには接着剤Sが塗布され、上面20aの略中央部に被駆動子30が接着される。
第2端部圧電層27は、複数の圧電層21のうち最も下部に位置する圧電層21(及び最も下部に位置する第1内部電極層22)の下部に積層されている。第2端部圧電層27は、下端部圧電層27とも称呼される。第2端部圧電層27の主成分は圧電層21の主成分と同じである。第2端部圧電層27は焼成体である。第2端部圧電層27の下面20bは露呈している。なお、下面20bは基板等の部材に接着剤Sにより接着されていてもよい。この場合、接着剤Sは圧電素子20の下面にのみ塗布される。
積層された複数の圧電層21のうちの、互いに隣接して対向する「第1内部電極層22及び第2内部電極層23」に挟まれた部分は、活性部である。活性部は、第1内部電極層22と第2内部電極層23との間に「変化する電圧(電位差)」が付与されることにより変化する電界が付与され、それにより変位する部分(特に、Z軸(高さ)方向に伸縮する部分)である。
堰部(上部堰部)28は、ノボラック型エポキシ樹脂を主成分とする材料からなる。堰部28は、圧電素子20の上端部(Z軸正方向端部)に帯状に設けられている。即ち、堰部28は、圧電素子20の右側面、正面、左側面及び裏面(Z軸、即ち、積層方向と直交する方向に平行な面であり、以下、「縦壁面」とも称呼する。)の面上に、圧電素子20の上端辺(上面20aと縦壁面との境界をなす辺)から所定の幅(略一定の幅)W1を有するように、形成されている。
より具体的に述べると、堰部28は、圧電素子20の右側面において、第1側面電極24の上端と上端辺との間に前記所定の幅W1を有するように設けられている(図2(C)を参照。)。堰部28は、圧電素子20の正面において、上端辺から前記所定の幅W1を有するように設けられている(図2(B)を参照。)。堰部28は、圧電素子20の左側面において、第2側面電極25の上端と上端辺との間に前記所定の幅W1を有するように設けられている(図2(A)を参照。)。更に、堰部28は、圧電素子20の裏面において、上端辺から前記所定の幅W1を有するように設けられている。
堰部(下部堰部)29は、圧電素子20の下端部(Z軸負方向端部)に帯状に設けられている。即ち、堰部29は、圧電素子20の縦壁面の面上に、圧電素子20の下端辺(下面20bと縦壁面との境界をなす辺)から所定の幅(略一定の幅)W2を有するように、形成されている。
より具体的に述べると、堰部29は、圧電素子20の右側面において、第1側面電極24の下端と下端辺との間に前記所定の幅W2を有するように設けられている(図2(C)を参照。)。堰部28は、圧電素子20の正面において、下端辺から前記所定の幅W2を有するように設けられている(図2(B)を参照。)。堰部28は、圧電素子20の左側面において、第2側面電極25の下端と下端辺との間に前記所定の幅W2を有するように設けられている(図2(A)を参照。)。更に、堰部28は、圧電素子20の裏面において、下端辺から前記所定の幅W2を有するように設けられている。
被駆動子30は円柱形状を有している。従って、被駆動子30の下面は平坦である。被駆動子30は、その下面が圧電素子20の上面20aの中央部に接着剤Sにより接着されることにより、圧電素子20に接合される。被駆動子30の形状は円柱形状以外の形状であってもよい。
被駆動子30は、例えば、「カーボン、重金属、重金属の炭化物、重金属の硼化物及び重金属の窒化物」のうちの何れか一つを主成分とする材料からなる。この場合の重金属(重金属元素)としては、タングステン及びタンタル等が特に好ましく、タングステンカーバイト(WC)、硼化タングステン(WB)及び窒化タンタル(TaN)等が好適に用いられる。
接着剤Sは製造工程において、上面20a(及び下面20b)にのみ塗布される。接着剤Sはエポキシ系接着剤である。接着剤Sには、「JIS K6850」に準拠した方法に基いて測定された「引っ張りせん断強さ」が15N/mm以上のものが使用されることが好ましい。接着剤Sの硬化前の粘度は50〜200Pa・sであることが好ましい。
このように、圧電素子20においては、複数の第1内部電極層22の端部、複数の第2内部電極層23の端部、第1側面電極24及び第2側面電極25が、圧電素子20の表面(外表面)に配されている。即ち、これらの電極及び電極の端部は、圧電素子20の外表面の一部に配される外表面電極を有する。更に、被駆動子30は、エポキシ樹脂系の接着剤Sを用いて圧電素子20に接着される部材を構成している。接着剤Sは、圧電素子20の外表面のうち「外表面電極」が存在する部分以外の部分(本例においては上面20a及び下面20b)に配される。
