KR100828846B1 - 압전 트랜스 및 그 제조 방법 - Google Patents

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히로시 오오끼
야스히로 쯔까다
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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 소형화, 박형화, 경량화, 대용량 출력화 가능한 압전 트랜스를 저비용으로 제공하는 것이다.
행방향으로 각각 인접하는 압전 트랜스(30, 31)에 있어서, 지지 기판(16) 내에 열방향으로 하부 전극(16)이 연장하여 열방향으로 나열되는 복수의 압전 트랜스(30), 또는 압전 트랜스(31)를 접속한다. 도2의 (a) 및 도2의 (b)도 참조하면서 설명하면, 행방향으로 각각 인접하는 압전 트랜스(30, 31)의 압전 베이스(27)는 하부 전극(16) 또는 상부 전극 배선(20)에 의해 접속되는 동시에, 열방향으로 나열되는 압전 트랜스(30, 31)를 일괄적으로 접속하고 있다. 한편, 열방향으로 각각 인접하는 압전 트랜스의 압전 베이스(27)는 우측부 전극 배선(26) 또는 좌측부 전극 배선(24)에 의해 접속되는 동시에, 행방향으로 나열되는 압전 트랜스를 일괄적으로 접속하고 있다. 이 구성에 의해, 교차하는 우측부 전극 배선(26) 또는 좌측부 전극 배선(24)과, 이들과 교차하는 상부 전극 배선(20) 또는 하부 전극(16)과의 사이에 전압을 인가함으로써, 임의의 압전 트랜스(30, 31)의 세트(조)에 대해 액세스할 수 있다. 단, 액세스한 경우에는, 행방향과 열방향으로 각각 인접하는 4개의 압전 트랜스를 동작시키게 된다. 물론, 전극으로의 전압의 인가에 의해, 보다 많은 압전 트랜스를 동작시킬 수 있지만, 4개가 세트가 된다.
압전 트랜스, 압전 베이스, 전극 배선, 지지 기판, 하부 전극

Description

압전 트랜스 및 그 제조 방법 {PIEZOELECTRIC TRANSFORMER AND THE METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
도1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전체의 기본 구조를 도시하는 도면.
도2는 본 실시 형태에 따른 압전 트랜스의 구조를 도시하는 도면으로, 도2의(a)는 도4의 (b)의 IIa-IIb선을 따른 단면도이고, 도2의 (b)는 상면도.
도3a는 본 실시 형태에 따른 병렬 접속한 전압 트랜스의 사시도.
도3b는 도3a에 전극의 평면 배치를 추가한 도면.
도4는 본 실시 형태에 따른 병렬 접속한 압전 트랜스의 진동 방향을 도시하는 모식도로, 도4의 (a)는 주요부의 측면도, 도4의 (b)는 사시도.
도5는 로젠형 압전 트랜스의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 구동부측 압전체
2 : 상부 전극
3 : 하부 전극
4 : 구동부
5 : 발전부측 압전체
6 : 좌측부 전극
7 : 우측부 전극
8 : 발전부
9 : 기계적 진동
10 : 진동의 노드점
11 : 상부 전극 상의 지지점
12 : 하부 전극 상의 지지점
13 : 좌측부 전극 상의 지지점
14 : 우측부 전극 상의 지지점
15 : 단면에서의 지지점
16 : 지지 기판
17 : 절연층
18 : 공극
19 : 상부 전극에 대한 비아
20 : 상부 전극 배선
21 : 하부 전극에 대한 비아
22 : 하부 전극 배선
23 : 좌측부 전극에 대한 비아
24 : 좌측부 전극 배선
25 : 우측부 전극에 대한 비아
26 : 우측부 전극 배선
27 : 압전 베이스
28 : 상부 윤곽
29 : 바닥부 윤곽
30 : 압전 트랜스
31 : 인접하는 압전 트랜스
32 : 진동 방향
33 : 전방으로부터 내측 방향으로 진동하는 압전 트랜스
34 : 내측 방향으로부터 전방으로 진동하는 압전 트랜스
35 : 평면 형상 전극
36 : 단면 전극
37 : 외부 입력 전기 단자
38 : 외부 공용 전기 단자
39 : 외부 출력 전기 단자
40 : 지지구
[문헌 1] 미국 특허 제2,830,274호
[문헌 2] 일본 특허 공개 평8-153914호 공보
[문헌 3] 일본 특허 공개 평5-235432호 공보
본 발명은 각종 전원에 이용되는 압전 트랜스에 관한 것으로, 특히 소형화, 박형화, 경량화된 소형 전원의 대용량 출력화에 관한 것이다.
