KR101537939B1 - 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법 - Google Patents

압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극을 보호하기 위한 보호필름이 상기 제1 및 제2 외부전극의 외측에 구비되어 있는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 액추에이터(actuator) 등에 사용되는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 전체 영역에 걸쳐 고르게 균일한 전계가 인가될 수 있으므로 효율이 높아질 수 있다.

Description

압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법{Piezo ceramic fiber multi-layer composite device and manufacturing method of the same}
본 발명은 압전 세라믹 복합소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모든 전체 영역에 걸쳐 고르게 균일한 전계가 인가될 수 있는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
압전 물질이란 그에 가해지는 기계적 에너지와 전기적 에너지를 서로 간에 변환시킬 수 있는 특성을 지닌 재료를 말하며, 압전 효과는 전기기계 결합계수(Kp)를 사용하여 가해준 전기적 에너지에 대한 기계적 에너지로 변환된 값으로 정의된다. 따라서, 우수한 전기기계 결합계수를 가진 압전 재료는 전기기계 에너지간의 선형적 변환이 가능하므로 기계적 변환량의 정확한 제어가 가능하며, 역으로 외부의 진동 신호를 정확하게 선형적인 전기 신호로 받을 수 있다. 이러한 압전 재료는 초음파 기기, 영상기기, 음향기기, 통신기기, 센서 등 광범위한 분야에 이용되는 초음파 진동자, 전기기계 초음파 트랜스듀서(Transducer), 액추에이터(Actuator) 부품들의 재료로 널리 사용되고 있다.
일반적으로 고성능 압전 세라믹 작동기는 항공기, 미사일의 조종면이나 유연 대형 우주구조물의 진동제어 및 로봇 등의 작동부위를 위해 사용되는 것으로, 최근에는 압전 세라믹 작동기의 성능을 향상시키기 위하여 다양한 방법의 연구가 진행되고 있다. 압전 세라믹은 최대 변형률이 매우 작아 큰 작동변위를 내지 못하기 때문에 압전 세라믹 박판을 이용한 다양한 방식의 압전 세라믹 작동기가 개발되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 모든 전체 영역에 걸쳐 고르게 균일한 전계가 인가될 수 있는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 내부전극과 수직되게 접촉하고, 상기 제1 및 제2 외부전극을 보호하기 위한 보호필름이 상기 제1 및 제2 외부전극의 외측에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자를 제공한다.
상기 압전 세라믹 파이버 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층이 구비되어 있을 수 있다.
압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 갖는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비될 수 있다.
상기 제1 외부전극은 제1 도전성 패턴과 복수의 제2 도전성 패턴을 포함하며, 상기 제1 도전성 패턴과 상기 제2 도전성 패턴은 서로 수직되게 연결되고, 상기 제2 외부전극은 제3 도전성 패턴과 복수의 제4 도전성 패턴을 포함하며, 상기 제3 도전성 패턴과 상기 제4 도전성 패턴은 서로 수직되게 연결되고, 상기 제2 도전성 패턴과 상기 제4 도전성 패턴는 서로 교호로 배치되게 구비될 수 있다.
압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 짝수개의 내부전극이 구비되고, 내부전극은 상기 제1 방향으로 배향되어 제1 방향이 길이를 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향이 너비를 이루는 형태를 가지며, 상기 제1 외부전극은 상기 제3 방향으로 길게 뻗어있는 형태를 갖고, 상기 제2 외부전극은 상기 제1 외부전극과 이격되어 상기 제3 방향으로 길게 뻗어있는 형태를 가질 수 있다.
압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 짝수개의 내부전극이 구비되고, 내부전극은 상기 제1 방향으로 배향되어 제1 방향이 길이를 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향이 너비를 이루는 형태를 가지며, 상기 제1 외부전극과 상기 제2 외부전극은 판형의 형태를 가지며, 상기 제1 외부전극은 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 접촉되게 구비되고, 상기 제2 외부전극은 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 접촉되게 구비되며, 상기 제1 외부전극이 홀수번째 열에 배열된 내부전극들과 수직하게 접촉되고, 상기 제2 외부전극이 짝수번째 열에 배열된 내부전극들과 수직하게 접촉될 수도 있다.
또한, 본 발명은, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 스택의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있으며, 상기 제1 및 제2 외부전극을 보호하기 위한 보호필름이 상기 제1 및 제2 외부전극의 외측에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자를 제공한다.
상기 압전 세라믹 파이버 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층이 구비되어 있을 수 있다.
압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 갖는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비될 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 압전 세라믹 파이버의 면적과 동일하게 구비되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면의 각각에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이격되게 배치되어 있으며, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 스택의 일면에 구비된 제1 및 제2 외부전극의 전체 수가 동일하게 구비될 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 및 제2 외부전극의 전체 수가 동일하게 구비되고, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 상기 적층체에 제1 외부전극과 제2 외부전극이 결합되어 제2 적층체를 이루며, 상기 제2 적층체가 제2 방향 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅되어 적층체 파이버를 이루고, 상기 적층체 파이버가 복수 개 결합되어 제3 적층체를 이루며, 상기 적층체 파이버의 사이에 절연성 접착층이 구비되어 있고, 상기 제1 및 제2 외부전극은 압전 세라믹 파이버의 면적과 동일하게 구비되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체 파이버를 이루고, 상기 적층체 파이버가 복수 개 결합되어 제2 적층체를 이루며, 상기 제2 적층체에 제1 외부전극과 제2 외부전극이 결합되어 제3 적층체를 이루며, 상기 적층체 파이버의 사이에 절연성 접착층이 구비되어 있고, 상기 절연성 접착층은 제2 방향과 제3 방향이 이루는 면에 대하여 평행하게 복수개 구비되며, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 제3 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 제1 및 제2 외부전극은 복수 개의 적층체 파이버를 커버하는 형태로 구비되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체 파이버를 이루고, 상기 적층체 파이버가 복수 개 결합되어 제2 적층체를 이루며, 상기 제2 적층체에 제1 외부전극과 제2 외부전극이 결합되어 제3 적층체를 이루며, 상기 적층체 파이버의 사이에 절연성 접착층이 구비되어 있고, 상기 절연성 접착층은 제1 방향과 제3 방향이 이루는 면에 대하여 평행하게 복수개 구비되며, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 제3 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 제1 및 제2 외부전극은 복수 개의 적층체 파이버를 커버하는 형태로 구비되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명은, 압전 세라믹 시트에 제1 방향으로 배향되고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격된 복수의 내부전극을 형성하는 단계와, 상기 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 상기 스택을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계와, 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계 및 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 내부전극과 수직하게 접촉되는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법을 제공한다.
상기 스택을 형성하는 단계에서 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 상기 압전 세라믹 시트 사이에 에폭시를 도포하여 애폭시층이 형성되게 할 수 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 외부전극은 제1 도전성 패턴과 복수의 제2 도전성 패턴을 포함하는 형태로 형성하며, 상기 제1 도전성 패턴과 상기 제2 도전성 패턴은 서로 수직되게 연결하고, 상기 제2 외부전극은 제3 도전성 패턴과 복수의 제4 도전성 패턴을 포함하는 형태로 형성하며, 상기 제3 도전성 패턴과 상기 제4 도전성 패턴은 서로 수직되게 연결하고, 상기 제2 도전성 패턴과 상기 제4 도전성 패턴는 서로 교호로 배치할 수 있다.
또한, 본 발명은, 압전 세라믹 시트에 제1 방향으로 배향되고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격된 복수의 내부전극을 형성하는 단계와, 상기 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 상기 스택을 제1 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 짝수 개의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계와, 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계 및 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 짝수 개의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 제1 방향이 길이를 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향이 너비를 이루는 형태로 형성하고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 내부전극과 수직하게 접촉되는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법을 제공한다.
상기 스택을 형성하는 단계에서 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 상기 압전 세라믹 시트 사이에 에폭시를 도포하여 애폭시층이 형성되게 할 수 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 짝수개의 내부전극이 구비되게 하고, 내부전극은 상기 제1 방향으로 배향되어 제1 방향이 길이를 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향이 너비를 이루는 형태를 가지게 하며, 상기 제1 외부전극은 상기 제3 방향으로 길게 뻗어있는 형태를 갖게 형성하고, 상기 제2 외부전극은 상기 제1 외부전극과 이격되어 상기 제3 방향으로 길게 뻗어있는 형태를 갖게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은, 압전 세라믹 시트에 제1 방향으로 배향되고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격된 복수의 내부전극을 형성하는 단계와, 상기 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 상기 스택을 제1 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 짝수 개의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계와, 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계 및 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키고 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주하는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 짝수 개의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 제1 방향이 길이를 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향이 너비를 이루는 형태로 형성하고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하며, 짝수번째 내부전극이 홀수번째 내부전극에 비하여 제1 방향으로 쉬프트(shift)되게 배향하거나, 홀수번째 내부전극이 짝수번째 내부전극에 비하여 제1 방향으로 쉬프트(shift)되게 배향하며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 제1 외부전극과 상기 제2 외부전극은 판형의 형태를 가지며, 상기 제1 외부전극이 홀수번째 열에 배열된 내부전극들과 수직하게 접촉되고, 상기 제2 외부전극이 짝수번째 열에 배열된 내부전극들과 수직하게 접촉되는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법을 제공한다.
상기 스택을 형성하는 단계에서 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 상기 압전 세라믹 시트 사이에 에폭시를 도포하여 애폭시층이 형성되게 할 수 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계와, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하거나 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계와, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 스택의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키는 단계 및 상기 보호필름이 접착된 결과물을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법을 제공한다.
상기 스택을 형성하는 단계에서 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 상기 압전 세라믹 시트 사이에 에폭시를 도포하여 애폭시층이 형성되게 할 수 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 하며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 압전 세라믹 파이버의 면적과 동일하게 하고, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치시키며, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되게 하고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되게 할 수 있다.
상기 제1 및 제2 외부전극은 제1 방향으로 배향하고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이격되게 배치하며, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 접촉되는 제1 및 제2 외부전극의 전체 수를 동일하게 형성할 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 하며, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치시키며, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 및 제2 외부전극의 전체 수가 동일하게 하고, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되게 하고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되게 할 수 있다.
또한, 본 발명은, 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계와, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 상기 스택을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계와, 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하거나 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계 및 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법을 제공한다.
상기 스택을 형성하는 단계에서 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 상기 압전 세라믹 시트 사이에 에폭시를 도포하여 애폭시층이 형성되게 할 수 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 하며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 압전 세라믹 파이버의 면적과 동일하게 하고, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치시키며, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되게 하고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되게 할 수 있다.
상기 제1 및 제2 외부전극은 제1 방향으로 배향하고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이격되게 배치하며, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 접촉되는 제1 및 제2 외부전극의 전체 수를 동일하게 형성할 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 하며, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치시키며, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 및 제2 외부전극의 전체 수가 동일하게 하고, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되게 하고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되게 할 수 있다.
또한, 본 발명은, 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계와, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계와, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 스택의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 스택의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키는 단계와, 상기 보호필름이 접착된 결과물을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 슬릿에 의해 구분되는 복수개의 적층체 파이버를 형성하는 단계 및 상기 슬릿 내에 절연성 접착제를 충진하여 상기 적층체 파이버 사이에 절연성 접착층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법을 제공한다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명은, 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계와, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 상기 스택을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계와, 상기 적층체의 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 슬릿에 의해 구분되는 복수개의 적층체 파이버를 형성하는 단계와, 상기 슬릿 내에 절연성 접착제를 충진하여 상기 적층체 파이버 사이에 절연성 접착층을 형성하는 단계와, 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계 및 절연성 접착층에 의해 복수개의 적층체 파이버가 결합된 적층체에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키고 복수개의 적층체 파이버가 결합된 적층체에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 일면과 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법을 제공한다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명은, 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계와, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 상기 스택을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계와, 상기 적층체의 제1 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 슬릿에 의해 구분되는 복수개의 적층체 파이버를 형성하는 단계와, 상기 슬릿 내에 절연성 접착제를 충진하여 상기 적층체 파이버 사이에 절연성 접착층을 형성하는 단계와, 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계 및 절연성 접착층에 의해 복수개의 적층체 파이버가 결합된 적층체에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키고 복수개의 적층체 파이버가 결합된 적층체에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 일면과 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법을 제공한다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
본 발명에 의하면, 전계가 압전 세라믹 파이버에 균일하게 가해질 수 있다. 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 모든 전체 영역에 걸쳐 고르게 균일한 전계가 인가될 수 있으므로 효율이 높아질 수 있다.
도 1은 압전 세라믹 시트(sheet)를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라 압전 세라믹 시트에 내부전극을 형성한 모습을 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라 압전 세라믹 시트에 내부전극을 형성한 모습을 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 사시도이다.
도 6 및 도 7은 도 5를 A-A'으로 절단한 형성된 적층체의 사시도로서 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 있는 모습을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 보여주는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라 압전 세라믹 파이버가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 적층체의 일면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되는 일 예를 보여주기 위하여 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라 압전 세라믹 파이버가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 적층체의 일면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되는 다른 예를 보여주기 위하여 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라 압전 세라믹 파이버가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 적층체의 일면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되는 다른 예를 보여주기 위하여 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 적층체를 보여주는 사시도이다.
도 14는 도 13의 B1-B1' 절단면과 B2-B2' 절단면에 의해 형성되는 적층체를 보여주는 사시도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따라 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 보여주는 사시도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따라 압전 세라믹 파이버가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 적층체의 일면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되는 일 예를 보여주기 위하여 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따라 압전 세라믹 시트에 내부전극을 형성한 모습을 보여주는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따라 압전 세라믹 시트에 내부전극을 형성한 모습을 보여주는 사시도이다.
도 20은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 단면도이다.
도 21은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 사시도이다.
도 22는 도 21의 A-A' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 23은 도 21의 B-B' 절단면에 의해 형성되는 적층체를 보여주는 사시도이다.
도 24는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따라 제1 외부전극이 형성된 보호필름을 보여주는 사시도이다.
도 25는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 26은 도 25의 B1-B1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 27은 도 25의 B2-B2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 28은 압전 세라믹 시트를 보여주는 단면도이다.
도 29는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따라 압전 세라믹 시트에 비아홀이 형성된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 30은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따라 압전 세라믹 시트에 비아홀이 형성된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 31은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따라 비아홀이 형성된 압전 세라믹 시트에 복수의 내부전극이 형성된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 32는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따라 비아홀이 형성된 압전 세라믹 시트에 복수의 내부전극이 형성된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 33은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따라 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 사시도이다.
도 34는 도 33의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 35는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따라 제1 외부전극이 형성된 보호필름을 보여주는 사시도이다.
도 36은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 37은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름이 접착된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 38은 도 37의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 39는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트가 복수의 층으로 적층되고 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름이 결합된 적층체를 커팅하여 형성된 제3 적층체를 보여주는 도면이다.
도 40은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따라 제3 적층체의 양측면에 보호커버를 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 41은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따라 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 사시도이다.
도 42는 도 41의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 43은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따라 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 보여주는 사시도이다.
도 44는 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 45는 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름이 접착된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 46은 도 45의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 47은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트가 복수의 층으로 적층되고 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름과 결합된 적층체를 커팅하여 형성된 제3 적층체를 보여주는 도면이다.
도 48은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따라 제3 적층체의 양측면에 보호커버를 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 49는 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따라 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 사시도이다.
도 50은 도 49의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 51은 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따라 제1 외부전극이 형성된 보호필름을 보여주는 사시도이다.
도 52는 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 53은 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름이 접착된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 54는 도 53의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 55는 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트가 복수의 층으로 적층되고 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름이 결합된 적층체를 커팅하여 형성된 제3 적층체를 보여주는 도면이다.
도 56은 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따라 제3 적층체의 양측면에 보호커버를 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 57은 본 발명의 바람직한 제7 실시예에 따라 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 사시도이다.
도 58은 도 57의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 59는 본 발명의 바람직한 제7 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트가 복수의 층으로 적층된 스택을 커팅하여 형성된 적층체를 보여주는 도면이다.
도 60은 본 발명의 바람직한 제7 실시예에 따라 제1 외부전극이 형성된 보호필름을 보여주는 사시도이다.