(製造方法)
電子装置10は周知の方法により製造される。以下、上記電子装置10の製造方法について簡単に説明する。
1.第1工程(圧電テープ成形)
先ず、ドクターブレード法により、圧電層21を形成することになる「複数の圧電テープ(セラミックグリーンシートである第1圧電テープ)」と、「第1端部圧電層及び第2端部圧電層」を形成することになる「複数の圧電テープ(セラミックグリーンシートである第2圧電テープ)」とが用意される。
2.第2工程(内部電極層印刷)
次に、第1圧電テープのそれぞれに対して所定のパターンを有する導電体層をスクリーン印刷法により形成する。この導電体層は、焼成後において第1内部電極層22及び第2内部電極層23となる層である。
3.第3工程(接着層印刷)
各圧電テープに接着ペーストをスクリーン印刷により印刷する。
4.第4工程(積層)
一枚の第2圧電テープの上に複数枚の第1圧電テープを積層し、更に、一枚の第2圧電テープを積層することにより、積層体を得る。その積層体を加熱しながら、その積層体に圧力を加える。これにより、積層された圧電テープ同士を熱圧着する。
5.第5工程(脱脂処理)
得られた積層体を所定の温度(焼成温度以下の温度)にまで上昇させ、脱脂する。
6.第6工程(焼成、本焼成)
脱脂後の積層体の温度を焼成温度にまで上昇させ、積層体を焼成することにより焼成体を得る。
7.第7工程(平面研削・厚み調整)
焼成体の上面を平面研削する。
8.第8工程(分割・切断)
平面研削後の焼成体をダイシングにより切断し、個々の圧電素子20へと分割する。
9.第9工程(側面電極形成)
第1側面電極24及び第2側面電極25をスクリーン印刷により形成する。
10.第10工程(保護膜形成)
圧電素子20の正面及び裏面に保護膜をスクリーン印刷により形成する。
11.第11工程(堰部形成)
圧電素子20の縦壁面(右側面、左側面、正面及び裏面)の上端に、ノボラック型エポキシ樹脂を主成分とする材料を一定幅W1だけ塗布し、加熱硬化させる。同様に、圧電素子20の縦壁面の下端に、ノボラック型エポキシ樹脂を主成分とする材料を一定幅W2だけ塗布し、加熱硬化させる。
12.第12工程(分極処理)
周知の手法に基いて、圧電層21に電圧を印加し、圧電層21の分極処理を実施する。
13.第13工程(検査)
得られた圧電素子20の電気的特性及び外観を検査する。
その後、圧電素子20の上面20aに接着剤Sを塗布し、圧電素子20と被駆動子30とを接着する。更に、必要に応じて下面20bに接着剤Sを塗布し、圧電素子20と基板等の他の部材とを接着する。以上により、電子装置10が製造される。
この圧電素子20は、上述したように、ノボラック型エポキシ樹脂を主成分とする堰部28(及び堰部29)を備えている。ノボラック型エポキシ樹脂には、フェノールノボラック型エポキシ樹脂と、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂と、が含まれる。ノボラック型エポキシ樹脂は、半導体封止用樹脂として広く知られる。本発明者は、「ノボラック型エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂系の接着剤のエポキシブリードアウトを効果的に抑制することができる。」との知見を得た。更に、本発明者は、「ノボラック型エポキシ樹脂それ自身は、エポキシブリードアウトにより広がることは殆どない。」との知見を得た。
従って、上面20a(及び下面20b)に塗布されたエポキシ樹脂系の接着剤Sのエポキシブリードアウトにより接着剤Sの成分の一部が染み出したとしても、エポキシブリードアウトの進行は堰部28(及び堰部29)によって阻止される。従って、接着剤Sの一部が外表面電極(例えば、第1側面電極24、第2側面電極25、圧電素子20の正面又は裏面に露呈した第1内部電極層22の端部により構成される電極、及び、圧電素子20の正面又は裏面に露呈した第2内部電極層23の端部により構成される電極)に到達しない。その結果、第1側面電極24又は第2側面電極25と、外部回路に接続するための接続線と、を半田付けする場合において、その半田付け付け強度がエポキシブリードアウトの影響を受けない。よって、外部回路との接続信頼性等の高い圧電素子20が提供される。更に、外表面電極の材料を、エポキシブリードアウトにより接着剤Sから染み出す「接着剤Sの成分の一部」との反応を考慮することなく選択することも可能となる。