종래, 각종 가전 기기, AV 기기 등의 전자 기기에 이용되는 변압 소자로서 권선형 전자기 트랜스가 이용되어 왔다. 이 전자기 트랜스는 자성체의 코어에 도선을 권취하는 구조로 되어 있고, 높은 변성비를 실현하기 위해서는 권취하는 도선의 수를 많게 할 필요가 있는 데다가 절연 내압 확보를 위해 소형, 박형의 전자기 트랜스를 실현하는 것은 매우 곤란했다.
이러한 전자기식 코일 트랜스에 대해, 압전 트랜스가 제안되었다(특허 문헌 1 참조). 이 압전 트랜스는 종래의 전자기 트랜스와 완전히 다른 동작 원리를 갖는 것이다. 도5는 단판 타입의 압전 트랜스, 이른바 로젠형 압전 트랜스의 구성을 도시하는 사시도이다. 이하에, 이 도면을 참조하면서 압전 트랜스의 구성을 설명한다.
압전체의 상·하면에 평면 형상 전극(35)을 설치한 부분이 구동부(4)이고, 두께 방향으로 분극되어 있다. 또한, 압전체의 단부에 설치된 단부면 전극(36)과 구동부(4)에 의해 끼워진 부분이 발전부(8)이고, 길이 방향으로 분극되어 있다. 이러한 구조의 압전 트랜스는, 길이 방향에 대한 세로 진동의 공진시의 절점에 지지구(40)를 장착하여, 트랜스의 베이스(도시 생략)에 고정한다. 이 상태에서, 상부 평면 형상 전극에 접속한 외부 입력 전기 단자(37), 하부 평면 형상 전극에 접속한 외부 공용 전기 단자(38)를 통해 압전체의 길이 방향에 대한 세로 진동의 공 진 주파수를 갖는 교류 전압을 인가하면, 외부 공용 전기 단자(38)와 단부면 출력 전극(36)에 접속한 외부 출력 전기 단자(39) 사이에 전압이 발생한다. 그러나, 도5에 도시한 바와 같은 단판 구조의 압전 트랜스는 출력 전류가 수 mA 정도였다. 따라서, 출력 전류가 수 A 정도 필요한 AD 어댑터와 같은 전원에는 적합하지 않았다.
압전 트랜스를 대용량 출력화하는 수단 중 하나로서, 적층 구조의 압전 트랜스가 이용되어 왔다. 예를 들어, 적층 구조의 압전 트랜스로서는 특허 문헌 2 및 3에 기재가 있고, 특허 문헌 2에 기재된 기술은 구동부의 길이 방향의 진동에 연동시켜 발전부의 길이 방향의 진동을 발생시키고 강압된 전압을 발생시키는 것이며, 외부 입력 전기 단자를 통해 구동부에 길이 방향에 대한 1차 공진 주파수의 교류 전압을 인가하고, 외부 출력 전기 단자를 통해 발전부에 강압된 전압을 발생한다. 특허 문헌 3에 기재된 기술에서는, 3차 공진 주파수의 교류 전압을 인가하는 것을 특징으로 하고 있다.
[특허 문헌 1]
미국 특허 제2,830,274호
[특허 문헌 2]
일본 특허 공개 평8-153914호 공보
[특허 문헌 3]
일본 특허 공개 평5-235432호 공보
그러나, 상기에서 설명한 기술은 하기와 같은 문제점을 갖고 있다. 종래의 적층 구조의 압전 트랜스에 이용하는 적층 세라믹에서는, 압전체와 내부 전극을 번갈아 적층한 구조를 구축해야만 해 제조 공정이 복잡해진다고 하는 문제가 있었다.