도 61은 도 60의 D2-D2' 절단면을 따라 커팅한 결과물을 보여주는 사시도다.
도 62는 본 발명의 바람직한 제7 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제1 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 63은 본 발명의 바람직한 제7 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수의 층으로 적층된 적층체에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름이 결합된 모습을 보여주는 도면이다.
도 64는 도 63의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 65는 본 발명의 바람직한 제7 실시예에 따라 제3 적층체의 양측면에 보호커버를 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 66은 본 발명의 바람직한 제8 실시예에 따라 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 사시도이다.
도 67은 도 66의 D1-D1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 68은 본 발명의 바람직한 제8 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트가 복수의 층으로 적층된 스택을 커팅하여 형성된 적층체를 보여주는 도면이다.
도 69는 본 발명의 바람직한 제8 실시예에 따라 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 보여주는 사시도이다.
도 70은 도 69의 D2-D2' 절단면을 따라 커팅한 결과물을 보여주는 사시도다.
도 71은 본 발명의 바람직한 제8 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 72는 본 발명의 바람직한 제8 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수의 층으로 적층된 적층체에 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름이 결합된 모습을 보여주는 도면이다.
도 73은 도 72의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 74는 본 발명의 바람직한 제8 실시예에 따라 제3 적층체의 양측면에 보호커버를 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 75는 본 발명의 바람직한 제9 실시예에 따라 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 사시도이다.
도 76은 도 75의 D1-D1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 77은 본 발명의 바람직한 제9 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트가 복수의 층으로 적층된 스택을 커팅하여 형성된 적층체를 보여주는 도면이다.
도 78은 본 발명의 바람직한 제9 실시예에 따라 제1 외부전극이 형성된 보호필름을 보여주는 사시도이다.
도 79는 도 78의 D2-D2' 절단면을 따라 커팅한 결과물을 보여주는 사시도다.
도 80은 본 발명의 바람직한 제9 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 81은 본 발명의 바람직한 제9 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수의 층으로 적층된 적층체에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름이 결합된 모습을 보여주는 도면이다.
도 82는 도 81의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 83은 본 발명의 바람직한 제9 실시예에 따라 제3 적층체의 양측면에 보호커버를 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 84는 본 발명의 바람직한 제10 실시예에 따라 압전 세라믹 시트에 내부전극을 형성한 모습을 보여주는 단면도이다.
도 85는 본 발명의 바람직한 제10 실시예에 따라 압전 세라믹 시트에 내부전극을 형성한 모습을 보여주는 사시도이다.
도 86은 본 발명의 바람직한 제10 실시예에 따라 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 사시도이다.
도 87은 도 86의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 88은 본 발명의 바람직한 제10 실시예에 따라 제1 외부전극이 형성된 보호필름을 보여주는 사시도이다.
도 89는 본 발명의 바람직한 제10 실시예에 따라 스택의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 90은 본 발명의 바람직한 제10 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수의 층으로 적층된 스택에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름이 결합된 모습을 보여주는 도면이다.
도 91은 도 90의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 92는 본 발명의 바람직한 제10 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트가 복수의 층으로 적층되고 제1 외부전극이 형성된 보호필름 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름과 결합된 적층체에 슬릿을 형성하는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 93은 본 발명의 바람직한 제10 실시예에 따라 적층체 파이버 사이에 에폭시층이 형성된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 94는 본 발명의 바람직한 제10 실시예에 따라 적층체 파이버가 복수 개 결합되어 형성된 형태를 이루는 제3 적층체를 보여주는 사시도이다.
도 95는 도 94의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 96은 도 94의 D1-D1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 97은 도 94의 D2-D2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 98은 본 발명의 바람직한 제10 실시예에 따라 제3 적층체의 양측면에 보호커버를 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 99는 본 발명의 바람직한 제11 실시예에 따라 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 사시도이다.
도 100은 도 99의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 101은 본 발명의 바람직한 제11 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트가 복수의 층으로 적층된 스택에 슬릿을 형성하는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 102는 본 발명의 바람직한 제11 실시예에 따라 적층체 파이버 사이에 에폭시층이 형성된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 103은 적층체 파이버가 절연성 접착층인 에폭시층에 의해 서로 결합되어 형성된 제2 적층체를 보여주는 사시도이다.
도 104는 본 발명의 바람직한 제11 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 105는 본 발명의 바람직한 제11 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수의 층으로 적층된 적층체에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름이 결합된 모습을 보여주는 도면이다.
도 106은 도 105의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 107은 도 105의 D1-D1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 108은 도 105의 D2-D2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 109는 본 발명의 바람직한 제11 실시예에 따라 제3 적층체의 양측면에 보호커버를 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 110는 본 발명의 바람직한 제12 실시예에 따라 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 스택을 보여주는 사시도이다.
도 111은 도 100의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 112는 본 발명의 바람직한 제12 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트가 복수의 층으로 적층된 스택에 슬릿을 형성하는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 113은 본 발명의 바람직한 제12 실시예에 따라 적층체 파이버 사이에 에폭시층이 형성된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 114는 적층체 파이버가 절연성 접착층인 에폭시층에 의해 서로 결합되어 형성된 제2 적층체를 보여주는 사시도이다.
도 115는 본 발명의 바람직한 제12 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 116은 본 발명의 바람직한 제12 실시예에 따라 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수의 층으로 적층된 적층체에 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름이 결합된 모습을 보여주는 도면이다.
도 117은 도 116의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 118은 도 116의 D1-D1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 119는 도 116의 D2-D2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 내부전극과 수직되게 접촉하고, 상기 제1 및 제2 외부전극을 보호하기 위한 보호필름이 상기 제1 및 제2 외부전극의 외측에 구비되어 있다.
상기 압전 세라믹 파이버 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층이 구비되어 있을 수 있다.
압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 갖는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비될 수 있다.
상기 제1 외부전극은 제1 도전성 패턴과 복수의 제2 도전성 패턴을 포함하며, 상기 제1 도전성 패턴과 상기 제2 도전성 패턴은 서로 수직되게 연결되고, 상기 제2 외부전극은 제3 도전성 패턴과 복수의 제4 도전성 패턴을 포함하며, 상기 제3 도전성 패턴과 상기 제4 도전성 패턴은 서로 수직되게 연결되고, 상기 제2 도전성 패턴과 상기 제4 도전성 패턴는 서로 교호로 배치되게 구비될 수 있다.
압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 짝수개의 내부전극이 구비되고, 내부전극은 상기 제1 방향으로 배향되어 제1 방향이 길이를 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향이 너비를 이루는 형태를 가지며, 상기 제1 외부전극은 상기 제3 방향으로 길게 뻗어있는 형태를 갖고, 상기 제2 외부전극은 상기 제1 외부전극과 이격되어 상기 제3 방향으로 길게 뻗어있는 형태를 가질 수 있다.
압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 짝수개의 내부전극이 구비되고, 내부전극은 상기 제1 방향으로 배향되어 제1 방향이 길이를 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향이 너비를 이루는 형태를 가지며, 상기 제1 외부전극과 상기 제2 외부전극은 판형의 형태를 가지며, 상기 제1 외부전극은 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 접촉되게 구비되고, 상기 제2 외부전극은 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 접촉되게 구비되며, 상기 제1 외부전극이 홀수번째 열에 배열된 내부전극들과 수직하게 접촉되고, 상기 제2 외부전극이 짝수번째 열에 배열된 내부전극들과 수직하게 접촉될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있으며, 상기 제1 및 제2 외부전극을 보호하기 위한 보호필름이 상기 제1 및 제2 외부전극의 외측에 구비되어 있다.
상기 압전 세라믹 파이버 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층이 구비되어 있을 수 있다.
압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 갖는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비될 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 압전 세라믹 파이버의 면적과 동일하게 구비되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면의 각각에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이격되게 배치되어 있으며, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 구비된 제1 및 제2 외부전극의 전체 수가 동일하게 구비될 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 및 제2 외부전극의 전체 수가 동일하게 구비되고, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 상기 적층체에 제1 외부전극과 제2 외부전극이 결합되어 제2 적층체를 이루며, 상기 제2 적층체가 제2 방향 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅되어 적층체 파이버를 이루고, 상기 적층체 파이버가 복수 개 결합되어 제3 적층체를 이루며, 상기 적층체 파이버의 사이에 절연성 접착층이 구비되어 있고, 상기 제1 및 제2 외부전극은 압전 세라믹 파이버의 면적과 동일하게 구비되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체 파이버를 이루고, 상기 적층체 파이버가 복수 개 결합되어 제2 적층체를 이루며, 상기 제2 적층체에 제1 외부전극과 제2 외부전극이 결합되어 제3 적층체를 이루며, 상기 적층체 파이버의 사이에 절연성 접착층이 구비되어 있고, 상기 절연성 접착층은 제2 방향과 제3 방향이 이루는 면에 대하여 평행하게 복수개 구비되며, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 제3 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 제1 및 제2 외부전극은 복수 개의 적층체 파이버를 커버하는 형태로 구비되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체 파이버를 이루고, 상기 적층체 파이버가 복수 개 결합되어 제2 적층체를 이루며, 상기 제2 적층체에 제1 외부전극과 제2 외부전극이 결합되어 제3 적층체를 이루며, 상기 적층체 파이버의 사이에 절연성 접착층이 구비되어 있고, 상기 절연성 접착층은 제1 방향과 제3 방향이 이루는 면에 대하여 평행하게 복수개 구비되며, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 제3 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며, 제1 및 제2 외부전극은 복수 개의 적층체 파이버를 커버하는 형태로 구비되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법은, 압전 세라믹 시트에 제1 방향으로 배향되고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격된 복수의 내부전극을 형성하는 단계와, 상기 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 상기 스택을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계와, 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계 및 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 내부전극과 수직하게 접촉된다.
상기 스택을 형성하는 단계에서 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 상기 압전 세라믹 시트 사이에 에폭시를 도포하여 애폭시층이 형성되게 할 수 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 외부전극은 제1 도전성 패턴과 복수의 제2 도전성 패턴을 포함하는 형태로 형성하며, 상기 제1 도전성 패턴과 상기 제2 도전성 패턴은 서로 수직되게 연결하고, 상기 제2 외부전극은 제3 도전성 패턴과 복수의 제4 도전성 패턴을 포함하는 형태로 형성하며, 상기 제3 도전성 패턴과 상기 제4 도전성 패턴은 서로 수직되게 연결하고, 상기 제2 도전성 패턴과 상기 제4 도전성 패턴는 서로 교호로 배치할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법은, 압전 세라믹 시트에 제1 방향으로 배향되고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격된 복수의 내부전극을 형성하는 단계와, 상기 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 상기 스택을 제1 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 짝수 개의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계와, 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계 및 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 짝수 개의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 제1 방향이 길이를 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향이 너비를 이루는 형태로 형성하고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 내부전극과 수직하게 접촉된다.
상기 스택을 형성하는 단계에서 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 상기 압전 세라믹 시트 사이에 에폭시를 도포하여 애폭시층이 형성되게 할 수 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 짝수개의 내부전극이 구비되게 하고, 내부전극은 상기 제1 방향으로 배향되어 제1 방향이 길이를 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향이 너비를 이루는 형태를 가지게 하며, 상기 제1 외부전극은 상기 제3 방향으로 길게 뻗어있는 형태를 갖게 형성하고, 상기 제2 외부전극은 상기 제1 외부전극과 이격되어 상기 제3 방향으로 길게 뻗어있는 형태를 갖게 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법은, 압전 세라믹 시트에 제1 방향으로 배향되고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격된 복수의 내부전극을 형성하는 단계와, 상기 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 상기 스택을 제1 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 짝수 개의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계와, 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계 및 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키고 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주하는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 짝수 개의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 제1 방향이 길이를 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향이 너비를 이루는 형태로 형성하고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하며, 짝수번째 내부전극이 홀수번째 내부전극에 비하여 제1 방향으로 쉬프트(shift)되게 배향하거나, 홀수번째 내부전극이 짝수번째 내부전극에 비하여 제1 방향으로 쉬프트(shift)되게 배향하며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 제1 외부전극과 상기 제2 외부전극은 판형의 형태를 가지며, 상기 제1 외부전극이 홀수번째 내부전극들과 수직하게 접촉되고, 상기 제2 외부전극이 짝수번째 내부전극들과 수직하게 접촉된다.
상기 스택을 형성하는 단계에서 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 상기 압전 세라믹 시트 사이에 에폭시를 도포하여 애폭시층이 형성되게 할 수 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법은, 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계와, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하거나 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계와, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키는 단계 및 상기 보호필름이 접착된 결과물을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있다.
상기 스택을 형성하는 단계에서 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 상기 압전 세라믹 시트 사이에 에폭시를 도포하여 애폭시층이 형성되게 할 수 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 하며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 압전 세라믹 파이버의 면적과 동일하게 하고, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치시키며, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되게 하고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되게 할 수 있다.
상기 제1 및 제2 외부전극은 제1 방향으로 배향하고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이격되게 배치하며, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 접촉되는 제1 및 제2 외부전극의 전체 수를 동일하게 형성할 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 하며, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치시키며, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 및 제2 외부전극의 전체 수가 동일하게 하고, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되게 하고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되게 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법은, 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계와, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 상기 스택을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계와, 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하거나 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계 및 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있다.
상기 스택을 형성하는 단계에서 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 상기 압전 세라믹 시트 사이에 에폭시를 도포하여 애폭시층이 형성되게 할 수 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 하며, 상기 제1 및 제2 외부전극은 압전 세라믹 파이버의 면적과 동일하게 하고, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치시키며, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되게 하고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되게 할 수 있다.
상기 제1 및 제2 외부전극은 제1 방향으로 배향하고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이격되게 배치하며, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 접촉되는 제1 및 제2 외부전극의 전체 수를 동일하게 형성할 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 하며, 최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치시키며, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 및 제2 외부전극의 전체 수가 동일하게 하고, 상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되게 하고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되게 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법은, 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계와, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계와, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 스택의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 스택의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키는 단계와, 상기 보호필름이 접착된 결과물을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 슬릿에 의해 구분되는 복수개의 적층체 파이버를 형성하는 단계 및 상기 슬릿 내에 절연성 접착제를 충진하여 상기 적층체 파이버 사이에 절연성 접착층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법은, 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계와, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 상기 스택을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계와, 상기 적층체의 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 슬릿에 의해 구분되는 복수개의 적층체 파이버를 형성하는 단계와, 상기 슬릿 내에 절연성 접착제를 충진하여 상기 적층체 파이버 사이에 절연성 접착층을 형성하는 단계와, 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계 및 절연성 접착층에 의해 복수개의 적층체 파이버가 결합된 적층체에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키고 복수개의 적층체 파이버가 결합된 적층체에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 일면과 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법은, 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계와, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계와, 상기 스택을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계와, 상기 적층체의 제1 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 슬릿에 의해 구분되는 복수개의 적층체 파이버를 형성하는 단계와, 상기 슬릿 내에 절연성 접착제를 충진하여 상기 적층체 파이버 사이에 절연성 접착층을 형성하는 단계와, 제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계 및 절연성 접착층에 의해 복수개의 적층체 파이버가 결합된 적층체에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키고 복수개의 적층체 파이버가 결합된 적층체에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 일면과 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있다.
상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고, 상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 12를 참조하면, 압전 세라믹 재료로 Pb(Zr,Ti)O3(lead zinconate titanate; 이하 'PZT'라 함) 분말을 합성하는 경우를 예로 들어 설명하며, 압전 세라믹 재료로 PZT 분말 이외에도 일반적으로 알려진 압전 세라믹 분말을 합성하여 사용할 수도 있다.
PZT 분말을 합성하기 위하여 원료 분말인 PbO, ZrO2 및 TiO2를 준비하고 혼합한다. 압전 세라믹의 내열성을 향상시키기 위하여 큐리(Curie) 온도를 높이고 전기 저항율을 저하시키는 방법이 연구되고 있다. 압전 세라믹의 전기 저항율을 저하시킬 경우에 큐리 온도보다 낮은 온도에서 초전 전하가 발생하고, 이 초전 전하에 의해 생기는 역전계 현상으로 인해서 분극이 반전되며, 그 결과 압전 상수, 전기기계 결합계수 등의 압전 특성을 개선할 수 있다. PZT의 압전 특성을 개선하기 위하여 PbO, ZrO2 및 TiO2 이외에 불순물인 MgO, Nb2O5, Sb2O3 등의 원료를 첨가할 수도 있다.