なお、圧電素子20の下面20bが基板等に接着されない場合、堰部(下部堰部)29は設けなくてもよい。更に、圧電素子20の正面及び裏面(第1側面電極24及び第2側面電極25の何れもが設けられない縦壁面)は、図示しない保護膜により被覆されてもよい。この場合、正面及び裏面には、堰部28(及び堰部29)を設けなくてもよい。更に、堰部28及び堰部29は、一定の幅でなくてもよい。但し、堰部28及び堰部29は、少なくとも「接着剤Sの塗布される部位と外表面電極とを圧電素子20の外表面に沿って結ぶ直線を横断するように」形成されることが好ましい。
<第2実施形態>
(構造)
図3に示したように、本発明の第2実施形態に係る電子装置(以下、「第2装置」とも称呼する。)40は、圧電素子(積層型圧電素子)50と、被駆動子30と、を備える。被駆動子30は、第1装置10が備える被駆動子30と同じ部材である。圧電素子50は、圧電素子20と同様の直方体形状を有する。なお、第2実施形態において、圧電素子50の各面(外表面)と座標軸との関係は以下のとおりである。
正面:圧電素子50のX軸負方向端部の面であってY−Z平面に平行な面。
裏面:圧電素子50のX軸正方向端部の面であってY−Z平面に平行な面。
右側面:圧電素子50のY軸負方向端部の面であってX−Z平面に平行な面。
左側面:圧電素子50のY軸正方向端部の面であってX−Z平面に平行な面。
上面:圧電素子50のZ軸正方向端部の面であってX−Y平面に平行な面。
下面:圧電素子50のZ軸負方向端部の面であってX−Y平面に平行な面。
図4乃至図11に示したように、圧電素子50は、以下の種類の「層(又は膜)」を備える。
・圧電層:活性圧電層51a、上部不活性圧電層51b、下部不活性圧電層51c。
・第1内部電極層:タイプA1電極層52a1、タイプA2電極層52a2。
・第2内部電極層:タイプB1電極層53b1、タイプB2電極層53b2。
・右側面電極:右側面主電極層54a、右側面副電極層54b。
・左側面電極:左側面主電極層55a、左側面副電極層55b。
・保護膜:正面保護膜56a、裏面保護膜56b。
・右側面堰部:右側面上部堰部57a、右側面下部堰部57b。
・左側面堰部:左側面上部堰部58a、左側面下部堰部58b。
圧電層は、活性圧電層51a、上部不活性圧電層51b及び下部不活性圧電層51cを含む。
活性圧電層51aは、圧電素子20の圧電層21と同様の層である。圧電素子50は複数の活性圧電層51aを備える。
上部不活性圧電層51bは、圧電素子20の第1端部圧電層26と同様の層である。
下部不活性圧電層51cは、圧電素子20の第2端部圧電層27と同様の層である。
第1内部電極層及び第2内部電極層の材料は、第1内部電極層22の材料と同じである。
第1内部電極層は、複数の「タイプA1電極層52a1」及び複数の「タイプA2電極層52a2」を含む。即ち、圧電素子50は、複数の「タイプA1電極層52a1」及び複数の「タイプA2電極層52a2」を備える。
第2内部電極層は、複数の「タイプB1電極層53b1」及び複数の「タイプB2電極層53b2」を含む。即ち、圧電素子50は、複数の「タイプB1電極層53b1」及び複数の「タイプB2電極層53b2」を備える。
第1内部電極層(タイプA1電極層52a1及びタイプA2電極層52a2の何れか)は、第2内部電極層(タイプB1電極層53b1及びタイプB2電極層53b2の何れか)と、活性圧電層を挟んで対向するように配設される。
図4はこれらの電極層のそれぞれの形状を示した図である。図4において白抜きの部分は、各電極層の下部に存在する活性圧電層51aである。
タイプA1電極層52a1は図4の(A)に示した平面形状を有する電極層である。
タイプA1電極層52a1のY軸負方向端部は、活性圧電層51aのY軸負方向端部のうちのX軸方向中央部近傍にのみ到達している。
タイプA1電極層52a1のY軸正方向端部は、活性圧電層51aのY軸正方向端部のうちのX軸方向両端部近傍にのみ到達している。
タイプA1電極層52a1のX軸方向両端部は、活性圧電層51aのX軸方向両端部のY軸負方向端部近傍を除く部分に到達している。
タイプA2電極層52a2は図4の(B)に示した平面形状を有する電極層である。
タイプA2電極層52a2のY軸負方向端部は、活性圧電層51aのY軸負方向端部のX軸方向中央部近傍にのみ到達している。
タイプA2電極層52a2のY軸正方向端部は、活性圧電層51aのY軸正方向端部から所定距離離れた部分に到達している。