또한, 적층 세라믹을 제조하는 공정은 압전체와 내부 전극을 번갈아 적층한 후 일괄 소성하므로, 내열성을 향상시키기 위한 은(Ag)에 대해 고가의 팔라듐(Pd)을 첨가하는 등의 연구가 필요해져, 재료비가 높아진다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 소형화, 박형화, 대용량 출력화 가능한 압전 트랜스를 저비용으로 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 지지 기판과, 상기 지지 기판면에 형성되는 압전체 소자이며, 전압을 가하면 상기 압전체층의 두께 방향으로 신축하고, 압축력을 가하면 전압이 발생하는 압전체층을 갖는 압전체 소자를 갖는 압전 트랜스에 있어서, 상기 압전체층 상기 지지 기판면에 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스가 제공된다.
원리적으로 소형, 박형이 곤란한 전자기 트랜스를 이용하지 않고, 소형화, 박형화가 적합한 압전 트랜스를 이용한다. 또한, 압전 트랜스를 대용량 출력화하기 위해서는 트랜스의 단면적을 증가시키는 것이 필요하며, 본원 발명에 있어서는 압전 트랜스를 평면 상에 배열하고 이들 압전 트랜스를 병렬로 접속한다.
상기 지지 기판에 있어서, 제1 진동 방향을 갖는 제1 압전체 소자와, 상기 제1 진동 방향과 교차하는 제2 진동 방향을 갖는 제2 압전체 소자가 설치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제1 압전체 소자와, 상기 제2 압전체 소자를 상기 지지 기판의 면 내에 있어서 교대로 설치하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 압전 트랜스의 진동에 수반하는 기판의 진동의 영향을 캔슬하고, 디바이스의 신뢰성의 향상, 진동 손실의 저감을 실현한다. 이들 압전 트랜스는 병렬 접속되고, 동기 회로에 의해 각각의 압전 트랜스를 동기하여 원하는 전압의 대용량 전력이 출력된다.
또한, 상기 압전체의 진동 방향이 그와 인접하는 압전체의 진동 방향과 역방향인 것을 특징으로 한다. 상기 압전체 소자는 구동부측 압전체층과 상기 구동부측 압전체층과 상기 지지 기판의 면내 방향에 접속되는 발전부측 압전체층을 갖고, 상기 구동부측 압전체층에 그 두께 방향으로 전압을 인가하는 상부 전극 및 하부 전극이 설치되고, 상기 발전부측 압전체층에 대해 그 두께 방향과 교차하는 방향의 측면에 좌측부 전극과 우측부 전극이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 구동부에서 발생된 왜곡을 압전 변환하여, 출력 전압을 좌측부 전극과 우측부 전극 사이에 발생시킬 수 있다.
상기 우측부 전극 또는 상기 좌측부 전극 중 일단부는 측벽에 있어서 고정되고, 타단부는 측벽에 있어서 지지되지 않고 자유롭게 되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 지지 기판 등에 부여하는 진동의 영향을 경감할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 2차원 평면의 행방향과 열방향으로 다수의 압전 소자가 정렬 배치되는 압전 트랜스이며, 열방향으로 연장하고 열방향으로 나열되는 압전 소자의 구동부측 압전체층과 제1 면에서 접속하는 제1 배선과, 열방향으로 연장하고 열방향으로 나열되는 압전 소자의 구동부측 압전체층과 상기 제1 면 과는 반대측인 제2 면에서 접속하는 제1 배선과, 상기 구동부측 압전체층과 상기 열방향으로 접속되는 발전부측 압전체층에 대해, 그 두께 방향과 교차하는 방향의 측면에 있어서 접속하고 행방향으로 연장하는 제3 배선 및 제4 배선을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스가 제공된다.