이렇게 준비된 원료 분말에 대하여 볼 밀링(ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling)과 같은 분쇄 공정을 이용하여 미분화할 수도 있다.
이하에서, 분쇄 공정으로서 볼 밀링 공정을 예로 들어 설명한다. 원료 분말을 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하여 혼합한다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 원료 분말을 기계화학적으로 분쇄하고 균일하게 혼합한다. 볼 밀링에 사용되는 볼은 지르코니아와 같은 세라믹으로 이루어진 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절하여 목표하는 입자의 크기로 분쇄한다. 예를 들면, 입자의 크기를 고려하여 볼의 크기는 0.1∼20㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50∼1,000rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀링은 목표하는 입자의 크기 등을 고려하여 1∼100 시간 동안 실시한다. 볼 밀링에 의해 원료 분말은 미세한 크기의 입자로 분쇄되고, 균일한 입자 크기 분포를 갖게 되며, 균일하게 혼합되게 된다.
혼합된 원료 분말을 하소(calcination)한다. 상기 하소는 산화분위기에서 1000℃∼1600℃의 온도로 수행하는 것이 바람직하다. 하소 공정은 하소 온도까지는 소정의 승온 속도(예컨대, 1∼50℃/min)로 승온시킨 후, 일정 시간(예컨대, 10분∼12시간 정도)을 유지하여 열처리하고, 상온까지 로냉하여 실시할 수 있다.
하소된 결과물을 볼 밀링(ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling)과 같은 분쇄 공정을 이용하여 균일하게 미분화된 PZT 분말을 얻을 수 있다.
상기와 같이 제조된 PZT 분말과 같은 압전 세라믹 분말, 바인더 및 용제를 준비한다. 상기 바인더로는 유기물로서 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol; PEG), 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral; PVB) 등과 같이 일반적으로 알려져 있는 물질을 사용할 수 있으며, 그 사용에 제한이 있는 것은 아니다. 상기 바인더는 압전 세라믹 분말 100중량부에 대하여 0.5∼10중량부 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 용제는 에탄올, 메탄올 등과 같은 물질일 수 있으며, 후속 공정에서 형성되는 슬러리의 점도를 고려하여 그 첨가량을 결정한다.
볼 밀링기(ball milling machine), 교반기 등과 같은 혼합기에 압전 세라믹 분말, 바인더 및 용제를 첨가한 후 균일하게 혼합하여 일정 점도를 갖는 슬러리(slurry)를 제조한다. 상기 슬러리의 점도는 압전 세라믹 시트를 형성하기 위하여 PET(polyethylene terephthalate)와 같은 폴리머 필름에 도포하는데 적합한 정도의 점도로 설정한다. 볼 밀링기를 이용하는 경우에, 볼 밀링에 사용되는 볼은 지르코니아와 같은 세라믹으로 이루어진 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절한다. 예를 들면, 볼의 크기는 0.1∼20㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50∼1,000rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀링은 목표하는 1∼100 시간 동안 실시한다. 볼 밀링에 의해 균일한 입자 크기 분포를 갖게 되고 균일하게 혼합되게 된다.
이렇게 제조된 슬러리를 닥터 블레이드(doctor blade) 방법에 의해 테이프 캐스팅(tape casting)한 후 건조하고, 도 1에 도시된 바와 같이 목표하는 두께와 크기를 갖는 압전 세라믹 시트(sheet)(110)를 형성한다. 상기 건조에 의해 용제 성분은 휘발되어 제거되게 된다. 상기 건조는 60∼120℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 테이프 캐스팅은 상기 슬러리를 움직이는 PET(polyethylene terephthalate)와 같은 폴리머 필름 위에 일정한 두께로 도포하여 성형하는 방법으로서 일반적으로 잘 알려진 방법이므로 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다. 압전 세라믹 시트(110)를 폴리머 필름으로부터 박리한다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 시트(110)에 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 내부전극(120)을 형성한다. 내부전극(120)은 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 압전 세라믹 시트(110)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 팔라듐(Pd), 백금(Pt)과 같은 고융점 금속 등을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 스크린 프린팅 방법은 일반적으로 잘 알려진 방법이므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 내부전극(120)은 압전 세라믹 시트(110)에 제1 방향(도 3에서 'X' 방향)으로 배향되게 형성한다. 복수의 내부전극은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1 방향(도 3에서 'X' 방향)으로 배향되어 있는 형태를 가진다. 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120)은 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있다. 상기 복수의 내부전극은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
복수의 내부전극(120)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
복수의 내부전극(120)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 복수의 내부전극(120)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
내부전극(120)은 균일한 전계 형성을 위해 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)를 목표하는 복수의 층으로 적층한다. 이때, 압전 세라믹 시트(110) 간의 결합을 위해 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 압전 세라믹 시트의 상부에 액상 에폭시(liquid epoxy)를 도포하고 그 상부에 제2 압전 세라믹 시트를 적층한 후 제2 압전 세라믹 시트의 상부에 액상 에폭시를 도포하고 그 상부에 제3 압전 세라믹 시트를 적층하는 방식으로 이루어질 수 있다.
목표하는 복수의 층으로 적층이 완료되면 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거하면서 결합력이 강한 스택(stack)(140)이 형성되게 한다. 상기 스택(140)은 압전 세라믹 시트(110) 사이에 에폭시가 채워져 에폭시층(130)을 이루며, 이러한 형태는 모노리식(monolithic) 압전 세라믹에 비하여 유연성(flexibility) 및 내손상성(damage tolerance)을 개선시키는 효과가 있다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하면,복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 복수의 층으로 적층된 스택(140)을 목표하는 크기로 커팅하여 압전 세라믹 파이버(fiber)(110a)가 순차적으로 적층된 형태의 제1 적층체(140a)를 형성한다. 압전 세라믹 파이버(110a)는 길이(장변)가 너비 보다 크다.
상기 커팅은 제2 방향(도 5에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 5에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 4에서 A-A' 절단면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제2 방향(도 5에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 5에서 Z 방향)이 이루는 면은 복수의 내부전극 장변(길이)에 대하여 수직한 면이며, 도 5는 도 4의 A-A' 절단면을 보여주고 있다. 이에 따라 y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 복수의 내부전극(120)이 구비된 형태를 갖게 된다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 도 6에 도시된 바와 같이 제1 방향(도 6에서 'X' 방향)으로 배향되어 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극(120a) 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 균일한 전계 형성을 위해 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
도 8에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)을 준비한다. 상기 보호필름(170)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다. 보호필름(170)에는 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 구비되며, 보호필름(170)은 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 커버한다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 서로 이격되어 전기적으로 절연되어 있다.
제1 외부전극(150)은 제1 도전성 패턴(150a)과 복수의 제2 도전성 패턴(150b)을 포함하며, 제1 도전성 패턴(150a)과 제2 도전성 패턴(150b)은 서로 수직되게 연결되고, 제1 도전성 패턴(150a)은 제2 방향(도 8에서 'Y' 방향)으로 길게 뻗어있는 부분이고, 제2 도전성 패턴(150b)은 제1 도전성 패턴(150a)에 수직하게 연결되면서 제3 방향(도 8에서 'Z' 방향)으로 길게 뻗어있는 부분으로서 복수 개가 형성되어 있다. 제2 외부전극(160)은 제3 도전성 패턴(160a)과 복수의 제4 도전성 패턴(160b)을 포함하며, 제3 도전성 패턴(160a)과 제4 도전성 패턴(160b)은 서로 수직되게 연결되고, 제3 도전성 패턴(160a)은 제2 방향(도 8에서 'Y' 방향)으로 길게 뻗어있는 부분이고, 제4 도전성 패턴(160b)은 제3 도전성 패턴(160a)에 수직하게 연결되면서 제3 방향(도 8에서 'Z' 방향)으로 길게 뻗어있는 부분으로서 복수 개가 형성되어 있다. 제2 도전성 패턴(150b)과 제4 도전성 패턴(160b)는 서로 교호로 배치되게 구비되는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 전도성 금속 또는 전도성 금속합금으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 인쇄하고 열처리하여 형성하거나, 전기도금 등의 방법을 이용하는 등의 다양한 일반적인 방법으로 형성할 수 있으며, 전극을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 보호필름(170)에 접착제 등을 이용하여 접착시키는 등의 다양한 방법으로 보호필름(170) 상부에 형성할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 제1 적층체(140a)의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)을 각각 접착시킨다. 본 발명의 실시예에서는 외부전극(150, 160)을 보호필름(170)에 형성시켜 제1 적층체(140a)에 접착시키는 방법을 예로 들어 설명하였지만, 제1 적층체(140a)에 스퍼터링이나 기타 방법에 의해서 외부전극(150, 160)을 형성시키고 보호필름(170)을 외부전극(150, 160)이 형성된 면에 별도로 접착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 제1 적층체(140a)의 일면과 마주하게 접착시킨다. 즉, 제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 도 6에 도시된 제1 적층체(140a)의 Y-Z 평면과 마주하게 접착시킨다. 이에 따라 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 내부전극(120a)과 접촉되어 전기적으로 연결되게 된다.
상기 접착은 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 액상 에폭시를 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)과 제1 적층체(140a)에 도포하고 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 전극이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 10은 압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 제1 적층체(140a)의 일면에 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 접촉되는 일 예를 보여주기 위하여 도시한 도면이다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 내부전극(120a)은 서로 수직하게 접촉된다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록, 즉 전기적으로 쇼트(short)되지 않게 배치한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 도전성 패턴(150a)이 압전 세라믹 파이버(110a) 상부에 위치되고, 좌측의 제2 도전성 패턴(150b)은 제1 열(M1)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되고, 중간의 제2 도전성 패턴(150b)은 제3 열(M3)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되며, 우측의 제2 도전성 패턴(150b)은 제5 열(M5)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열될 수 있다. 또한, 제3 도전성 패턴(160a)이 압전 세라믹 파이버(110a) 상부에 위치되고, 좌측의 제4 도전성 패턴(160b)은 제2 열(M2)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되고, 중간의 제4 도전성 패턴(160b)은 제4 열(M4)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되며, 우측의 제4 도전성 패턴(160b)은 제6 열(M6)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열될 수 있다. 제2 도전성 패턴(150b)은 홀수 열(M1, M2, M3)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되고, 제4 도전성 패턴(160b)은 짝수 열(M2, M4, M6)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열된다. 이와 같이 제2 도전성 패턴(150b)과 제4 도전성 패턴(160b)은 서로 교호로 배치되게 구비되는 것이 바람직하다. 여기서 '열'이라 함은 내부전극(120a)들의 종방향 배열을 의미하는 것으로서 특정 종방향으로 배열된 내부전극(120a)들에 대하여 횡방향으로 이격되어 있는 내부전극(120a)들은 다른 열로 배열되어 있는 것이다.
상기 예에서는 제1 도전성 패턴(150a) 및 제3 도전성 패턴(160a)이 압전 세라믹 파이버(110a) 상부에 위치되는 경우를 예로 들었으나, 도 11에 도시된 바와 같이 제1 도전성 패턴(150a) 및 제3 도전성 패턴(160a)이 행으로 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열될 수도 있다. 예컨대, 제1 도전성 패턴(150a)이 제1 행(N1)에 배열된 내부전극(120a)들 상부에 위치되고, 좌측의 제2 도전성 패턴(150b)은 제1 열(M1)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되고, 중간의 제2 도전성 패턴(150b)은 제3 열(M3)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되며, 우측의 제2 도전성 패턴(150b)은 제5 열(M5)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열될 수 있다. 또한, 제3 도전성 패턴(160a)은 제6 행(N6)에 배열된 내부전극(120a)들 상부에 위치되고, 좌측의 제4 도전성 패턴(160b)은 제2 열(M2)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되고, 중간의 제4 도전성 패턴(160b)은 제4 열(M4)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되며, 우측의 제4 도전성 패턴(160b)은 제6 열(M6)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열될 수 있다. 제2 도전성 패턴(150b)은 홀수 열에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되고, 제4 도전성 패턴(160b)은 짝수 열에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열된다. 이때, 제1 외부전극(150)의 제2 도전성 패턴(150b)은 제2 외부전극(160)의 제3 도전성 패턴(160a)과 서로 이격되어 전기적으로 절연되어 있으며, 제2 외부전극(160)의 제4 도전성 패턴(160b)은 제1 외부전극(150)의 제1 도전성 패턴(150a)과 서로 이격되어 전기적으로 절연되어 있다. 여기서 '행'이라 함은 내부전극(120a)들의 횡방향 배열을 의미하는 것으로서 특정 횡방향으로 배열된 내부전극(120a)들에 대하여 종방향으로 이격되어 있는 내부전극(120a)들은 다른 행으로 배열되어 있는 것이다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이 제1 도전성 패턴(150a)이 제1 열에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되고 제3 도전성 패턴(160a)이 제6 열에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열될 수도 있다. 예컨대, 제1 도전성 패턴(150a)이 제1 열(M1)에 배열된 내부전극(120a)들 상부에 위치되고, 좌측의 제2 도전성 패턴(150b)은 제1 행(N1)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되고, 중간의 제2 도전성 패턴(150b)은 제3 행(N3)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되며, 우측의 제2 도전성 패턴(150b)은 제5 행(N5)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열될 수 있다. 또한, 제3 도전성 패턴(160a)은 제6 열(M6)에 배열된 내부전극(120a)들 상부에 위치되고, 좌측의 제4 도전성 패턴(160b)은 제2 행(N2)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되고, 중간의 제4 도전성 패턴(160b)은 제4 행(N4)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되며, 우측의 제4 도전성 패턴(160b)은 제6 행(N6)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열될 수 있다. 제2 도전성 패턴(150b)은 홀수 행에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되고, 제4 도전성 패턴(160b)은 짝수 행에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열된다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버(120a)는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면의 각각에 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 내부전극과 수직되게 접촉하고, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 보호하기 위한 보호필름(170)이 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 외측에 구비되어 있다. 여기서, 외측이라 함은 적층체의 내부에서 외부로 향하는 방향을 의미한다. 상기 압전 세라믹 파이버(120a) 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층(130)이 구비되어 있을 수 있다. 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비된다. 상기 제1 외부전극(150)은 제1 도전성 패턴(150a)과 복수의 제2 도전성 패턴(150b)을 포함하며, 상기 제1 도전성 패턴(150a)과 상기 제2 도전성 패턴(150b)은 서로 수직되게 연결되고, 상기 제2 외부전극(160)은 제3 도전성 패턴(160a)과 복수의 제4 도전성 패턴(160b)을 포함하며, 상기 제3 도전성 패턴(160a)과 상기 제4 도전성 패턴(160b)은 서로 수직되게 연결되고, 상기 제2 도전성 패턴(150b)과 상기 제4 도전성 패턴(160b)은 서로 교호로 배치되게 구비된다.
이하에서, 도 13 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
압전 세라믹 시트(110)에 복수의 내부전극(120)을 형성하고, 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)를 복수의 층으로 적층하여 스택(140)을 형성하는 공정까지는 상기 제1 실시예에서와 동일한 공정으로 진행한다.