タイプA2電極層52a2のX軸方向両端部は、活性圧電層51aのX軸方向両端部のうちのY軸方向両端部近傍を除く部分に到達している。
タイプB1電極層53b1は図4の(C)に示した平面形状を有する電極層である。
タイプB1電極層53b1のY軸正方向端部は、活性圧電層51aのY軸正方向端部のうちのX軸方向中央部近傍にのみ到達している。
タイプB1電極層53b1のY軸負方向端部は、活性圧電層51aのY軸負方向端部のうちのX軸方向両端部近傍にのみ到達している。
タイプB1電極層53b1のX軸方向両端部は、活性圧電層51aのX軸方向両端部のうちのY軸正方向端部近傍を除く部分に到達している。
即ち、タイプB1電極層53b1は、タイプA1電極層52a1をZ軸回りに180度回転した形状を有する。
タイプB2電極層53b2は図4の(D)に示した平面形状を有する電極層である。
タイプB2電極層53b2のY軸正方向端部は、活性圧電層51aのY軸正方向端部のうちのX軸方向中央部近傍にのみ到達している。
タイプB2電極層53b2のY軸負方向端部は、活性圧電層51aのY軸負方向端部から所定距離離れた部分に到達している。
タイプB2電極層53b2のX軸方向両端部は、活性圧電層51aのX軸方向両端部のうちのY軸方向両端部近傍を除く部分に到達している。
即ち、タイプB2電極層53b2は、タイプA2電極層52a2をZ軸回りに180度回転した形状を有する。
圧電素子50は、図5に示したように、下部不活性圧電層51cの上に複数の活性圧電層51aが積層され、更に、その積層された積層体の最上部の活性圧電層51aの上に上部不活性圧電層51bが積層される。圧電素子50は、第1内部電極層と第2内部電極層とに挟まれた活性圧電層が積層される積層型圧電素子である。
第1内部電極層(タイプA1電極層52a1及びタイプA2電極層52a2)及び第2内部電極層(タイプB1電極層53b1及びタイプB2電極層53b2)は、図5乃至図11に示した順に配置される。なお、これらの図において、「A1」はタイプA1電極層52a1が形成されている層であることを示す。同様に、「A2」はタイプA2電極層52a2が、「B1」はタイプB1電極層53b1が、「B2」はタイプB2電極層53b2が、形成されている層であることを示す。
右側面電極は、図7に示したように、一つの右側面主電極層54a及び四つの右側面副電極層54bを含む。右側面主電極層54a及び右側面副電極層54bは、圧電素子50の右側面に形成されている。
右側面主電極層54aは正面視において十字形状を有する。より具体的に述べると、右側面主電極層54aのZ軸方向中央部のX軸方向両端部は圧電素子50のX軸方向両端部に到達している。右側面主電極層54aのX軸方向中央部のZ軸方向両端部は圧電素子50のZ軸方向両端部から所定の距離だけ離れた部分に到達していて、圧電素子50の上端辺及び下端辺には到達していない。右側面主電極層54aは、圧電素子50の右側面に露呈した第1内部電極層52(タイプA1電極層52a1及びタイプA2電極層52a2)の端部を覆うように形成されている。これにより、右側面主電極層54aは、複数の第1内部電極層同士を「圧電素子50の一つの側面である右側面」において接続している。
右側面副電極層54bは、正面視において長方形状を有する。より具体的に述べると、右側面副電極層54bは、圧電素子50の右側面上の四隅に配置されている。換言すると、右側面副電極層54bは、圧電素子50の右側面のうち、右側面主電極層54aによって覆われていない部分に配設されている。右側面副電極層54bは、圧電素子50の右側面に露呈した「複数の第2内部電極層(実際にはタイプB1電極層53b1)の端部」を覆っている。従って、右側面副電極層54bは、圧電素子50の右側面に露呈した複数の第2内部電極層同士を接続している。但し、各右側面副電極層54bは、右側面主電極層54aと僅かな距離を隔てており、右側面主電極層54aには接続されていない。
左側面電極は、図8に示したように、一つの左側面主電極層55a及び四つの左側面副電極層55bを含む。左側面主電極層55a及び左側面副電極層55bは、圧電素子50の左側面に形成されている。
左側面主電極層55aは正面視において十字形状を有する。より具体的に述べると、左側面主電極層55aのZ軸方向中央部のX軸方向両端部は圧電素子50のX軸方向両端部に到達している。左側面主電極層55aのX軸方向中央部のZ軸方向両端部は圧電素子50のZ軸方向両端部から所定の距離だけ離れた部分に到達していて、圧電素子50の上端辺及び下端辺には到達していない。左側面主電極層55aは、圧電素子50の右側面に露呈した第2内部電極層(タイプB1電極層53b1及びタイプB2電極層53b2)の端部を覆うように形成されている。これにより、左側面主電極層55aは、複数の第2内部電極層同士を「圧電素子50の一つの側面である左側面」において接続している。