상기 제1 배선 및 제2 배선은, 상기 행방향으로 각각 인접하는 압전 소자를 접속하는 동시에, 열방향으로 나열되는 압전 소자를 일괄적으로 접속하고, 상기 제3 배선 및 제4 배선은 열방향으로 각각 인접하는 압전 소자를 접속하는 동시에, 행방향으로 나열되는 압전 소자를 일괄적으로 접속하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의해, 전극 배선 사이에 전압을 인가함으로써 임의의 압전 트랜스의 세트(조)에 대해 액세스할 수 있다. 단, 액세스한 경우에는, 행방향과 열방향으로 각각 인접하는 적어도 4개의 압전 트랜스를 동작시키게 된다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 지지 기판 상에 희생층을 형성하는 공정과, 상기 희생층 상에 제1 전극 구조를 형성하는 공정과, 상기 제1 전극 구조 상에 압전체 퇴적막을 형성하는 공정과, 상기 압전체 퇴적막을 섬(島) 형상으로 가공하는 공정과, 상기 섬 형상의 압전체 퇴적막에 대해 상기 제1 전극 구조와 대향하는 위치에 제2 전극 구조를, 상기 대향 방향과 교차하는 대향 방향을 갖는 위치에 제3 및 제4 전극 구조를 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스의 제조 방법이 제공된다. 압전 트랜스를 평면 상에 배열하기 위해서는, 종래 기술에 보여지는 세라믹을 이용하는 것은 곤란하며, 본원 발명에 있어서는 압전 재료를 퇴적하여 얻을 수 있는 압전 박막을 이용한다. 또한, 압전 트랜스는 스퍼터법, 화학 기 상 성장법, 졸겔법 등의 반도체적 수법으로 퇴적막이 형성되고, 포트리소그래피 및 에칭 등으로 패터닝된다.
우선, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전 트랜스에 대해 도면을 참조하면서 설명을 행한다. 본 실시 형태에 따른 압전 트랜스는, 병렬 접속한 대용량 출력 트랜스이다. 도1은 본 실시 형태에 따른 압전체의 기본 구조를 도시하는 도면이다. 도1의 (a)에 도시한 바와 같이, 구동부(4)가 되는 구동부측 압전체(1) 및 발전부(8)가 되는 발전부측 압전체(5)는 압전 재료를 스퍼터법, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법, MBE(Molecular Beam Epitaxy)법, 졸겔법, AD(Aerosol Deposition)법 등의 반도체적 수법을 이용하여 형성되고, 주지의 포토리소그래피 및 에칭 기술에 의해 원하는 형상으로 패터닝된다.
또한, 구동부측 압전체(1)와, 그것에 두께 방향으로 교차하는 방향으로 접속하여 형성되어 있는 발전부측 압전체(5)는 각각 원하는 배향 방향으로 배향 제어되어 있다. 배향을 제어하는 방법으로서는, 예를 들어 하지(下地)의 차이에 따라 그 위에 퇴적하는 압전 재료의 배향을 다른 방향으로 제어할 수 있다. 압전 트랜스는, 압전 박막(막 두께는 20 ㎛ 정도)을 이용하고 있다. 압전 재료로서는, 지르콘산납(PbZrO3)과 티탄산납(PbTiO3)의 고용체가 잘 알려져 있지만, 환경 문제의 관점에서 티탄산바륨(BaTiO3), 니오븀산칼륨(KNbO3) 등의 Pb를 함유하지 않는 비Pb계 압전 재료의 사용이 바람직하다. 배향을 제어하는 방법으로서는, 예를 들어 하지의 차이에 따라 그 위에 퇴적하는 압전 재료의 배향을 다른 방향으로 제어할 수 있다.
구동부측 압전체(1)에는, 그 두께 방향의 상하면에 각각 상부 전극(2)과 하부 전극(3)이 설치되고, 입력 전압이 이 상부 전극(2)과 하부 전극(3) 사이에 인가된다. 또한, 발전부측 압전체(5)에는 두께 방향과 교차하는 측면에 좌측부 전극(6)과 우측부 전극(7)이 설치되고, 구동부(4)에서 발생된 왜곡을 압전 변환하여, 출력 전압이 좌측부 전극(6)과 우측부 전극(7) 사이에 발생한다. 전극 재료로서는, 예를 들어 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir)을 이용할 수 있다. 이들 전극 재료는 그램 단가가 높지만, 막 두께를 수백 nm로 얇게 할 수 있으므로, 저비용으로 제조하는 것이 가능하다. 예를 들어, Ag, Pd, Pt의 가격은 약 30엔/g, 약 700엔/g, 약 3000엔/g 정도이지만, 본 실시 형태에 따른 전극의 막 두께는 종래의 압전체의 수백분의 1 정도이므로, 실질적으로는 Pd, Pt를 이용해도 Ag를 이용한 종래 구조의 소자보다도 저비용으로 제조할 수 있다.