도 13은 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 형성된 적층체를 보여주는 사시도이다. 도 14는 도 13의 B1-B1' 절단면과 B2-B2' 절단면에 의해 형성되는 적층체를 보여주는 사시도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 복수의 층으로 적층된 스택(140)을 목표하는 크기로 커팅하여 압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태의 제1 적층체(140a)를 형성한다. 상기 커팅은 제1 방향(도 13에서 X 방향) 및 제3 방향(도 13에서 Z 방향)이 이루는 면(도 13에서 B1-B1' 절단면 또는 B2-B2' 절단면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제1 방향(도 13에서 X 방향) 및 제3 방향(도 13에서 Z 방향)이 이루는 면은 복수의 내부전극 장변(길이)에 대하여 평행한 면이다. 내부전극(120a)은 짝수 개의 열을 이루며, y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 짝수 개의 내부전극(120)이 구비된 형태를 갖는다. 도 14는 도 13의 B1-B1' 절단면과 B2-B2' 절단면에 의해 형성되는 적층체를 보여주고 있다. 이에 따라 y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 짝수 개(도 13에서는 2개)의 내부전극(120)이 구비된 형태를 갖게 된다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 짝수 개(예컨대, 2개)의 내부전극(120a)은 도 14에 도시된 바와 같이 제1 방향(도 14에서 'X' 방향)으로 배향되어 제1 방향이 장변(길이)을 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향(도 14에서 'Y' 방향)이 너비를 이루는 형태를 가진다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 짝수 개의 내부전극(120a)은 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 짝수 개의 내부전극(120a)은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 짝수 개의 내부전극(120a) 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 짝수 개의 내부전극(120a)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 짝수 개의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 짝수 개의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 짝수 개의 내부전극(120a)은 균일한 전계 형성을 위해 도 14에 도시된 바와 같이 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
도 15에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)을 준비한다. 상기 보호필름(170)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다. 보호필름(170)에는 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 구비되며, 보호필름(170)은 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 커버한다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 서로 이격되어 전기적으로 절연되어 있다.
제1 외부전극(150)은 제1 방향(도 15에서 'X' 방향) 및 제2 방향(도 15에서 Y 방향)에 수직한 제3 방향(도 15에서 'Z' 방향)으로 길게 뻗어있고, 제2 외부전극(160)은 제1 외부전극과 이격되어 제3 방향(도 15에서 'Z' 방향)으로 길게 뻗어있다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 서로 교호로 배치되게 구비되는 것이 바람직하다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록, 즉 전기적으로 쇼트(short)되지 않게 배치한다.
제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 전도성 금속 또는 전도성 금속합금으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 인쇄하고 열처리하여 형성하거나, 전기도금 등의 방법을 이용하는 등의 다양한 일반적인 방법으로 형성할 수 있으며, 전극을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 보호필름(170)에 접착제 등을 이용하여 접착시키는 등의 다양한 방법으로 보호필름(170) 상부에 형성할 수 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 제1 적층체(140a)의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)을 각각 접착시킨다. 본 발명의 실시예에서는 외부전극(150, 160)을 보호필름(170)에 형성시켜 제21적층체(140a)에 접착시키는 방법을 예로 들어 설명하였지만, 제1 적층체(140a)에 스퍼터링이나 기타 방법에 의해서 외부전극(150, 160)을 형성시키고 보호필름(170)을 외부전극(150, 160)이 형성된 면에 별도로 접착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 제1 적층체(140a)의 일면과 마주하게 접착시킨다. 즉, 제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 도 14에 도시된 제1 적층체(140a)의 Y-Z 평면과 마주하게 접착시킨다. 이에 따라 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 내부전극(120a)과 접촉되어 전기적으로 연결되게 된다. 상기 접착은 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 액상 에폭시를 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)과 제1 적층체(140a)에 도포하고 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 전극이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 16은 압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 제1 적층체(140a)의 일면에 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 접촉되는 일 예를 보여주기 위하여 도시한 도면이다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 내부전극(120a)은 서로 수직하게 접촉된다. 도 17은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따라 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 각각 접착시키는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 외부전극(150)은 제1 열(M1)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열되고, 제2 외부전극(160)은 제2 열(M2)에 배열된 내부전극(120a)들과 접촉되게 배열된다. 내부전극(120a)이 4개 이상의 짝수 열을 이루게 구비되는 경우에는 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 서로 교호로 배치되게 구비되는 것이 바람직하다. 여기서 '열'이라 함은 내부전극(120a)들의 종방향 배열을 의미하는 것으로서 특정 종방향으로 배열된 내부전극(120a)들에 대하여 횡방향으로 이격되어 있는 내부전극(120a)들은 다른 열로 배열되어 있는 것이다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버(120a)는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면의 각각에 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 내부전극과 수직되게 접촉하고, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 보호하기 위한 보호필름(170)이 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 외측에 구비되어 있다. 여기서, 외측이라 함은 적층체의 내부에서 외부로 향하는 방향을 의미한다. 상기 압전 세라믹 파이버(120a) 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층(130)이 구비되어 있을 수 있다. 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비된다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 2개의 내부전극이 구비되고, 내부전극은 상기 제1 방향으로 배향되어 제1 방향이 길이를 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향이 너비를 이루는 형태를 가지며, 상기 제1 외부전극(150)은 상기 제3 방향으로 길게 뻗어있는 형태를 갖고, 상기 제2 외부전극(120)은 상기 제1 외부전극과 이격되어 상기 제3 방향으로 길게 뻗어있는 형태를 가진다.
이하에서, 도 18 내지 도 27을 참조하여 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
압전 세라믹 시트(110)를 형성하는 공정까지는 상기 제1 실시예에서와 동일한 공정으로 진행한다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 시트(110)에 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 복수의 내부전극(120c, 120d)을 형성한다. 내부전극(120c, 120d)은 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 압전 세라믹 시트(110)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 팔라듐(Pd), 백금(Pt)과 같은 고융점 금속 등을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 스크린 프린팅 방법은 일반적으로 잘 알려진 방법이므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 내부전극(120c, 120d)은 압전 세라믹 시트(110)에 제1 방향(도 19에서 'X' 방향)으로 배향되게 형성한다. 복수의 내부전극(120c, 120d)은 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 제1 방향(도 19에서 'X' 방향)으로 배향되어 있는 형태를 가진다. 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120c, 120d)은 제2 방향(도 19에서 'Y' 방향)을 따라 서로 이격되어 있다. 상기 복수의 내부전극(120c, 120d)은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극(120c, 120d) 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
도 19에 도시된 바와 같이 짝수번째 내부전극(120d)은 홀수번째 내부전극(120c)에 비하여 제1 방향(도 19에서 'X' 방향)으로 쉬프트(shift)되어 배향되어 있거나, 홀수번째 내부전극(120c)은 짝수번째 내부전극(120d)에 비하여 제1 방향(도 19에서 'X' 방향)으로 쉬프트(shift)되어 배향되어 있을 수도 있다. 짝수번째 내부전극(120d)들의 배향 출발점은 동일한 선상에 위치하고, 또한 홀수번째 내부전극(120c)들의 배향 출발점도 동일한 선상에 위치하며, 짝수번째 내부전극(120d)들의 길이는 동일하고, 홀수번째 내부전극(120c)들의 길이도 동일하게 구비된다.
복수의 내부전극(120c, 120d)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
복수의 내부전극(120c, 120d)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 복수의 내부전극(120c, 120d)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
내부전극(120c, 120d)은 균일한 전계 형성을 위해 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
도 20 내지 도 22에 도시된 바와 같이 복수의 내부전극(120c, 120d)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)를 목표하는 복수의 층으로 적층한다. 이때, 압전 세라믹 시트(110) 간의 결합을 위해 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 압전 세라믹 시트의 상부에 액상 에폭시(liquid epoxy)를 도포하고 그 상부에 제2 압전 세라믹 시트를 적층한 후 제2 압전 세라믹 시트의 상부에 액상 에폭시를 도포하고 그 상부에 제3 압전 세라믹 시트를 적층하는 방식으로 이루어질 수 있다. 도 22는 도 21의 A-A' 절단면을 보여주는 단면도이다.
목표하는 복수의 층으로 적층이 완료되면 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거하면서 결합력이 강한 스택(stack)(140)이 형성되게 한다. 상기 스택(140)은 압전 세라믹 시트(110) 사이에 에폭시가 채워져 에폭시층(130)을 이루며, 이러한 형태는 모노리식(monolithic) 압전 세라믹에 비하여 유연성(flexibility) 및 내손상성(damage tolerance)을 개선시키는 효과가 있다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다.
도 21 내지 도 23을 참조하면, 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 복수의 층으로 적층된 스택(140)을 목표하는 크기로 커팅하여 압전 세라믹 파이버(fiber)(110a)가 순차적으로 적층된 형태의 제1 적층체(140a)를 형성한다. 도 23은 도 21의 B-B' 절단면에 의해 형성되는 적층체를 보여주는 사시도이다. 압전 세라믹 파이버(110a)는 길이(장변)가 너비 보다 크다.
상기 커팅은 제1 방향(도 21에서 X 방향) 및 제3 방향(도 21에서 Z 방향)이 이루는 면(도 21에서 B-B' 절단면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제1 방향(도 21에서 X 방향) 및 제3 방향(도 21에서 Z 방향)이 이루는 면은 복수의 내부전극 장변(길이)에 대하여 평행한 면이다. 내부전극(120c, 120d)은 짝수 개의 열을 이루며, y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 짝수 개의 내부전극(120c, 120d)이 구비된 형태를 갖는다. 이에 따라 y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 짝수 개(도 23에서는 4개)의 내부전극(120c, 120d)이 구비된 형태를 갖게 된다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 짝수 개(예컨대, 4개)의 내부전극(120c, 120d)은 도 23에 도시된 바와 같이 제1 방향(도 23에서 'X' 방향)으로 배향되어 제1 방향이 장변(길이)을 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향(도 23에서 'Y' 방향)이 너비를 이루는 형태를 가진다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 짝수 개의 내부전극(120c, 120d)은 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있다.
또한, 짝수번째 내부전극(120d)은 홀수번째 내부전극(120c)에 비하여 제1 방향(도 23에서 'X' 방향)으로 쉬프트(shift)되어 배향되어 있거나, 홀수번째 내부전극(120c)은 짝수번째 내부전극(120d)에 비하여 제1 방향(도 23에서 'X' 방향)으로 쉬프트(shift)되어 배향되어 있을 수도 있다. 짝수번째 내부전극(120d)들의 배향 출발점은 동일한 선상에 위치하고, 또한 홀수번째 내부전극(120c)들의 배향 출발점도 동일한 선상에 위치하며, 짝수번째 내부전극(120d)들의 길이는 동일하고, 홀수번째 내부전극(120c)들의 길이도 동일하게 구비된다.
도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 준비한다. 상기 보호필름(170)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다. 보호필름(170)에는 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)이 구비되며, 보호필름(170)은 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)을 커버한다.
제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(150)은 판형으로 구비된다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 전도성 금속 또는 전도성 금속합금으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 인쇄하고 열처리하여 형성하거나, 전기도금 등의 방법을 이용하는 등의 다양한 일반적인 방법으로 형성할 수 있으며, 전극을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 보호필름(170)에 접착제 등을 이용하여 접착시키는 등의 다양한 방법으로 보호필름(170) 상부에 형성할 수 있다.
도 25 내지 도 27에 도시된 바와 같이 압전 세라믹 시트(110)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 제1 적층체(140a)의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 각각 접착시킨다. 도 26은 도 25의 B1-B1' 절단면을 보여주는 단면도이고, 도 27은 도 25의 B2-B2' 절단면을 보여주는 단면도이다. 본 발명의 실시예에서는 외부전극(150, 160)을 보호필름(170)에 형성시켜 제1 적층체(140a)에 접착시키는 방법을 예로 들어 설명하였지만, 제1 적층체(140a)에 스퍼터링이나 기타 방법에 의해서 외부전극(150, 160)을 형성시키고 보호필름(170)을 외부전극(150, 160)이 형성된 면에 별도로 접착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 제1 적층체(140a)의 일면과 마주하게 접착시키고, 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 제1 적층체(140a)의 일면과 마주보는 면에 마주하게 접착시킨다. 즉, 제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면과 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 도 23에 도시된 제1 적층체(140a)의 Y-Z 평면과 마주하게 접착시킨다. 이에 따라 제1 외부전극(150)이 홀수번째 내부전극(120c)들과 접촉되고, 제2 외부전극(160)이 짝수번째 내부전극(120d)들과 접촉된다. 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 짝수번째 내부전극(120d)들과 접촉되고, 제2 외부전극(160)이 홀수번째 내부전극(120d)들과 접촉될 수도 있음은 물론이다. 상기 접착은 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 액상 에폭시를 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170), 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170) 그리고 제1 적층체(140a)에 도포하고 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 전극이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록, 즉 전기적으로 쇼트(short)되지 않게 배치한다. 예컨대, 도 25 내지 도 27에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)은 제1 방향(도 25에서 'X' 방향)으로 배향되어 있는 홀수번째 내부전극(120c)들과 수직하게 교차하면서 접촉하며, 제2 외부전극(160)은 제1 방향(도 25에서 'X' 방향)으로 배향되어 있는 짝수번째 내부전극(120d)들과 수직하게 교차하면서 접촉한다. 예를들면, 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120c)들에는 제1 외부전극(150)을 통해 양(+)의 전극이 인가되게 되고, 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120d)들에는 제2 외부전극(160)을 통해 음(-)의 전극이 인가되게 된다.
복수의 내부전극(120c, 120d)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되고 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 접착된 적층체의 양측면에는 복합소자의 보호를 위해 보호커버(미도시)를 덮을 수도 있다. 상기 보호커버는 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 복수의 내부전극(120c, 120d)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120c, 120d)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극(150)이 접촉되게 구비되며, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주하는 면에 제2 외부전극(160)이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 내부전극과 수직되게 접촉하고, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 보호하기 위한 보호필름(170)이 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 외측에 구비되어 있다. 여기서, 외측이라 함은 적층체의 내부에서 외부로 향하는 방향을 의미한다. 상기 압전 세라믹 파이버(110a) 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층(130)이 구비되어 있을 수 있다. 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비된다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 짝수개의 내부전극이 구비되고, 내부전극은 상기 제1 방향으로 배향되어 제1 방향이 길이를 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향이 너비를 이루는 형태를 가지며, 상기 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 판형의 형태를 가지며, 상기 제1 외부전극은 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 접촉되게 구비되고, 상기 제2 외부전극은 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 접촉되게 구비되며, 제1 외부전극(150)이 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120c)들과 수직하게 접촉되고, 제2 외부전극(160)이 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120d)들과 수직하게 접촉된다.
이하에서, 도 28 내지 도 40을 참조하여 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
압전 세라믹 시트(110)를 형성하고, 압전 세라믹 시트(110)를 폴리머 필름으로부터 박리하는 공정까지는 상기 제1 실시예에서와 동일한 공정으로 진행한다.
압전 세라믹 시트(110)(도 28 참조)에 도 29 및 도 30에 도시된 바와 같이 비아홀(180)들을 형성한다. 비아홀(180)은 압전 세라믹 시트(110)를 식각하여 형성할 수 있다. 비아홀(180)은 제1 방향(도 30에서 'X' 방향)을 따라 서로 이격되어 복수 개 배열되고 제1 방향을 따라 배열된 비아홀들이 제1 방향에 수직한 제2 방향(도 30에서 'Y' 방향)을 따라 복수 개 배열되는 형태를 이루게 형성하는 것이 바람직하다. 비아홀(180)은 후술하는 내부전극(120)과 전기적으로 접속될 수 있게 배치하며, 후술하는 내부전극(120)의 배치를 고려하여 배치한다. 압전 세라믹 시트(110)을 관통하는 형태의 비아홀(180)에 전도성 재료를 충진한다. 다른 방법으로는 후술하는 상기 스크린 프린팅 방법을 이용하여 내부전극(120)을 형성하면서 동시에 비아홀(180) 내에 전도성 페이스트가 충진되게 하는 방식을 이용할 수도 있다. 이 경우에 비아홀(180) 내에 전도성 페이스트가 용이하게 흘러들게 하기 위하여 비아홀(180) 하부에서 진공으로 전도성 페이스트를 빨아들이게 하는 것이 바람직하다.