左側面副電極層55bは、正面視において長方形状を有する。より具体的に述べると、左側面副電極層55bは、圧電素子50の左側面上の四隅に配置されている。換言すると、左側面副電極層55bは、圧電素子50の左側面のうち、左側面主電極層55aによって覆われていない部分に配設されている。左側面副電極層55bは、圧電素子50の左側面に露呈した「複数の第1内部電極層(実際にはタイプA1電極層52a1)の端部」を覆っている。従って、左側面副電極層55bは、圧電素子50の左側面に露呈した複数の第1内部電極層同士を接続している。但し、各左側面副電極層55bは、左側面主電極層55aと僅かな距離を隔てており、左側面主電極層55aには接続されていない。
保護膜は、例えば、エポキシ樹脂からなる。保護膜は、圧電素子50の正面に設けられた正面保護膜56aと、圧電素子の裏面に設けられた裏面保護膜56bと、を備える。正面保護膜56a及び裏面保護膜56bは互いに同じ形状を有している。
例えば、図9に示したように、裏面保護膜56bのY軸方向両端部は、圧電素子50のY軸方向両端部に到達している。裏面保護膜56bのZ軸方向両端部のそれぞれは、圧電素子50のZ軸方向両端部のそれぞれから所定距離離れた部分に到達している。即ち、裏面保護膜56bのZ軸正方向端部は、圧電素子50の上端辺には到達していない。裏面保護膜56bのZ軸負方向端部は、圧電素子50の下端辺には到達していない。裏面保護膜56bは、圧電素子50の裏面に露呈した「第1内部電極層及び第2内部電極層」の端部を完全に覆っている。同様に、正面保護膜56aは、圧電素子50の正面に露呈した「第1内部電極層及び第2内部電極層」の端部を完全に覆っている。
右側面堰部及び左側面堰部は、ノボラック型エポキシ樹脂を主成分とする材料からなる。但し、その材料(堰部を構成する材料)には、導電性材料が添加され、それにより、右側面堰部及び左側面堰部は半導電性を有する。この添加される導電性材料には、カーボン、Ag、Au及びCu若しくはこれらの合金等を用いる。特に、所望の抵抗率に調整し易いカーボンを用いることが好ましい。半導電性の膜の抵抗は、絶縁膜の抵抗よりもかなり小さく、導体膜の抵抗よりもかなり大きい。
右側面堰部は、図10に示したように、右側面上部堰部57a及び右側面下部堰部57bを備える。右側面上部堰部57a及び右側面下部堰部57bは、圧電素子50の右側面の上部及び下部にそれぞれ形成されている。右側面上部堰部57a及び右側面下部堰部57bは、平面視において互いに略同形の長方形状を有している。
より具体的に述べると、右側面上部堰部57aのX軸方向両端部は、圧電素子50のX軸方向両端部に到達している。右側面上部堰部57aのZ軸正方向端部(上端)は、「圧電素子50の上端辺と、圧電素子50の右側面において最も上端辺に近い位置に露呈している内部電極層であるタイプB1電極層53b1と、の間の位置」にまで到達している。但し、右側面上部堰部57aの上端は、圧電素子50の上端辺には到達していない。即ち、右側面上部堰部57aは、圧電素子50の右側面において最も上端辺に近い位置に露呈しているタイプB1電極層53b1を覆っている。右側面上部堰部57aのZ軸負方向端部(下端)は、圧電素子50のZ軸方向中央部よりも僅かにZ軸正方向に離れた部分に到達している。
従って、右側面上部堰部57aは、右側面の上部に存在する「右側面主電極層54aと一対の右側面副電極層54bと」を繋げる。換言すると、右側面上部堰部57aは、右側面主電極層54aと一対の右側面副電極層54bとに跨るように形成される。その結果、第1内部電極層と第2内部電極層とが、半導電性を有する膜(右側面上部堰部57a)を通して接続される。
右側面下部堰部57bのX軸方向両端部は、圧電素子50のX軸方向両端部に到達している。右側面下部堰部57bのZ軸正方向端部(上端)は、圧電素子50のZ軸方向中央部よりも僅かにZ軸負方向に離れた部分に到達している。右側面下部堰部57bのZ軸負方向端部(下端)は、「圧電素子50の下端辺と、圧電素子50の右側面において最も下端辺に近い位置に露呈している内部電極層であるタイプB1電極層53b1と、の間の位置」にまで到達している。但し、右側面上部堰部57aの下端は、圧電素子50の下端辺には到達していない。即ち、右側面下部堰部57bは、圧電素子50の右側面において最も下端辺に近い位置に露呈しているタイプB1電極層53b1を覆っている。