한편, 도1의 (b)에 도시한 바와 같이 구동부(4) 및 발전부(8)로 이루어지는 압전체는 진동의 노드점(10)에서 보유 지지되어, 진동에 수반되는 변환 손실이 억제된다. 예를 들어, 도1의 (b)에 도시한 바와 같이 기계적 진동(9)을 하고 있는 경우에, 진동에 수반되는 변환 손실을 억제하기 위해 흑색 동그라미(●)로 나타내는 진동의 노드점(10)[진동의 노드점(10)은 구동 주파수로 결정됨]에 대응한 상부 전극(2) 상의 지지점(11), 하부 전극(3) 상의 지지점(12), 좌측부 전극(6) 상의 지지점(13) 및 우측부 전극(7) 상의 지지점(14)에 도시하지 않은 지지구를 설치하고 있다. 또한, 진동의 방향을 일방향으로 제어하기 위해, 압전체의 한쪽 단부면(15)을 노드점(10)에서 고정하고 있다. 단, 트랜스 동작을 하고 있을 때의 진동이 작 은 경우(출력 용량이 작은 경우), 압전체의 한쪽 단부면을 고정할 필요는 없으며, 고정할지 여부에 관해서는 당업자의 디바이스 사양을 기초로 하여 판단되어야 한다.
도2는 본 실시 형태에 따른 압전 트랜스의 구조예를 도시하는 도면이다. 도2의 (a)는 압전 트랜스의 단면도(후술하는 도3b의 IIa-IIb선을 따른 단면도)로, 지지 기판(16), 바람직하게는 반도체 기판 상에 절연층(17)이 퇴적되고, 이 절연층(17)의 원하는 위치에 공극(18)이 마련되어 있다. 압전체의 압전 베이스[구동부측 압전체(1), 발전부측 압전체(5), 좌측부 전극(6) 및 우측부 전극(7)으로 이루어짐](27)는, 도1의 (a) 및 도1의 (b)에 도시한 상부 전극(2) 상의 노드점(11), 하부 전극(3) 상의 노드점(12), 좌측부 전극(6) 상의 노드점(13) 및 우측부 전극(7) 상의 노드점(14)에 대해 각각 비아(19, 21, 23 및 25)를 통해 상부 전극 배선(20), 하부 전극 배선(22), 좌측부 전극 배선(24) 및 우측부 전극 배선(26)에 전기적으로 접속되는 동시에, 배선에 의해 물리적으로 보유 지지되어 있다. 또한, 좌측부 전극(6)의 단부는 절연층(17)의 측벽에 있어서 고정되고, 반대로 우측부 전극(7)의 단부는 절연층(17)의 측벽에 있어서 지지되어 있지 않고 자유롭게 되어 있다. 도2의 (b)는 압전 트랜스의 평면도를 도시하는 것이며, 구동부측 압전체(1), 발전부측 압전체(5), 좌측부 전극(6) 및 우측부 전극(7)으로 이루어지는 압전 베이스(27)는 공극(18)의 상부 윤곽[절연층(17)의 상단부의 윤곽](28), 바닥부 윤곽[절연층(17)의 하단부의 윤곽](29)에 대해, 도2의 (a)에 관한 설명과 같이 도2의 (b)에 도시한 위치 관계로 배치된다.
도2의 (a)에 도시한 구조의 제조 방법으로서는, 지지 기판(16) 상에 하층으로부터 상층을 향해 희생막을 형성하고, 각 층의 구조를 형성한 후 배선 공정이 종료한 후에 개구를 형성하면 좋다.
도3a는 병렬 접속한 복수의 압전 트랜스의 사시도이고, 도3b는 도3a에 대해 각 전극을 추가한 압전 트랜스의 사시도이다. 도3a 및 도3b에 도시한 바와 같이, 도2의 (b)에서 설명한 압전 트랜스는 지지 기판(16) 상의 면 내에 열방향 및 행방향으로 나열되도록 복수 배치되어 있다. 도3a로부터 명백한 바와 같이, 병렬 접속하는 압전 트랜스에서는, 절연층(17)에 고정되는 압전 베이스(27)의 좌측부 전극(6)의 단부의 위치가 인접하는 압전 트랜스에서 서로 달라지도록 배치되어 있다. 즉, 임의의 압전 트랜스(30)에 대해, 압전 트랜스(30)와 행방향으로 인접하는 압전 트랜스(31)는 180 °회전한 구조로 배치되어 있다. 열방향에 관해서도 동일한 관계에 있다.