비아홀(180)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)에 도 31 및 도 32에 도시된 바와 같이 복수의 내부전극(120)을 형성한다. 내부전극(120)은 비아홀(180)과 연결되어 전기적으로 접속되게 형성한다. 내부전극(120)은 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 압전 세라믹 시트(110)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 팔라듐(Pd), 백금(Pt)과 같은 고융점 금속 등을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 스크린 프린팅 방법은 일반적으로 잘 알려진 방법이므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 내부전극(120)은 압전 세라믹 시트(110)에 제1 방향(도 32에서 'X' 방향)으로 배향되게 형성한다. 복수의 내부전극은 도 31 및 도 32에 도시된 바와 같이 제1 방향(도 32에서 'X' 방향)으로 배향되어 제1 방향이 장변(길이)을 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향(도 32에서 'Y' 방향)이 너비를 이루는 형태를 가진다. 제1 방향(도 32에서 'X' 방향)으로 배향되어 제1 방향이 장변(길이)을 이루는 내부전극(120)은 제1 방향(도 30에서 'X' 방향)을 따라 배열된 비아홀(180)들과 연결되어 전기적으로 접속된다. 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120)은 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있다. 상기 복수의 내부전극은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
복수의 내부전극(120)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
복수의 내부전극(120)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 복수의 내부전극(120)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
내부전극(120)은 균일한 전계 형성을 위해 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
도 33 및 도 34에 도시된 바와 같이 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 스택(140)을 형성한다. 도 34는 도 33의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다. 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120)은 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 접촉되게 적층하여 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)과 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)이 전기적으로 연결될 수 있게 한다. 또한, 도 34에 도시된 바와 같이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 되게 한다. 또한, 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 되게 한다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열되게 한다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치되게 한다. 여기서 '열'이라 함은 비아홀(180)들의 종방향 배열을 의미하는 것으로서 특정 종방향으로 배열된 비아홀(180)들에 대하여 횡방향으로 이격되어 있는 비아홀(180)들은 다른 열로 배열되어 있는 것이다.
압전 세라믹 시트(110) 간의 결합을 위해 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 압전 세라믹 시트의 상부에 액상 에폭시(liquid epoxy)를 도포하고 그 상부에 제2 압전 세라믹 시트를 적층한 후 제2 압전 세라믹 시트의 상부에 액상 에폭시를 도포하고 그 상부에 제3 압전 세라믹 시트를 적층하는 방식으로 이루어질 수 있다. 목표하는 복수의 층으로 적층이 완료되면 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거하면서 결합력이 강한 적층체(stack)(140)가 형성되게 한다. 상기 스택(140)은 압전 세라믹 시트(110) 사이에 에폭시가 채워져 에폭시층을 이루며, 이러한 형태는 모노리식(monolithic) 압전 세라믹에 비하여 유연성(flexibility) 및 내손상성(damage tolerance)을 개선시키는 효과가 있다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 내부전극(120)이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 내부전극(120)이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 내부전극(120)이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 35 및 도 36에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 준비한다. 상기 보호필름(170)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다. 보호필름(170)에는 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)이 구비되며, 보호필름(170)은 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)을 커버한다.
제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 판형으로 구비된다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 전도성 금속 또는 전도성 금속합금으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 인쇄하고 열처리하여 형성하거나, 전기도금 등의 방법을 이용하는 등의 다양한 일반적인 방법으로 형성할 수 있으며, 전극을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 보호필름(170)에 접착제 등을 이용하여 접착시키는 등의 다양한 방법으로 보호필름(170) 상부에 형성할 수 있다.
도 36 및 도 37에 도시된 바와 같이 압전 세라믹 시트(110)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 스택(140)의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 각각 접착시킨다. 본 발명의 실시예에서는 외부전극(150, 160)을 보호필름(170)에 형성시켜 스택(1400)에 접착시키는 방법을 예로 들어 설명하였지만, 스택(140)에 스퍼터링이나 기타 방법에 의해서 외부전극(150, 160)을 형성시키고 보호필름(170)을 외부전극(150, 160)이 형성된 면에 별도로 접착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 스택(140)의 일면과 마주하게 접착시키고, 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 스택(140)의 일면과 마주보는 면에 마주하게 접착시킨다. 즉, 제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면과 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 도 33에 도시된 스택(140)의 X-Y 평면과 마주하게 접착시킨다. 이에 따라 제1 외부전극(150)이 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 되고, 제2 외부전극(160)이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 된다. 상기 접착은 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 액상 에폭시를 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170), 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170) 그리고 스택(140)에 도포하고 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 전극이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 38은 도 37의 C2-C2' 절단면을 보여주고 있다. 도 38에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)은 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열되고, 제2 외부전극(160)은 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열된다. 제1 외부전극(150)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결되고, 제2 외부전극(160)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결된다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록, 즉 전기적으로 쇼트(short)되지 않게 내부전극(120)과 비아홀(180)을 배치한다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열된다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치된다. 예를들면, 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제1 외부전극(150)을 통해 양(+)의 전극이 인가되게 되고, 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제2 외부전극(160)을 통해 음(-)의 전극이 인가되게 된다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록, 즉 전기적으로 쇼트(short)되지 않는다.
도 37 및 도 39를 참조하면, 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 복수의 층으로 적층되고 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170) 그리고 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)과 결합된 제2 적층체(140b)를 목표하는 크기로 커팅하여 압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태의 제3 적층체(140c)를 형성한다. 상기 제3 적층체(140c)는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자가 된다.
상기 커팅은 제2 방향(도 37에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 37에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 37에서 C2-C2' 절단면과 평행한 면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제2 방향(도 37에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 37에서 Z 방향)이 이루는 면은 복수의 내부전극의 장변(길이)에 대하여 수직한 면이며, 이에 따라 y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 복수의 내부전극(120)이 구비된 형태를 갖게 된다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 도 39에 도시된 바와 같이 제2 방향(도 39에서 'Y' 방향)을 따라 서로 이격되어 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극(120a) 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 균일한 전계 형성을 위해 도 38 및 도 39에 도시된 바와 같이 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 제3 적층체(140c)의 양측면에는 복합소자의 보호를 위해 또는 외부전극(150, 160)과 내부전극(120a)의 보호를 위해 도 40에 도시된 바와 같이 보호커버(190)를 덮을 수도 있다. 상기 보호커버(190)는 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 제3 적층체(140c)를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)는 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀(180)은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극(150)이 접촉되게 구비되고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극(160)이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 보호하기 위한 보호필름(170)이 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 외측에 구비되어 있다. 여기서, 외측이라 함은 적층체의 내부에서 외부로 향하는 방향을 의미한다. 상기 압전 세라믹 파이버(110a) 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층이 구비되어 있을 수 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 가질 수 있다. 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비될 수 있다. 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 압전 세라믹 파이버(110a)의 면적과 동일하게 구비된다.
제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다. 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 양(+)의 전극이 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 짝수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가되고 음(-)의 전극이 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 홀수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가된다.
이하에서, 도 41 내지 도 48을 참조하여 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
비아홀(180)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)에 복수의 내부전극(120)을 형성하는 공정까지는 상기 제4 실시예에서와 동일한 공정으로 진행한다.
도 41 및 도 42에 도시된 바와 같이 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 스택(140)을 형성한다. 도 42는 도 41의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다. 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120)은 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 접촉되게 적층하여 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)과 상부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)이 전기적으로 연결될 수 있게 한다.
이때, 압전 세라믹 시트(110) 간의 결합을 위해 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 압전 세라믹 시트의 상부에 액상 에폭시(liquid epoxy)를 도포하고 그 상부에 제2 압전 세라믹 시트를 적층한 후 제2 압전 세라믹 시트의 상부에 액상 에폭시를 도포하고 그 상부에 제3 압전 세라믹 시트를 적층하는 방식으로 이루어질 수 있다. 목표하는 복수의 층으로 적층이 완료되면 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거하면서 결합력이 강한 적층체(stack)(140)가 형성되게 한다. 상기 스택(140)은 압전 세라믹 시트(110) 사이에 에폭시가 채워져 에폭시층을 이루며, 이러한 형태는 모노리식(monolithic) 압전 세라믹에 비하여 유연성(flexibility) 및 내손상성(damage tolerance)을 개선시키는 효과가 있다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 내부전극(120)이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 내부전극(120)이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 내부전극(120)이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 43에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)을 준비한다. 상기 보호필름(170)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다. 보호필름(170)에는 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 구비되며, 보호필름(170)은 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 커버한다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 서로 이격되어 전기적으로 절연되어 있다.
제1 외부전극(150)은 제1 방향(도 43에서 'X' 방향)으로 길게 뻗어있고, 제2 외부전극(160)은 제1 외부전극과 이격되어 제1 방향(도 43에서 'X' 방향)으로 길게 뻗어있다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 서로 교호로 배치되게 구비되는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 전도성 금속 또는 전도성 금속합금으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 인쇄하고 열처리하여 형성하거나, 전기도금 등의 방법을 이용하는 등의 다양한 일반적인 방법으로 형성할 수 있으며, 전극을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 보호필름(170)에 접착제 등을 이용하여 접착시키는 등의 다양한 방법으로 보호필름(170) 상부에 형성할 수 있다.
예컨대, 도 44에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)은 제1 열(M1)에 배열된 비아홀(180)들과 접촉되게 배열되고, 제2 외부전극(160)은 제2 열(M2)에 배열된 비아홀(180)들과 접촉되게 배열된다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 서로 교호로 배치되게 구비될 수 있다. 여기서 '열'이라 함은 비아홀(180)들의 종방향 배열을 의미하는 것으로서 특정 종방향으로 배열된 비아홀(180)들에 대하여 횡방향으로 이격되어 있는 비아홀(180)들은 다른 열로 배열되어 있는 것이다.
도 44 및 도 45에 도시된 바와 같이 압전 세라믹 시트(110)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 스택(140)의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)을 각각 접착시킨다. 본 발명의 실시예에서는 외부전극(150, 160)을 보호필름(170)에 형성시켜 스택(140)에 접착시키는 방법을 예로 들어 설명하였지만, 스택(140)에 스퍼터링이나 기타 방법에 의해서 외부전극(150, 160)을 형성시키고 보호필름(170)을 외부전극(150, 160)이 형성된 면에 별도로 접착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 스택(140)의 일면과 마주하게 접착시킨다. 즉, 제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 도 41에 도시된 스택(140)의 X-Y 평면과 마주하게 접착시킨다. 이에 따라 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 비아홀(180)과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 된다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록, 즉 전기적으로 쇼트(short)되지 않게 배치된다. 상기 접착은 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 액상 에폭시를 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)과 스택(140)에 도포하고 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 전극이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 46은 도 45의 C2-C2' 절단면을 보여주고 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 내부전극(120)은 서로 평행하게 배열되고 비아홀(180)을 통해 서로 이격되어 전기적으로 연결된다.
도 45 및 도 47을 참조하면, 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 복수의 층으로 적층되고 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)과 결합된 제2 적층체(140b)를 목표하는 크기로 커팅하여 압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태의 제3 적층체(140c)를 형성한다. 상기 제3 적층체(140c)는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자가 된다.
상기 커팅은 제2 방향(도 45에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 45에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 45에서 C2-C2' 절단면과 평행한 면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제2 방향(도 45에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 45에서 Z 방향)이 이루는 면은 복수의 내부전극의 장변(길이)에 대하여 수직한 면이며, 이에 따라 y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 복수의 내부전극(120)이 구비된 형태를 갖게 된다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 도 47에 도시된 바와 같이 제2 방향(도 47에서 'Y' 방향)을 따라 서로 이격되어 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극(120a) 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 균일한 전계 형성을 위해 도 46 및 도 47에 도시된 바와 같이 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 제3 적층체(140c)의 양측면에는 복합소자의 보호를 위해 또는 외부전극(150, 160)과 내부전극(120a)의 보호를 위해 도 48에 도시된 바와 같이 보호커버(190)를 덮을 수도 있다. 상기 보호커버(190)는 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)는 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀(180)은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면의 각각에 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있으며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 보호하기 위한 보호필름(170)이 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 외측에 구비되어 있다. 여기서, 외측이라 함은 적층체의 내부에서 외부로 향하는 방향을 의미한다. 상기 압전 세라믹 파이버(110a) 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층이 구비되어 있을 수 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 가질 수 있다. 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비될 수 있다. 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이격되게 배치되어 있으며, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 내부전극(120a)의 수와 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 구비된 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 전체 수가 동일하게 구비된다.
이하에서, 도 49 내지 도 56을 참조하여 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
비아홀(180)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)에 복수의 내부전극(120)을 형성하고, 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 스택(140)을 형성하는 공정까지는 상기 제4 실시예에서와 동일한 공정으로 진행한다.
도 49 및 도 50에 도시된 바와 같이 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120)은 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 접촉되게 적층하여 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)과 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)이 전기적으로 연결된다. 또한, 도 50에 도시된 바와 같이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 된다. 또한, 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 된다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열된다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치된다. 여기서 '열'이라 함은 비아홀(180)들의 종방향 배열을 의미하는 것으로서 특정 종방향으로 배열된 비아홀(180)들에 대하여 횡방향으로 이격되어 있는 비아홀(180)들은 다른 열로 배열되어 있는 것이다. 도 50은 도 49의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 51 및 도 52에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 준비한다. 상기 보호필름(170)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다. 보호필름(170)에는 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)이 구비되며, 보호필름(170)은 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)을 커버한다.
제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 제1 방향(도 51에서 'X' 방향)으로 길게 뻗어있다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 도 51 및 도 52에 도시된 바와 같이 제1 방향(도 51에서 'X' 방향)으로 배향되어 제1 방향이 장변(길이)을 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향(도 51에서 'Y' 방향)이 너비를 이루는 형태를 가진다. 제1 방향(도 51에서 'X' 방향)으로 배향되어 제1 방향이 장변(길이)을 이루는 제1 외부전극(150)은 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있다. 제1 방향(도 51에서 'X' 방향)으로 배향되어 제1 방향이 장변(길이)을 이루는 제2 외부전극(160)도 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록, 즉 전기적으로 쇼트(short)되지 않게 배치된다.
제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 전도성 금속 또는 전도성 금속합금으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 인쇄하고 열처리하여 형성하거나, 전기도금 등의 방법을 이용하는 등의 다양한 일반적인 방법으로 형성할 수 있으며, 전극을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 보호필름(170)에 접착제 등을 이용하여 접착시키는 등의 다양한 방법으로 보호필름(170) 상부에 형성할 수 있다.
도 52 및 도 53에 도시된 바와 같이 압전 세라믹 시트(110)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 스택(140)의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 각각 접착시킨다. 본 발명의 실시예에서는 외부전극(150, 160)을 보호필름(170)에 형성시켜 스택(140)에 접착시키는 방법을 예로 들어 설명하였지만, 스택(140)에 스퍼터링이나 기타 방법에 의해서 외부전극(150, 160)을 형성시키고 보호필름(170)을 외부전극(150, 160)이 형성된 면에 별도로 접착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 스택(140)의 일면과 마주하게 접착시키고, 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 스택(140)의 일면과 마주보는 면에 마주하게 접착시킨다. 즉, 제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면과 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 도 49에 도시된 스택(140)의 X-Y 평면과 마주하게 접착시킨다. 이에 따라 제1 외부전극(150)이 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 되고, 제2 외부전극(160)이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 된다. 상기 접착은 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 액상 에폭시를 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170), 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170) 그리고 스택(140)에 도포하고 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 전극이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 54는 도 53의 C2-C2' 절단면을 보여주고 있다. 예컨대, 도 54에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)은 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열되고, 제2 외부전극(160)은 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열된다. 제1 외부전극(150)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결되고, 제2 외부전극(160)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결된다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열된다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치된다. 예를들면, 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제1 외부전극(150)을 통해 양(+)의 전극이 인가되게 되고, 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제2 외부전극(160)을 통해 음(-)의 전극이 인가되게 된다.
도 53 및 도 55를 참조하면, 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 복수의 층으로 적층되고 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170) 그리고 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)과 결합된 제2 적층체(140b)를 목표하는 크기로 커팅하여 압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태의 제3 적층체(140c)를 형성한다. 상기 제3 적층체(140c)는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자가 된다.
상기 커팅은 제2 방향(도 53에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 53에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 53에서 C2-C2' 절단면과 평행한 면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제2 방향(도 53에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 53에서 Z 방향)이 이루는 면은 복수의 내부전극의 장변(길이)에 대하여 수직한 면이며, 이에 따라 y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 복수의 내부전극(120)이 구비된 형태를 갖게 된다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 도 55에 도시된 바와 같이 제2 방향(도 55에서 'Y' 방향)을 따라 서로 이격되어 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극(120a) 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 균일한 전계 형성을 위해 도 54 및 도 55에 도시된 바와 같이 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 제3 적층체(140c)의 양측면에는 복합소자의 보호를 위해 또는 외부전극(150, 160)과 내부전극(120a)의 보호를 위해 도 56에 도시된 바와 같이 보호커버(190)를 덮을 수도 있다. 상기 보호커버(190)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 제3 적층체(140c)를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)는 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀(180)은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극(150)이 접촉되게 구비되고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극(160)이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 보호하기 위한 보호필름(170)이 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 외측에 구비되어 있다. 여기서, 외측이라 함은 적층체의 내부에서 외부로 향하는 방향을 의미한다. 상기 압전 세라믹 파이버(110a) 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층이 구비되어 있을 수 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 가질 수 있다. 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비될 수 있다.