従って、右側面下部堰部57bは、右側面の下部に存在する「右側面主電極層54aと一対の右側面副電極層54bと」を繋げる。換言すると、右側面下部堰部57bは、右側面主電極層54aと一対の右側面副電極層54bとに跨るように形成される。その結果、第1内部電極層と第2内部電極層とが、半導電性を有する膜(右側面下部堰部57b)を通して接続される。
更に、右側面上部堰部57aと右側面下部堰部57bとは、圧電素子50の右側面のZ軸方向中央部近傍において所定の距離を隔てるように配置されている。従って、圧電素子50の右側面のZ軸方向中央部近傍において、右側面主電極層54aが露呈する。この右側面主電極層54aの露呈部に、図示しない外部配線が半田付けされる。
この右側面主電極層54aの露呈部と、圧電素子50の上面50aと、の間には、右側面上部堰部57aが延在している。従って、上面50aにエポキシ樹脂系の接着剤Sが塗布された場合であっても、その接着剤Sのエポキシブリードアウトは右側面上部堰部57aにより阻止される。その結果、右側面主電極層54aの露呈部に接着剤Sの成分の一部が到達することが回避されるので、右側面主電極層54aの露呈部への外部配線の半田付けを強固に行うことができる。
左側面堰部は、図11に示したように、左側面上部堰部58a及び左側面下部堰部58bを備える。左側面上部堰部58a及び左側面下部堰部58bは、圧電素子50の左側面の上部及び下部にそれぞれ形成されている。左側面上部堰部58a及び左側面下部堰部58bは、平面視において互いに略同形の長方形状を有している。
より具体的に述べると、左側面上部堰部58aのX軸方向両端部は、圧電素子50のX軸方向両端部に到達している。左側面上部堰部58aのZ軸正方向端部(上端)は、「圧電素子50の上端辺と、圧電素子50の左側面において最も上端辺に近い位置に露呈している内部電極層であるタイプB1電極層53b1と、の間の位置」にまで到達している。但し、左側面上部堰部58aの上端は、圧電素子50の上端辺には到達していない。即ち、左側面上部堰部58aは、圧電素子50の左側面において最も上端辺に近い位置に露呈しているタイプB1電極層53b1を覆っている。左側面上部堰部58aのZ軸負方向端部(下端)は、圧電素子50のZ軸方向中央部よりも僅かにZ軸正方向に離れた部分に到達している。
従って、左側面上部堰部58aは、左側面の上部に存在する「左側面主電極層55aと一対の左側面副電極層55bと」を繋げる。換言すると、左側面上部堰部58aは、左側面主電極層55aと一対の左側面副電極層55bとに跨るように形成される。その結果、第1内部電極層と第2内部電極層とが半導電性を有する膜(左側面上部堰部58a)を通して接続される。
左側面下部堰部58bのX軸方向両端部は、圧電素子50のX軸方向両端部に到達している。左側面下部堰部58bのZ軸正方向端部(上端)は、圧電素子50のZ軸方向中央部よりも僅かにZ軸負方向に離れた部分に到達している。左側面下部堰部58bのZ軸負方向端部(下端)は、「圧電素子50の下端辺と、圧電素子50の左側面において最も下端辺に近い位置に露呈している内部電極層であるタイプB1電極層53b1と、の間の位置」にまで到達している。但し、左側面下部堰部58bの下端は、圧電素子50の下端辺には到達していない。即ち、左側面下部堰部58bは、圧電素子50の左側面において最も下端辺に近い位置に露呈しているタイプB1電極層53b1を覆っている。
従って、左側面下部堰部58bは、右側面下部堰部57bと同様に、左側面の下部に存在する「左側面主電極層55aと一対の左側面副電極層55bと」を繋げる。その結果、第1内部電極層と第2内部電極層とが、半導電性を有する膜(左側面下部堰部58b)を通して接続される。
更に、左側面上部堰部58aと左側面下部堰部58bとは、圧電素子50の左側面のZ軸方向中央部近傍において所定の距離を隔てるように配置されている。従って、圧電素子50の左側面のZ軸方向中央部近傍において、左側面主電極層55aが露呈する。この左側面主電極層55aの露呈部に、図示しない外部配線が半田付けされる。