도3b에 도시한 바와 같이, 행방향으로 각각 인접하는 압전 트랜스(30, 31)에 있어서, 지지 기판(16) 내에 열방향으로 하부 전극(16)이 연장하여 열방향으로 나열되는 복수의 압전 트랜스(30), 또는 압전 트랜스(31)를 접속한다. 도2의 (a) 및 도2의 (b)도 참조하면서 설명하면, 행방향으로 각각 인접하는 압전 트랜스(30, 31)의 압전 베이스(27)는 하부 전극(16) 또는 상부 전극 배선(20)에 의해 접속되는 동시에, 열방향으로 나열되는 압전 트랜스(30, 31)를 일괄적으로 접속하고 있다. 한편, 열방향으로 각각 인접하는 압전 트랜스의 압전 베이스(27)는 우측부 전극 배선(26) 또는 좌측부 전극 배선(24)에 의해 접속되는 동시에, 행방향으로 나열되는 압전 트랜스를 일괄적으로 접속하고 있다. 이 구성에 의해, 교차하는 우측부 전극 배선(26) 또는 좌측부 전극 배선(24)과, 이들과 교차하는 상부 전극 배선(20) 또는 하부 전극(16)과의 사이에 전압을 인가함으로써, 임의의 압전 트랜스(30, 31)의 세트(조)에 대해 액세스할 수 있다. 단, 액세스한 경우에는, 행방향과 열방향으로 각각 인접하는 4개의 압전 트랜스를 동작시키게 된다. 물론, 전극으로의 전압의 인가에 의해, 보다 많은 압전 트랜스를 동작시킬 수 있지만 4개가 세트가 된다.
도4는 병렬 접속한 압전 트랜스의 진동 방향을 도시하는 모식도이다. 도4의 (a)에 도시한 바와 같이, 압전 베이스(27)는 그 단부를 절연층(17)에 고정하고, 반대로 다른 한쪽의 단부를 자유롭게 하고 있으므로 압전 베이스(27)는 진동 방향(32)의 방향으로 진동한다.
도4의 (b)는 본 실시 형태에 따른 병렬 접속한 각각의 압전 트랜스의 진동 방향(32)을 도시한 도면이다. 지지 기판(16)에 있어서, 도면의 전방으로부터 내측으로의 진동 방향(32)을 갖는 압전 트랜스(33)와, 이와는 180 °회전한 진동 방향(32)을 갖는 압전 트랜스(34)를 각각을 교대로 배치함으로써, 압전 트랜스의 진동에 수반하는 기판의 진동의 영향을 캔슬하고, 디바이스의 신뢰성의 향상, 진동 손실의 저감을 실현한다. 이들 압전 트랜스는 병렬 접속되고, 동기 회로에 의해 각각의 압전 트랜스를 동기하여 원하는 전압의 대용량 전력이 출력된다.
<제1 실시예>
본 제1 실시예에 있어서, 실리콘 반도체 상에 퇴적된 압전 박막은 원하는 형상으로 패터닝되고, 패터닝된 압전 박막으로 이루어지는 트랜스는 각각의 트랜스 진동을 소거하도록 교대로 병렬 배치되어 있다. 압전 재료로서는, 티탄산 지르콘산납(k31 = 0.35, k33 = 0.65, Qm = 약 2000)을 이용하였다. 이러한 압전 트랜스를 길이 2 mm, 폭 1 mm로 설계하고, 실리콘 기판 상에 10개 × 10개 배치하고(토탈 칩 면적 30 mm × 20 mm), 각각의 압전 트랜스를 병렬로 접속하였다. 시험 제작 결과로서, 강압비가 0.1, 출력 전력이 50 W인 압전 트랜스가 실현되었다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 병렬 접속한 대용량 출력 트랜스는, 종래의 전자기 코일을 이용한 트랜스보다도 소형, 박형을 실현 가능하게 하는 압전 트랜스를 제공할 수 있다. 또한, 대용량 출력을 실현 가능하게 하는 병렬 접속 압전 트랜스를 제공할 수 있다. 또한, 종래의 압전 트랜스의 제조 방법에 대해 제조 공정이 간략화 가능하며, 재료비를 저가격으로 억제할 수 있으므로 압전 트랜스의 저비용 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은, 압전 트랜스로서 이용 가능하다.