상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이격되게 배치되어 있으며, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 내부전극(120a)의 수와 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 구비된 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 전체 수가 동일하게 구비된다.
제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다. 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 양(+)의 전극이 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 짝수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가되고 음(-)의 전극이 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 홀수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가된다.
이하에서, 도 57 내지 도 65를 참조하여 본 발명의 바람직한 제7 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
비아홀(180)과 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)를 복수 개의 층으로 적층하여 스택(140)을 형성하는 공정까지는 상기 제4 실시예에서와 동일한 공정으로 진행한다.
도 57에 도시된 바와 같이, 스택(140)은 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 목표하는 복수의 층으로 적층된 형태를 갖는다.
도 58은 도 57의 C1-C1' 절단면을 보여주고 있다. 도 57 및 도 58에 도시된 바와 같이 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120)은 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 접촉되게 적층하여 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)과 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)이 전기적으로 연결된다. 또한, 도 58에 도시된 바와 같이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 된다. 또한, 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 된다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열된다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치된다. 여기서 '열'이라 함은 비아홀(180)들의 종방향 배열을 의미하는 것으로서 특정 종방향으로 배열된 비아홀(180)들에 대하여 횡방향으로 이격되어 있는 비아홀(180)들은 다른 열로 배열되어 있는 것이다.
도 57 내지 도 59를 참조하면, 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 복수의 층으로 적층된 스택(140)을 목표하는 크기로 커팅하여 압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태의 제1 적층체(140a)를 형성한다.
상기 커팅은 제2 방향(도 57에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 57에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 57에서 D1-D1' 절단면과 평행한 면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제2 방향(도 57에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 57에서 Z 방향)이 이루는 면은 복수의 내부전극의 장변(길이)에 대하여 수직한 면이며, 이에 따라 y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 복수의 내부전극(120)이 구비된 형태를 갖게 된다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 도 59에 도시된 바와 같이 제2 방향(도 59에서 'Y' 방향)을 따라 서로 이격되어 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극(120a) 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 균일한 전계 형성을 위해 도 59에 도시된 바와 같이 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
도 60에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)을 준비한다. 도 60에 도시하시는 않았지만 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)고 동일하게 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)도 준비한다. 상기 보호필름(170)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다. 보호필름(170)에는 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)이 구비되며, 보호필름(170)은 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)을 커버한다.
제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 판형으로 구비된다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 전도성 금속 또는 전도성 금속합금으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 인쇄하고 열처리하여 형성하거나, 전기도금 등의 방법을 이용하는 등의 다양한 일반적인 방법으로 형성할 수 있으며, 전극을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 보호필름(170)에 접착제 등을 이용하여 접착시키는 등의 다양한 방법으로 보호필름(170) 상부에 형성할 수 있다.
도 60 및 도 61을 참조하면, 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 도 59에 도시된 압전 세라믹 파이버(110a)의 크기에 대응되게 목표하는 크기로 커팅한다. 상기 커팅은 제2 방향(도 60에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 60에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 60에서 D2-D2' 절단면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제2 방향(도 60에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 60에서 Z 방향)이 이루는 면은 외부전극의 장변(길이)에 대하여 수직한 면이며, 도 61은 도 60의 D2-D2' 절단면을 따라 커팅한 결과물을 보여주는 사시도다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다.
도 62 및 도 63에 도시된 바와 같이 압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 제1 적층체(140a)의 일면과 이와 마주보는 면에 목표하는 크기로 커팅되어 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 각각 접착시킨다. 본 발명의 실시예에서는 외부전극(150, 160)을 보호필름(170)에 형성시켜 제1 적층체(140a)에 접착시키는 방법을 예로 들어 설명하였지만, 제1 적층체(140a)에 스퍼터링이나 기타 방법에 의해서 외부전극(150, 160)을 형성시키고 보호필름(170)을 외부전극(150, 160)이 형성된 면에 별도로 접착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 제1 적층체(140a)의 일면과 마주하게 접착시키고, 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 제1 적층체(140a)의 일면과 마주보는 면에 마주하게 접착시킨다. 즉, 제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면과 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 도 59에 도시된 제1 적층체(140a)의 X-Y 평면과 마주하게 접착시킨다. 이에 따라 제1 외부전극(150)이 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 되고, 제2 외부전극(160)이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 된다. 상기 접착은 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 액상 에폭시를 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170), 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170) 그리고 제1 적층체(140a)에 도포하고 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 전극이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 64는 도 63의 C2-C2' 절단면을 보여주고 있다. 도 64에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)은 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열되고, 제2 외부전극(160)은 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열된다. 제1 외부전극(150)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결되고, 제2 외부전극(160)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결된다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록, 즉 전기적으로 쇼트(short)되지 않게 내부전극(120)과 비아홀(180)을 배치한다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열된다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치된다. 예를들면, 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제1 외부전극(150)을 통해 양(+)의 전극이 인가되게 되고, 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제2 외부전극(160)을 통해 음(-)의 전극이 인가되게 된다.
제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 제3 적층체(140c)의 양측면에는 복합소자의 보호를 위해 또는 외부전극(150, 160)과 내부전극(120a)의 보호를 위해 도 65에 도시된 바와 같이 보호커버(190)를 덮을 수도 있다. 상기 보호커버(190)는 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)는 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀(180)은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극(150)이 접촉되게 구비되고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극(160)이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 보호하기 위한 보호필름(170)이 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 외측에 구비되어 있다. 상기 압전 세라믹 파이버(110a 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층이 구비되어 있을 수 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 가질 수 있다. 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비된다. 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 압전 세라믹 파이버(110a)의 면적과 동일하게 구비되는 것이 바람직하다.
제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다. 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 양(+)의 전극이 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 짝수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가되고 음(-)의 전극이 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 홀수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가된다.
이하에서, 도 66 내지 도 74를 참조하여 본 발명의 바람직한 제8 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
비아홀(180)과 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)를 복수 개의 층으로 적층하여 스택(140)을 형성하는 공정까지는 상기 제5 실시예에서와 동일한 공정으로 진행한다.
도 66에 도시된 바와 같이, 스택(140)은 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 목표하는 복수의 층으로 적층된 형태를 갖는다. 도 67은 도 66의 D1-D1' 절단면을 보여주고 있다. 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120)은 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 접촉되게 적층하여 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)과 상부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)이 전기적으로 연결될 수 있게 한다.
도 66 및 도 68을 참조하면, 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 복수의 층으로 적층된 스택(140)을 목표하는 크기로 커팅하여 압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태의 제1 적층체(140a)를 형성한다.
상기 커팅은 제2 방향(도 66에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 66에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 66에서 D1-D1' 절단면과 평행한 면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제2 방향(도 66에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 66에서 Z 방향)이 이루는 면은 복수의 내부전극의 장변(길이)에 대하여 수직한 면이며, 이에 따라 y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 복수의 내부전극(120)이 구비된 형태를 갖게 된다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 도 68에 도시된 바와 같이 제2 방향(도 68에서 'Y' 방향)을 따라 서로 이격되어 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극(120a) 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 균일한 전계 형성을 위해 도 68에 도시된 바와 같이 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
도 69에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)을 준비한다. 상기 보호필름(170)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다. 보호필름(170)에는 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 구비되며, 보호필름(170)은 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 커버한다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 서로 이격되어 전기적으로 절연되어 있다.
제1 외부전극(150)은 제1 방향(도 69에서 'X' 방향)으로 길게 뻗어있고, 제2 외부전극(160)은 제1 외부전극과 이격되어 제1 방향(도 69에서 'X' 방향)으로 길게 뻗어있다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 서로 교호로 배치되게 구비되는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 전도성 금속 또는 전도성 금속합금으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 인쇄하고 열처리하여 형성하거나, 전기도금 등의 방법을 이용하는 등의 다양한 일반적인 방법으로 형성할 수 있으며, 전극을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 보호필름(170)에 접착제 등을 이용하여 접착시키는 등의 다양한 방법으로 보호필름(170) 상부에 형성할 수 있다.
도 69 및 도 70를 참조하면, 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)을 도 68에 도시된 압전 세라믹 파이버(110a)의 크기에 대응되게 목표하는 크기로 커팅한다. 상기 커팅은 제2 방향(도 69에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 69에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 69에서 D2-D2' 절단면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제2 방향(도 69에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 69에서 Z 방향)이 이루는 면은 외부전극의 장변(길이)에 대하여 수직한 면이며, 도 70은 도 69의 D2-D2' 절단면을 따라 커팅한 결과물을 보여주는 사시도다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록, 즉 전기적으로 쇼트(short)되지 않게 배치된다.
도 71 및 도 72에 도시된 바와 같이 압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 제1 적층체(140a)의 일면과 이와 마주보는 면에 목표하는 크기로 커팅되어 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)을 각각 접착시킨다. 본 발명의 실시예에서는 외부전극(150, 160)을 보호필름(170)에 형성시켜 제1 적층체(140a)에 접착시키는 방법을 예로 들어 설명하였지만, 제1 적층체(140a)에 스퍼터링이나 기타 방법에 의해서 외부전극(150, 160)을 형성시키고 보호필름(170)을 외부전극(150, 160)이 형성된 면에 별도로 접착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 제1 적층체(140a)의 일면과 마주하게 접착시킨다. 즉, 제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 도 68에 도시된 제1 적층체(140a)의 X-Y 평면과 마주하게 접착시킨다. 이에 따라 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 비아홀(180)과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 된다. 상기 접착은 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 액상 에폭시를 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 형성된 보호필름(170)과 제1 적층체(140a)에 도포하고 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 전극이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 73은 도 72의 C2-C2' 절단면을 보여주고 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 내부전극(120a)은 서로 평행하게 배열되고 비아홀(180)을 통해 서로 연결된다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)는 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀(180)은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면의 각각에 제1 및 제2 외부전극(150, 160)이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있으며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 보호하기 위한 보호필름(170)이 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 외측에 구비되어 있다. 상기 압전 세라믹 파이버(110a 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층이 구비되어 있을 수 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 가질 수 있다. 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비된다. 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이격되게 배치되어 있으며, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 내부전극(120a)의 수와 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 구비된 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 전체 수가 동일하게 구비된다.
이하에서, 도 75 내지 도 83을 참조하여 본 발명의 바람직한 제9 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
비아홀(180)과 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)를 복수 개의 층으로 적층하여 스택(140)을 형성하는 공정까지는 상기 제6 실시예에서와 동일한 공정으로 진행한다.
도 75에 도시된 바와 같이, 스택(140)은 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 목표하는 복수의 층으로 적층된 형태를 갖는다. 도 76은 도 75의 D1-D1' 절단면을 보여주고 있다. 도 75 및 도 76에 도시된 바와 같이 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120)은 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 접촉되게 적층하여 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)과 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)이 전기적으로 연결된다. 또한, 도 76에 도시된 바와 같이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 된다. 또한, 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 된다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열된다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치된다. 여기서 '열'이라 함은 비아홀(180)들의 종방향 배열을 의미하는 것으로서 특정 종방향으로 배열된 비아홀(180)들에 대하여 횡방향으로 이격되어 있는 비아홀(180)들은 다른 열로 배열되어 있는 것이다.
도 75 및 도 77을 참조하면, 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 복수의 층으로 적층된 스택(140)을 목표하는 크기로 커팅하여 압전 세라믹 파이버(110a)가 순차적으로 적층된 형태의 제1 적층체(140a)를 형성한다.
상기 커팅은 제2 방향(도 75에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 75에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 75에서 D1-D1' 절단면과 평행한 면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제2 방향(도 75에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 75에서 Z 방향)이 이루는 면은 복수의 내부전극의 장변(길이)에 대하여 수직한 면이며, 이에 따라 y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 복수의 내부전극(120)이 구비된 형태를 갖게 된다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 도 77에 도시된 바와 같이 제2 방향(도 77에서 'Y' 방향)을 따라 서로 이격되어 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극(120a) 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 균일한 전계 형성을 위해 도 77에 도시된 바와 같이 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
도 78에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)을 준비한다. 도 78에 도시하시는 않았지만 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)고 동일하게 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)도 준비한다. 상기 보호필름(170)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다. 보호필름(170)에는 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)이 구비되며, 보호필름(170)은 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)을 커버한다.
제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 제1 방향(도 78에서 'X' 방향)으로 길게 뻗어있다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 도 78에 도시된 바와 같이 제1 방향(도 78에서 'X' 방향)으로 배향되어 제1 방향이 장변(길이)을 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향(도 78에서 'Y' 방향)이 너비를 이루는 형태를 가진다. 제1 방향(도 78에서 'X' 방향)으로 배향되어 제1 방향이 장변(길이)을 이루는 제1 외부전극(150)은 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있다. 제1 방향(도 78에서 'X' 방향)으로 배향되어 제1 방향이 장변(길이)을 이루는 제2 외부전극(160)도 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있다.
제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 전도성 금속 또는 전도성 금속합금으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 인쇄하고 열처리하여 형성하거나, 전기도금 등의 방법을 이용하는 등의 다양한 일반적인 방법으로 형성할 수 있으며, 전극을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 보호필름(170)에 접착제 등을 이용하여 접착시키는 등의 다양한 방법으로 보호필름(170) 상부에 형성할 수 있다.
도 78 및 도 79를 참조하면, 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 도 77에 도시된 압전 세라믹 파이버(110a)의 크기에 대응되게 목표하는 크기로 커팅한다. 상기 커팅은 제2 방향(도 78에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 78에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 78에서 D2-D2' 절단면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제2 방향(도 78에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 78에서 Z 방향)이 이루는 면은 외부전극의 장변(길이)에 대하여 수직한 면이며, 도 79는 도 78의 D2-D2' 절단면을 따라 커팅한 결과물을 보여주는 사시도다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다.
도 80 및 도 81에 도시된 바와 같이 압전 세라믹 시트(110)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 제1 적층체(140a)의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 각각 접착시킨다. 본 발명의 실시예에서는 외부전극(150, 160)을 보호필름(170)에 형성시켜 제1 적층체(140a)에 접착시키는 방법을 예로 들어 설명하였지만, 제1 적층체(140a)에 스퍼터링이나 기타 방법에 의해서 외부전극(150, 160)을 형성시키고 보호필름(170)을 외부전극(150, 160)이 형성된 면에 별도로 접착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 제1 적층체(140a)의 일면과 마주하게 접착시키고, 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 스택(140)의 일면과 마주보는 면에 마주하게 접착시킨다. 즉, 제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면과 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 도 77에 도시된 제1 적층체(140a)의 X-Y 평면과 마주하게 접착시킨다. 이에 따라 제1 외부전극(150)이 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 되고, 제2 외부전극(160)이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 된다. 상기 접착은 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 액상 에폭시를 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170), 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170) 그리고 제1 적층체(140a)에 도포하고 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 전극이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 82는 도 81의 C2-C2' 절단면을 보여주고 있다. 예컨대, 도 82에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)은 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열되고, 제2 외부전극(160)은 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열된다. 제1 외부전극(150)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결되고, 제2 외부전극(160)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결된다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록, 즉 전기적으로 쇼트(short)되지 않게 배치된다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열된다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치된다. 예를들면, 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제1 외부전극(150)을 통해 양(+)의 전극이 인가되게 되고, 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제2 외부전극(160)을 통해 음(-)의 전극이 인가되게 된다.
제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 제3 적층체(140c)의 양측면에는 복합소자의 보호를 위해 또는 외부전극(150, 160)과 내부전극(120a)의 보호를 위해 도 83에 도시된 바와 같이 보호커버(190)를 덮을 수도 있다. 상기 보호커버(190)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 제3 적층체(140c)를 이루고, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)는 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀(180)은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극(150)이 접촉되게 구비되고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극(160)이 접촉되게 구비되며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 보호하기 위한 보호필름(170)이 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 외측에 구비되어 있다. 여기서, 외측이라 함은 적층체의 내부에서 외부로 향하는 방향을 의미한다. 상기 압전 세라믹 파이버(110a) 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층이 구비되어 있을 수 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 가질 수 있다. 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비될 수 있다.