この左側面主電極層55aの露呈部と、圧電素子50の上面50aと、の間には、左側面上部堰部58aが延在している。従って、上面50aにエポキシ樹脂系の接着剤Sが塗布された場合であっても、その接着剤Sのエポキシブリードアウトは左側面上部堰部58aにより阻止される。その結果、左側面主電極層55aの露呈部に接着剤Sの成分の一部が到達することが回避されるので、左側面主電極層55aの露呈部への外部配線の半田付けを強固に行うことができる。
更に、第1内部電極層52と第2内部電極層53とが、半導電性を有する複数の堰部(即ち、右側面上部堰部57a、右側面下部堰部57b、左側面上部堰部58a及び左側面下部堰部58b)により接続される。この結果、圧電素子50に急激な温度変化が加わったときに発生する焦電効果を抑制することができるので、圧電素子50の脱分極の発生を回避することができる。即ち、第2装置40は、上述した堰部を設けることのみにより、接着剤Sのエポキシブリードアウトに起因する問題と、焦電効果の発生に起因する問題(脱分極の発生)と、を同時に解決することができる。
(実施例及び比較例)
次に、第2装置40の実施例(実施例1、2)と、第2装置において堰部(右側面堰部及び左側面堰部)を設けない比較例と、を作成し、比較実験を行った。実験結果を表1に示す。
Figure 0005628899
表1の実施例2において、堰部を構成するノボラック型エポキシ樹脂に添加された導電材料はカーボンである。絶縁抵抗は、第1内部電極層と第2内部電極層との間の直流絶縁抵抗である。熱耐衝撃性試験は、室温から80℃へサンプルを加熱し、その後、−40℃までサンプルを冷却することを1サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことを言う。また、容量変化率は、熱耐衝撃性試験前の第1内部電極層と第2内部電極層との間の静電容量を1(100%)としたときの、熱耐衝撃性試験後の第1内部電極層と第2内部電極層との間の静電容量の低下量である。
表1に示した結果からも、ノボラック型エポキシ樹脂の堰部を設けることにより、接着剤Sのエポキシブリードアウトが効果的に抑制できることが確認された。更に、堰部の材料に導電性材料(本例では、カーボン)を添加しておくことにより、熱耐衝撃性試験の前後の圧電素子の容量低下量が非常に小さくなった。従って、焦電効果に起因する脱分極の発生を抑制できることが確認できた。
以上、説明したように、本発明の各実施形態は、外表面の一部(例えば、圧電素子10又は50の右側面及び左側面)に配される外表面電極(例えば、側面電極24、右側面主電極層54a、右側面副電極層54b、左側面主電極層55a、左側面副電極層55b)を有する素子(20、50)と、前記素子にエポキシ樹脂系の接着剤を用いて接着される部材(例えば、被駆動子30)と、を備える電子装置において、前記接着剤は前記素子の外表面のうち前記外表面電極が存在する部分以外の部分(例えば、圧電素子の上面20a、50a)に配され、且つ、前記接着剤と前記外表面電極との間に前記接着剤のエポキシブリードアウトを防止する材料からなる堰部(例えば、堰部28、右側面上部堰部57a及び左側面上部堰部58a)を設けた電子装置である。従って、堰部がエポキシブリードアウトの進行を阻止するので、エポキシブリードアウトが「素子の外表面に配される電極(外表面電極)」に及ぼす悪影響を排除することができる。
なお、素子は、積層型圧電素子のほか、「圧電層と、その圧電層を挟んで対向する第1電極層及び第2電極層と、を含む圧電体を備える圧電膜素子(積層されていない圧電素子)」であってもよい。
また、半導電性を有する堰部(例えば、右側面上部堰部57a)により接続される圧電素子50の外表面電極は、第1電極層(第1内部電極層であるタイプA1電極層52a1及びタイプA2電極層52a2)の端部に接続された電極層である第1電極(例えば、右側面主電極層54a)と、前記第2電極層(第2内部電極層であるタイプB1電極層53b1)の端部に接続された電極層である第2電極(例えば、右側面副電極層54b)と、であった。しかしながら、右側面副電極層54bは設けられなくてもよい。この場合、半導電性を有する堰部(例えば、右側面上部堰部57a)により接続される圧電素子50の外表面電極は、前記第1電極層の端部に接続された電極層である第1電極(右側面主電極層54a)と、前記第2電極層の端部により構成される電極(例えば、第2内部電極層であるタイプB1電極層53b1の右側面に露呈した端部自体)と、であってもよい。