본 발명의 병렬 접속한 대용량 출력 트랜스는, 종래의 전자기 코일을 이용한 트랜스보다도 소형, 박형을 실현할 수 있다. 또한 대용량 출력을 실현 가능하게 하는 병렬 접속 압전 트랜스를 제공할 수 있다.
또한, 종래의 압전 트랜스의 제조 방법보다도 간략화 가능하며, 재료비를 저비용으로 억제할 수 있으므로 압전 트랜스의 저비용 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 지지 기판과,
    상기 지지 기판면에 형성되는 압전체 소자이며, 전압을 가하면 상기 압전체층의 두께 방향으로 신축하고, 압축력을 가하면 전압이 발생하는 압전체층을 갖는 압전체 소자를 갖는 압전 트랜스에 있어서,
    상기 압전체층이 상기 지지 기판면에 형성되고,
    상기 지지 기판에 제1 진동 방향을 갖는 제1 압전체 소자와, 상기 제1 진동 방향과 교차하는 제2 진동 방향을 갖는 제2 압전체 소자가 설치되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 압전체 소자와 상기 제2 압전체 소자를 상기 지지 기판의 면 내에 있어서 교대로 설치하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압전체의 진동 방향이 그와 인접하는 압전체의 진동 방향과 역방향인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  5. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전체 소자는 구동부측 압전체층과 상기 구동부측 압전체층과 상기 지지 기판의 면내 방향에 접속되는 발전부측 압전체층을 갖고,
    상기 구동부측 압전체층에 그 두께 방향으로 전압을 인가하는 상부 전극 및 하부 전극이 설치되고,
    상기 발전부측 압전체층에 대해 그 두께 방향과 교차하는 방향의 측면에 좌측부 전극과 우측부 전극이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 우측부 전극 또는 상기 좌측부 전극 중 일단부는 측벽에 있어서 고정되고, 타단부는 측벽에 있어서 지지되지 않고 자유롭게 되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 압전체층이 퇴적막인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  8. 2차원 평면의 행방향과 열방향으로 다수의 압전 소자가 정렬 배치되는 압전 트랜스이며,
    열방향으로 연장하고 열방향으로 나열되는 압전 소자의 구동부측 압전체층과 제1 면에서 접속하는 제1 배선과,
    열방향으로 연장하고 열방향으로 나열되는 압전 소자의 구동부측 압전체층과 상기 제1 면과는 반대측의 제2 면에서 접속하는 제1 배선과,
    상기 구동부측 압전체층과 상기 열방향으로 접속되는 발전부측 압전체층에 대해, 그 두께 방향과 교차하는 방향의 측면에 있어서 접속하여 행방향으로 연장하는 제3 배선 및 제4 배선을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 배선 및 제2 배선은 상기 행방향으로 각각 인접하는 압전 소자를 접속하는 동시에, 열방향으로 나열되는 압전 소자를 일괄적으로 접속하고,
    상기 제3 배선 및 제4 배선은 열방향으로 각각 인접하는 압전 소자를 접속하는 동시에, 행방향으로 나열되는 압전 소자를 일괄적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  10. 지지 기판 상에 희생층을 형성하는 공정과,
    상기 희생층 상에 제1 전극 구조를 형성하는 공정과,
    상기 제1 전극 구조 상에 압전체 퇴적막을 형성하는 공정과,
    상기 압전체 퇴적막을 섬 형상으로 가공하는 공정과,
    상기 섬 형상의 압전체 퇴적막에 대해, 상기 제1 전극 구조와 대향하는 위치에 제2 전극 구조를, 상기 대향 방향과 교차하는 대향 방향을 갖는 위치에 제3 및 제4 전극 구조를 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 압전 퇴적막을 형성하는 공정은 스퍼터법, 화학 기상 성장법, 분자선 에피택시법, 졸겔법, 에어로졸 디포지션법을 이용하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제4항에 있어서, 상기 압전체층이 퇴적막인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  14. 제5항에 있어서, 상기 압전체층이 퇴적막인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  15. 제6항에 있어서, 상기 압전체층이 퇴적막인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
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