상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이격되게 배치되어 있으며, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 내부전극(120a)의 수와 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 구비된 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 전체 수가 동일하게 구비된다. 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 양(+)의 전극이 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 짝수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가되고 음(-)의 전극이 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 홀수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가된다.
이하에서, 도 84 내지 도 98을 참조하여 본 발명의 바람직한 제10 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
압전 세라믹 시트(110)를 형성하고, 압전 세라믹 시트(110)를 폴리머 필름으로부터 박리하고 비아홀(180)을 형성하는 공정까지는 상기 제4 실시예에서와 동일한 공정으로 진행한다.
비아홀(180)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)에 복수의 내부전극(120)을 형성한다. 내부전극(120)은 비아홀(180)과 연결되어 전기적으로 접속되게 형성한다. 내부전극(120)은 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 압전 세라믹 시트(110)에 인쇄하여 형성할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 팔라듐(Pd), 백금(Pt)과 같은 고융점 금속 등을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 스크린 프린팅 방법은 일반적으로 잘 알려진 방법이므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 본 발명의 실시예에서 내부전극(120)을 명확하게 나타내기 위하여 내부전극(120)의 두께를 압전 세라믹 시트(110)에 비하여 두껍게 도시하였으며, 내부전극(120)은 압전 세라믹 시트(110)에 비하여 매우 얇은 두께를 가지므로 적층에 의해 형성되는 스택(140)에서 내부전극(120)의 두께에 의한 스택(140)의 평탄화는 문제가 되지 않는다.
상기 복수의 내부전극(120)은 압전 세라믹 시트(110)에 제1 방향(도 85에서 'X' 방향)으로 배향되게 형성한다. 복수의 내부전극은 도 84 및 도 85에 도시된 바와 같이 제1 방향(도 85에서 'X' 방향)으로 배향되어 제1 방향이 장변(길이)을 이루고 제1 방향에 수직한 제2 방향(도 85에서 'Y' 방향)이 너비를 이루는 형태를 가진다. 제1 방향(도 85에서 'X' 방향)으로 배향되어 제1 방향이 장변(길이)을 이루는 내부전극(120)은 제1 방향(도 86에서 'X' 방향)을 따라 배열된 비아홀(180)들과 연결되어 전기적으로 접속된다. 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120)은 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있다. 상기 복수의 내부전극은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
복수의 내부전극(120)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
복수의 내부전극(120)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 복수의 내부전극(120)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
내부전극(120)은 균일한 전계 형성을 위해 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
도 86 및 도 87에 도시된 바와 같이 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 스택(140)을 형성한다. 도 87은 도 86의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다. 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120)은 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 접촉되게 적층하여 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)과 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)이 전기적으로 연결될 수 있게 한다. 또한, 도 87에 도시된 바와 같이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 되게 한다. 또한, 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 되게 한다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열되게 한다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치되게 한다. 여기서 '열'이라 함은 비아홀(180)들의 종방향 배열을 의미하는 것으로서 특정 종방향으로 배열된 비아홀(180)들에 대하여 횡방향으로 이격되어 있는 비아홀(180)들은 다른 열로 배열되어 있는 것이다.
상기 적층은 제1 압전 세라믹 시트의 상부에 제2 압전 세라믹 시트를 적층하고 제2 압전 세라믹 시트의 상부에 제3 압전 세라믹 시트를 적층하는 방식으로 이루어질 수 있다.
목표하는 복수의 층으로 적층이 완료되면 소정 온도와 압력(도 86에서 화살표)으로 압착 공정을 수행하여 결합력이 강한 적층체(stack)(140)가 형성되게 한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수도 있다.
내부전극(120)의 전극 특성 향상을 위해 열처리를 수행한다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
도 88 및 도 89에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 준비한다. 상기 보호필름(170)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다. 보호필름(170)에는 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)이 구비되며, 보호필름(170)은 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)을 커버한다.
제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 판형으로 구비된다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 전도성 금속 또는 전도성 금속합금으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 인쇄하고 열처리하여 형성하거나, 전기도금 등의 방법을 이용하는 등의 다양한 일반적인 방법으로 형성할 수 있으며, 전극을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 보호필름(170)에 접착제 등을 이용하여 접착시키는 등의 다양한 방법으로 보호필름(170) 상부에 형성할 수 있다.
도 89 및 도 90에 도시된 바와 같이 압전 세라믹 시트(110)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 스택(140)의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 각각 접착시킨다. 본 발명의 실시예에서는 외부전극(150, 160)을 보호필름(170)에 형성시켜 스택(140)에 접착시키는 방법을 예로 들어 설명하였지만, 스택(140)에 스퍼터링이나 기타 방법에 의해서 외부전극(150, 160)을 형성시키고 보호필름(170)을 외부전극(150, 160)이 형성된 면에 별도로 접착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 스택(140)의 일면과 마주하게 접착시키고, 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 스택(140)의 일면과 마주보는 면에 마주하게 접착시킨다. 즉, 제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면과 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 도 86에 도시된 스택(140)의 X-Y 평면과 마주하게 접착시킨다. 이에 따라 제1 외부전극(150)이 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 되고, 제2 외부전극(160)이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 된다. 상기 접착은 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 액상 에폭시를 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170), 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170) 그리고 스택(140)에 도포하고 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 전극이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 91은 도 90의 C2-C2' 절단면을 보여주고 있다. 도 91에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)은 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열되고, 제2 외부전극(160)은 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열된다. 제1 외부전극(150)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결되고, 제2 외부전극(160)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결된다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록, 즉 전기적으로 쇼트(short)되지 않게 내부전극(120)과 비아홀(180)을 배치한다. 이를 위해 바람직한 방법으로는 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열된다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치된다. 예를들면, 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제1 외부전극(150)을 통해 양(+)의 전극이 인가되게 되고, 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제2 외부전극(160)을 통해 음(-)의 전극이 인가되게 된다.
도 92 및 도 93을 참조하면, 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 복수의 층으로 적층되고 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170) 그리고 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)과 결합된 제2 적층체(140b)를 접착용 필름(195) 등에 붙여서 고정시킨 후, 목표하는 크기로 커팅하여 에폭시와 같은 절연성 접착체를 충진하기 위한 슬릿(125)을 형성한다.
상기 슬릿(125) 형성을 위한 커팅은 제2 방향(도 92에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 92에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 90에서 C2-C2' 절단면과 평행한 면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제2 방향(도 92에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 92에서 Z 방향)이 이루는 면은 복수의 내부전극의 장변(길이)에 대하여 수직한 면이며, 이에 따라 y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 복수의 내부전극(120a)이 구비된 형태를 갖게 된다. 상기 슬릿(125) 형성을 위한 커팅에 의해 적층체 파이버(145)가 형성되게 된다. 적층체 파이버(145)는 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개 적층된 형태를 이룬다. 도 92 및 도 93에서는 적층체 파이버(145)가 면상체 형태로 도시되어 있으나 이는 설명과 도면 작성의 편의를 위한 것일 뿐이며, 적층체 파이버(145)의 길이와 너비는 도 92 및 도 93에서 보이는 것과는 다르게 섬유(파이버) 형태로서 보다 큰 각형비를 가질 수 있음은 물론이다.
커팅에 의해 형성된 슬릿(125) 내에 에폭시와 같은 절연성 접착제를 충진한다. 에폭시는 적층체 파이버(145) 간을 결합시키는 역할을 한다. 적층체 파이버(145) 사이에 에폭시가 채워져 에폭시층(130)을 이루며, 이러한 형태는 모노리식(monolithic) 압전 세라믹에 비하여 유연성(flexibility) 및 내손상성(damage tolerance)을 개선시키는 효과가 있다.
적층체 파이버(145)는 절연성 접착층인 에폭시층(130)에 의해 서로 결합되어 도 94에 도시된 바와 같은 제3 적층체(140c)를 형성한다. 제3 적층체(140c)는 적층체 파이버(145)가 복수 개 결합되어 형성된 형태를 이룬다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 도 94에 도시된 바와 같이 제2 방향(도 94에서 'Y' 방향)을 따라 서로 이격되어 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극(120a) 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 균일한 전계 형성을 위해 도 94에 도시된 바와 같이 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
도 93 내지 도 97을 참조하면, 제3 적층체(140c)를 접착용 필름(195)에서 분리해낸다. 도 94는 제3 적층체(140c)를 보여주는 사시도이고, 도 95는 도 94의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이며, 도 96은 도 94의 D1-D1' 절단면을 보여주는 단면도이고, 도 97은 도 94의 D2-D2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 95에 도시된 바와 같이 하나의 적층체 파이버(145)에서 제1 외부전극(150)은 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열되고, 제2 외부전극(160)은 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열된다. 제1 외부전극(150)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결되고, 제2 외부전극(160)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결된다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열된다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치된다. 예를들면, 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제1 외부전극(150)을 통해 양(+)의 전극이 인가되게 되고, 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제2 외부전극(160)을 통해 음(-)의 전극이 인가되게 된다.
하나의 적층체 파이버(145)에서 제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층된 적층체 파이버(145)가 복수 개 결합되어 형성된 제3 적층체(140c)의 양측면에는 복합소자의 보호를 위해 또는 외부전극(150, 160)과 내부전극(120a)의 보호를 위해 도 98에 도시된 바와 같이 보호커버(190)를 덮을 수도 있다. 상기 보호커버(190)는 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 제2 적층체(140b)를 이루고 상기 제2 적층체(140b)에 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 결합되어 적층체 파이버(145)를 이루고, 상기 적층체 파이버(145)가 복수 개 결합되어 제3 적층체(140c)를 이루며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)는 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀(180)은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 보호하기 위한 보호필름(170)이 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 외측에 구비되어 있다. 여기서, 외측이라 함은 적층체의 내부에서 외부로 향하는 방향을 의미한다. 상기 적층체 파이버(145) 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층(130)이 구비되어 있을 수 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 가질 수 있다. 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비될 수 있다. 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 압전 세라믹 파이버(110a)의 면적과 동일하게 구비되는 것이 바람직하다. 적층체 파이버(145) 사이에는 절연성 접착층(130)이 구비된다.
하나의 적층체 파이버(145)에서 제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다. 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 양(+)의 전극이 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 짝수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가되고 음(-)의 전극이 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 홀수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가된다.
이하에서, 도 99 내지 도 109를 참조하여 본 발명의 바람직한 제11 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
비아홀(180)과 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 스택(140)을 형성하는 공정까지는 상기 제10 실시예에서와 동일한 공정으로 진행한다. 본 발명의 실시예에서도 내부전극(120, 120a)을 명확하게 나타내기 위하여 내부전극(120, 120a)의 두께를 압전 세라믹 시트(110)에 비하여 두껍게 도시하였으며, 내부전극(120, 120a)은 압전 세라믹 시트(110)에 비하여 매우 얇은 두께를 가지므로 적층에 의해 형성되는 스택(140)에서 내부전극(120, 120)의 두께에 의한 스택(140)의 평탄화는 문제가 되지 않는다.
도 100은 도 99의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다. 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120)은 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 접촉되게 적층하여 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)과 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)이 전기적으로 연결될 수 있게 한다. 또한, 도 100에 도시된 바와 같이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 되게 한다. 또한, 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 되게 한다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열되게 한다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치되게 한다. 여기서 '열'이라 함은 비아홀(180)들의 종방향 배열을 의미하는 것으로서 특정 종방향으로 배열된 비아홀(180)들에 대하여 횡방향으로 이격되어 있는 비아홀(180)들은 다른 열로 배열되어 있는 것이다.
상기 적층은 제1 압전 세라믹 시트의 상부에 제2 압전 세라믹 시트를 적층하고 제2 압전 세라믹 시트의 상부에 제3 압전 세라믹 시트를 적층하는 방식으로 이루어질 수 있다.
목표하는 복수의 층으로 적층이 완료되면 소정 온도와 압력(도 99에서 화살표)으로 압착 공정을 수행하여 결합력이 강한 적층체(stack)(140)가 형성되게 한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수도 있다.
내부전극(120)의 전극 특성 향상을 위해 열처리를 수행한다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
도 99, 도 101 및 도 103를 참조하면, 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 복수의 층으로 적층된 적층체(140)를 접착용 필름(195) 등에 붙여서 고정시킨 후, 목표하는 크기로 커팅하여 에폭시와 같은 절연성 접착체를 충진하기 위한 슬릿(125)을 형성한다.
상기 슬릿(125) 형성을 위한 커팅은 제2 방향(도 101에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 101에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 99에서 C1-C1' 절단면과 평행한 면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제2 방향(도 101에서 Y 방향) 및 제3 방향(도 101에서 Z 방향)이 이루는 면은 복수의 내부전극의 장변(길이)에 대하여 수직한 면이며, 이에 따라 y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 복수의 내부전극(120)이 구비된 형태를 갖게 된다. 상기 슬릿(125) 형성을 위한 커팅에 의해 적층체 파이버(145a)가 형성되게 된다. 적층체 파이버(145a)는 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개 적층된 형태를 이룬다. 도 101 및 도 102에서는 적층체 파이버(145a)가 면상체 형태로 도시되어 있으나 이는 설명과 도면 작성의 편의를 위한 것일 뿐이며, 적층체 파이버(145a)의 길이와 너비는 도 101 및 도 102에서 보이는 것과는 다르게 섬유(파이버) 형태로서 보다 큰 각형비를 가질 수 있음은 물론이다.
커팅에 의해 형성된 슬릿(125) 내에 에폭시와 같은 절연성 접착제를 충진한다. 에폭시는 적층체 파이버(145a) 간을 결합시키는 역할을 한다. 적층체 파이버(145a) 사이에 에폭시가 채워져 에폭시층(130)을 이루며, 이러한 형태는 모노리식(monolithic) 압전 세라믹에 비하여 유연성(flexibility) 및 내손상성(damage tolerance)을 개선시키는 효과가 있다.
적층체 파이버(145a)는 절연성 접착층인 에폭시층(130)에 의해 서로 결합되어 도 103에 도시된 바와 같은 제2 적층체(140b)를 형성한다. 제2 적층체(140b)는 적층체 파이버(145a)가 복수 개 결합되어 형성된 형태를 이룬다.
도 102 및 도 103을 참조하면, 제2 적층체(140b)를 접착용 필름(195)에서 분리해낸다.
도 104에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 준비한다. 상기 보호필름(170)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다. 보호필름(170)에는 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)이 구비되며, 보호필름(170)은 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)을 커버한다.
제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 판형으로 구비된다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 전도성 금속 또는 전도성 금속합금으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 인쇄하고 열처리하여 형성하거나, 전기도금 등의 방법을 이용하는 등의 다양한 일반적인 방법으로 형성할 수 있으며, 전극을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 보호필름(170)에 접착제 등을 이용하여 접착시키는 등의 다양한 방법으로 보호필름(170) 상부에 형성할 수 있다.
도 104 및 도 105에 도시된 바와 같이 압전 세라믹 시트(110)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 제2 적층체(140b)의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 각각 접착시킨다. 본 발명의 실시예에서는 외부전극(150, 160)을 보호필름(170)에 형성시켜 제2 적층체(140b)에 접착시키는 방법을 예로 들어 설명하였지만, 제2 적층체(140b)에 스퍼터링이나 기타 방법에 의해서 외부전극(150, 160)을 형성시키고 보호필름(170)을 외부전극(150, 160)이 형성된 면에 별도로 접착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 제2 적층체(140b)의 일면과 마주하게 접착시키고, 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 제2 적층체(140b)의 일면과 마주보는 면에 마주하게 접착시킨다. 즉, 제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면과 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 도 103에 도시된 제2 적층체(140b)의 X-Y 평면과 마주하게 접착시킨다. 이에 따라 제1 외부전극(150)이 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 되고, 제2 외부전극(160)이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 된다. 상기 접착은 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 액상 에폭시를 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170), 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170) 그리고 제2 적층체(140b)에 도포하고 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 전극이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 105는 제3 적층체(140c)를 보여주는 사시도이고, 도 106은 도 105의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이며, 도 107은 도 105의 D1-D1' 절단면을 보여주는 단면도이고, 도 108은 도 105의 D2-D2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 106에 도시된 바와 같이 하나의 적층체 파이버(145a)에서 제1 외부전극(150)은 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열되고, 제2 외부전극(160)은 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열된다. 제1 외부전극(150)과 내부전극(160)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결되고, 제2 외부전극(160)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결된다. 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 서로 전기적으로 연결되지 않도록, 즉 전기적으로 쇼트(short)되지 않게 내부전극(120)과 비아홀(180)을 배치한다. 이를 위해 바람직한 방법으로는 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열한다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치된다. 예를들면, 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제1 외부전극(150)을 통해 양(+)의 전극이 인가되게 되고, 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제2 외부전극(160)을 통해 음(-)의 전극이 인가되게 된다.