加えて、半導電性を有する堰部(例えば、右側面上部堰部57a)により接続される圧電素子50の外表面電極は、第1電極層(第1内部電極層であるタイプA1電極層52a1及びタイプA2電極層52a2)の端部であって圧電素子50の右側面(外表面)に露呈した端部により構成される第1電極と、前記第2電極層(第2内部電極層であるタイプB1電極層53b1)の端部であって圧電素子50の右側面(外表面)に露呈した端部により構成される第2電極と、であってもよい。
更に、圧電素子20及び圧電素子50は、直方体形状を有する多面体であったが、例えば、断面形状(X−Y平面に沿って切断した形状)が四角形以外の多角形(例えば、六角形及び八角形等)である多面体であってもよい。
また、例えば、圧電素子50は、
「前記圧電体(活性圧電層)を複数個積層してなる多面体の積層型圧電素子であり、
前記素子に含まれる複数の前記第1電極層(タイプA1電極層52a1、タイプA2電極層52a2)のうちの二以上の端部は前記多面体の一つの側面(例えば、右側面)に露呈し、
前記素子に含まれる複数の前記第2電極層(タイプB1電極層53b1、タイプB2電極層53b2)のうちの二以上の端部は前記一つの側面(例えば、右側面)に露呈し、
前記第1電極は前記一つの側面(例えば、右側面)に露呈した前記二以上の第1電極層の端部同士を前記一つの側面上において接続する電極層(右側面主電極層54a)であり、
前記第2電極は前記一つの側面に露呈した前記二以上の第2電極層(タイプB1電極層53b1)の端部同士を前記一つの側面上において接続する電極層(右側面副電極層54b)である、素子。」
と言うことができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、本発明は圧電素子を素子として備える電子装置以外の電子装置(例えば、半導体素子、ICチップ等を備える装置)にも適用することができる。
即ち、例えば、図12に示した場合にも本発明を適用することができる。この例において、ICチップ70は基板80に接着剤Sを用いて接合されている。従って、基板80は、素子としてのICチップ70にエポキシ樹脂系の接着剤Sを用いて接着される部材である。ICチップ70は、その外表面(図12に示した例においては上面)70aに電極(外表面電極)71を備える。電極71は、基板80の上の電極81とワイヤALにより半田付けにより接続される。この場合、本発明に従って、堰部90を「接着剤Sと電極71との間」に配設する。これにより、接着剤Sの成分の一部がブリードアウトにより電極71を覆うことが防止されるので、ワイヤALと電極71との接合部の信頼性を高くすることができる。
更に、堰部は、外表面電極を取り囲むように設けられてもよい。

Claims (3)

  1. 外表面の一部に配される外表面電極を有する素子と、
    前記素子にエポキシ樹脂系の接着剤を用いて接着される部材と、
    を備える電子装置において、
    前記接着剤は前記素子の外表面のうち前記外表面電極が存在する部分以外の部分に配され、且つ、前記接着剤と前記外表面電極との間に前記接着剤のエポキシブリードアウトを防止するノボラック型エポキシ樹脂を主成分とする材料からなる堰部を設けた電子装置。
  2. 請求項1に記載の電子装置において、
    前記素子は、圧電層と、前記圧電層を挟んで対向する第1電極層及び第2電極層と、を含む圧電体を備える素子であり、
    前記外表面電極は、前記第1電極層の端部により構成される電極又は前記第1電極層の端部に接続された電極層である第1電極と、前記第2電極層の端部により構成される電極又は前記第2電極層の端部に接続された電極層である第2電極と、を含み、
    前記堰部は、前記堰部を構成する材料に導電性材料が添加されることにより半導電性を有するとともに前記第1電極と前記第2電極とに跨るように形成された電子装置。
  3. 請求項2に記載の電子装置において、
    前記素子は、前記圧電体を複数個積層してなる多面体の積層型圧電素子であり、
    前記素子に含まれる複数の前記第1電極層のうちの二以上の端部は前記多面体の一つの側面に露呈し、
    前記素子に含まれる複数の前記第2電極層のうちの二以上の端部は前記一つの側面に露呈し、
    前記第1電極は前記一つの側面に露呈した前記二以上の第1電極層の端部同士を前記一つの側面上において接続する電極層であり、
    前記第2電極は前記一つの側面に露呈した前記二以上の第2電極層の端部同士を前記一つの側面上において接続する電極層である、
    電子装置。
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