하나의 적층체 파이버(145a)에서 제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 도 105에 도시된 바와 같이 제2 방향(도 105에서 'Y' 방향)을 따라 서로 이격되어 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극(120a) 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 균일한 전계 형성을 위해 도 105에 도시된 바와 같이 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층된 적층체 파이버(145a)가 복수 개 결합되고 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)이 결합되어 형성된 제3 적층체(140c)의 양측면에는 복합소자의 보호를 위해 또는 외부전극(150, 160)과 내부전극(120a)의 보호를 위해 도 109에 도시된 바와 같이 보호커버(190)를 덮을 수도 있다. 상기 보호커버(190)는 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체 파이버(145a)를 이루고, 상기 적층체 파이버(145a)가 복수 개 결합되어 제2 적층체(140b)를 이루며, 상기 제2 적층체(140b)에 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 결합되어 제3 적층체(140c)를 이루며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)는 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀(180)은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 보호하기 위한 보호필름(170)이 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 외측에 구비되어 있다. 여기서, 외측이라 함은 적층체의 내부에서 외부로 향하는 방향을 의미한다. 상기 적층체 파이버(145a) 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층(130)이 구비되어 있을 수 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 가질 수 있다. 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비될 수 있다. 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 판형으로 구비된다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 복수 개의 적층체 파이버(145a)를 커버하는 형태로 구비된다. 적층체 파이버(145a) 사이에는 절연성 접착층(130)이 구비된다. 절연성 접착층(130)은 제2 방향과 제3 방향이 이루는 면에 대하여 평행하게 복수개 구비될 수 있다.
하나의 적층체 파이버(145a)에서 제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다. 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 양(+)의 전극이 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 짝수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가되고 음(-)의 전극이 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 홀수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가된다.
이하에서, 도 110 내지 도 119를 참조하여 본 발명의 바람직한 제12 실시예에 따른 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
비아홀(180)과 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)를 목표하는 복수의 층으로 적층하여 스택(140)을 형성하는 공정까지는 상기 제10 실시예에서와 동일한 공정으로 진행한다. 본 발명의 실시예에서도 내부전극(120, 120a)을 명확하게 나타내기 위하여 내부전극(120, 120a)의 두께를 압전 세라믹 시트(110)에 비하여 두껍게 도시하였으며, 내부전극(120, 120a)은 압전 세라믹 시트(110)에 비하여 매우 얇은 두께를 가지므로 적층에 의해 형성되는 스택(140)에서 내부전극(120, 120)의 두께에 의한 스택(140)의 평탄화는 문제가 되지 않는다.
도 111은 도 100의 C1-C1' 절단면을 보여주는 단면도이다. 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 복수의 내부전극(120)은 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 접촉되게 적층하여 하부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)과 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)에 구비된 내부전극(120)이 전기적으로 연결될 수 있게 한다. 또한, 도 111에 도시된 바와 같이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 되게 한다. 또한, 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수보다 작으며, 바람직하게는 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)의 수는 인접하는 하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180) 수의 1/2이 되게 한다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열되게 한다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치되게 한다. 여기서 '열'이라 함은 비아홀(180)들의 종방향 배열을 의미하는 것으로서 특정 종방향으로 배열된 비아홀(180)들에 대하여 횡방향으로 이격되어 있는 비아홀(180)들은 다른 열로 배열되어 있는 것이다.
상기 적층은 제1 압전 세라믹 시트의 상부에 제2 압전 세라믹 시트를 적층하고 제2 압전 세라믹 시트의 상부에 제3 압전 세라믹 시트를 적층하는 방식으로 이루어질 수 있다.
목표하는 복수의 층으로 적층이 완료되면 소정 온도와 압력(도 110에서 화살표)으로 압착 공정을 수행하여 결합력이 강한 적층체(stack)(140)가 형성되게 한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수도 있다.
내부전극(120)의 전극 특성 향상을 위해 열처리를 수행한다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
도 110, 도 112 및 도 113을 참조하면, 복수의 내부전극(120)이 형성된 압전 세라믹 시트(110)가 복수의 층으로 적층된 적층체(140)를 접착용 필름(195) 등에 붙여서 고정시킨 후, 목표하는 크기로 커팅하여 에폭시와 같은 절연성 접착체를 충진하기 위한 슬릿(125)을 형성한다.
상기 슬릿(125) 형성을 위한 커팅은 제1 방향(도 112에서 X 방향) 및 제3 방향(도 112에서 Z 방향)이 이루는 면(또는 도 110에서 C1-C1' 절단면과 수직한 면)을 따라 절단이 이루어지도록 수행한다. 상기 제1 방향(도 112에서 X 방향) 및 제3 방향(도 112에서 Z 방향)이 이루는 면은 복수의 내부전극의 장변(길이)에 대하여 평행한 면이며, 이에 따라 y-z 평면을 바라볼 때 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에는 복수개의 내부전극(120), 바람직하게는 짝수개의 내부전극(120)(도 112에서는 2개의 내부전극)이 구비된 형태를 갖게 된다. 상기 슬릿(125) 형성을 위한 커팅에 의해 적층체 파이버(145a)가 형성되게 된다. 적층체 파이버(145a)는 복수의 내부전극(120)(바람직하게는 짝수개의 내부전극(120))이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개 적층된 형태를 이룬다. 도 112에서는 적층체 파이버(145a)가 면상체 형태로 도시되어 있으나 이는 설명과 도면 작성의 편의를 위한 것일 뿐이며, 적층체 파이버(145a)의 길이와 너비는 도 112에서 보이는 것과는 다르게 섬유(파이버) 형태로서 보다 큰 각형비를 가질 수 있음은 물론이다.
커팅에 의해 형성된 슬릿(125) 내에 에폭시와 같은 절연성 접착제를 충진한다. 에폭시는 적층체 파이버(145a) 간을 결합시키는 역할을 한다. 적층체 파이버(145a) 사이에 에폭시가 채워져 에폭시층(130)을 이루며, 이러한 형태는 모노리식(monolithic) 압전 세라믹에 비하여 유연성(flexibility) 및 내손상성(damage tolerance)을 개선시키는 효과가 있다.
적층체 파이버(145a)는 절연성 접착층인 에폭시층(130)에 의해 서로 결합되어 도 114에 도시된 바와 같은 제2 적층체(140b)를 형성한다. 제2 적층체(140b)는 적층체 파이버(145a)가 복수 개 결합되어 형성된 형태를 이룬다.
도 113 및 도 1114를 참조하면, 제2 적층체(140b)를 접착용 필름(195)에서 분리해낸다.
도 115에 도시된 바와 같이 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 준비한다. 상기 보호필름(170)은 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 외부전극(150)은 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 음(-)의 전극에 연결되는 전극일 수 있으며, 이와 반대로 제1 외부전극(150)이 음(-)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)은 양(+)의 전극에 연결될 수도 있다. 보호필름(170)에는 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)이 구비되며, 보호필름(170)은 제1 외부전극(150) 또는 제2 외부전극(160)을 커버한다.
제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)은 도 88에 도시된 바와 같이 판형으로 구비된다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 전도성 금속 또는 전도성 금속합금으로 형성할 수 있다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 인쇄하고 열처리하여 형성하거나, 전기도금 등의 방법을 이용하는 등의 다양한 일반적인 방법으로 형성할 수 있으며, 전극을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 보호필름(170)에 접착제 등을 이용하여 접착시키는 등의 다양한 방법으로 보호필름(170) 상부에 형성할 수 있다.
도 115에 도시된 바와 같이 압전 세라믹 시트(110)가 순차적으로 적층된 형태를 이루는 제2 적층체(140b)의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)을 각각 접착시킨다. 본 발명의 실시예에서는 외부전극(150, 160)을 보호필름(170)에 형성시켜 제2 적층체(140b)에 접착시키는 방법을 예로 들어 설명하였지만, 제2 적층체(140b)에 스퍼터링이나 기타 방법에 의해서 외부전극(150, 160)을 형성시키고 보호필름(170)을 외부전극(150, 160)이 형성된 면에 별도로 접착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 제2 적층체(140b)의 일면과 마주하게 접착시키고, 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 제2 적층체(140b)의 일면과 마주보는 면에 마주하게 접착시킨다. 즉, 제1 외부전극(150)과 맞닿는 보호필름(170)의 면과 제2 외부전극(160)과 맞닿는 보호필름(170)의 면이 도 114에 도시된 제2 적층체(140b)의 X-Y 평면과 마주하게 접착시킨다. 이에 따라 제1 외부전극(150)이 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 되고, 제2 외부전극(160)이 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되어 내부전극(120)과 전기적으로 연결되게 된다. 상기 접착은 액상 에폭시가 사용될 수 있다. 액상 에폭시를 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170), 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170) 그리고 제2 적층체(140b)에 도포하고 소정 온도와 압력으로 압착 공정을 수행하여 내부에 형성된 보이드(void)를 제거한다. 상기 압착은 일축 방향(적층 방향)으로 압력을 가하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 액상 에폭시는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 도포할 수 있으며, 다른 방법으로는 전극이 형성된 부분 이외에 영역에 액상 에폭시를 도포하고 전극이 형성된 부분은 전도성 접착제를 도포할 수도 있다. 상기 전도성 접착제는 상업적으로 판매되고 있는 전도성의 접착제를 사용할 수 있다.
도 116은 제3 적층체(140c)를 보여주는 사시도이고, 도 117은 도 116의 C2-C2' 절단면을 보여주는 단면도이며, 도 118은 도 116의 D1-D1' 절단면을 보여주는 단면도이고, 도 119는 도 1116의 D2-D2' 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 117에 도시된 바와 같이 하나의 적층체 파이버(145a)에서 제1 외부전극(150)은 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열되고, 제2 외부전극(160)은 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)들과 접촉되게 배열된다. 제1 외부전극(150)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결되고, 제2 외부전극(160)과 내부전극(120)은 비아홀(180)을 통해 전기적으로 연결된다. 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 다른 열로 배열된다. 즉, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치된다. 예를들면, 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제1 외부전극(150)을 통해 양(+)의 전극이 인가되게 되고, 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120)에는 제2 외부전극(160)을 통해 음(-)의 전극이 인가되게 된다.
하나의 적층체 파이버(145a)에서 제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)(바람직하게는 짝수개의 내부전극(120a))은 도 116에 도시된 바와 같이 제2 방향(도 116에서 'Y' 방향)을 따라 서로 이격되어 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)(바람직하게는 짝수개의 내부전극(120a))은 일정 피치(pitch)로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 상기 복수의 내부전극(120a) 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 동일한 너비를 가질 수 있으나 너비가 서로 다를 수도 있음은 물론이다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비와 제1 내부전극과 이웃하는 제2 내부전극의 너비가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 크게 형성되거나, 제1 내부전극의 너비가 제2 내부전극의 너비 보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 내부전극과 제2 너비를 갖는 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 내부전극과 제2 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있을 수 있으나, 제1 내부전극과 제2 내부전극 간의 간격이 서로 다를 수도 있다.
또한, 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)의 배열구조는, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되고 제1 너비와 다른 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 배열되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극이 서로 교번하여 배열되어 있는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고, 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극도 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있으며, 제1 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격과 제2 너비를 갖는 복수의 내부전극 간의 간격이 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 균일한 전계 형성을 위해 주기적으로 배열되는 것이 바람직하다.
전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층된 적층체 파이버(145a)가 복수 개 결합되고 제1 외부전극(150)이 형성된 보호필름(170)과 제2 외부전극(160)이 형성된 보호필름(170)이 결합되어 형성된 제3 적층체(140c)의 양측면에는 복합소자의 보호를 위해 또는 외부전극(150, 160)과 내부전극(120a)의 보호를 위해 보호커버를 덮을 수도 있다. 상기 보호커버는 폴리이미드 등의 절연성 폴리머로 이루어질 수 있다.
이렇게 제조된 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자는, 전도성 재료로 충진된 비아홀(180)과 복수의 내부전극(120a)이 형성된 압전 세라믹 파이버(110a)가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체 파이버(145a)를 이루고, 상기 적층체 파이버(145a)가 복수 개 결합되어 제2 적층체(140b)를 이루며, 상기 제2 적층체(140b)에 제1 외부전극(150)과 제2 외부전극(160)이 결합되어 제3 적층체(140c)를 이루며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며, 상기 압전 세라믹 파이버(110a)는 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며, 상기 비아홀(180)은 내부전극의 하부에 구비되고, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고, 최하부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)과 최상부층의 압전 세라믹 시트(110)를 관통하는 비아홀(180)은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치며, 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)을 보호하기 위한 보호필름(170)이 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)의 외측에 구비되어 있다. 여기서, 외측이라 함은 적층체의 내부에서 외부로 향하는 방향을 의미한다. 상기 적층체 파이버(145a) 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층(130)이 구비되어 있을 수 있다. 압전 세라믹 파이버(110a)의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극(120a)은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 가질 수 있다. 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비될 수 있다. 상기 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 판형으로 구비된다. 제1 및 제2 외부전극(150, 160)은 복수 개의 적층체 파이버(145a)를 커버하는 형태로 구비된다. 적층체 파이버(145a) 사이에는 절연성 접착층(130)이 구비된다. 절연성 접착층(130)은 제1 방향과 제3 방향이 이루는 면에 대하여 평행하게 복수개 구비될 수 있다.
하나의 적층체 파이버(145a)에서 제1 외부전극(150)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열될 수 있고, 제2 외부전극(160)과 비아홀(180)을 통해 연결되는 내부전극(120a)들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있을 수 있다. 제1 외부전극(150)이 양(+)의 전극에 연결되고 제2 외부전극(160)이 음(-)의 전극에 연결되는 경우에, 양(+)의 전극이 홀수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 짝수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가되고 음(-)의 전극이 짝수번째 열에 배열된 내부전극(120a)들이나 홀수번째 열에 배열된 내부전극들(120a)에 교번하면서 인가된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
110: 압전 세라믹 시트
110a: 압전 세라믹 파이버
120, 120a: 내부전극
130: 에폭시층
140, 140a, 140b: 적층체
150: 제1 외부전극
160: 제2 외부전극
170: 보호필름
180: 비아홀
190: 보호커버

Claims (31)

  1. 삭제
  2. 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체를 이루고,
    상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며,
    상기 압전 세라믹 파이버는 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며,
    상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며,
    상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있으며,
    상기 제1 및 제2 외부전극을 보호하기 위한 보호필름이 상기 제1 및 제2 외부전극의 외측에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압전 세라믹 파이버 사이에 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 에폭시층이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자.
  4. 제2항에 있어서, 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치되어 있고 동일한 너비를 가진 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열되며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 구비되는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제2항에 있어서, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며,
    상기 제1 및 제2 외부전극은 압전 세라믹 파이버의 면적과 동일하게 구비되고,
    최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며,
    상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고,
    상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자.
  10. 제2항에 있어서, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면의 각각에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며,
    상기 제1 및 제2 외부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이격되게 배치되어 있으며,
    압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 구비된 제1 및 제2 외부전극의 전체 수가 동일하게 구비된 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자.
  11. 제2항에 있어서, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며,
    최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며,
    압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 및 제2 외부전극의 전체 수가 동일하게 구비되고,
    상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고,
    상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자.
  12. 제2항에 있어서, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며,
    상기 적층체에 제1 외부전극과 제2 외부전극이 결합되어 제2 적층체를 이루며,
    상기 제2 적층체가 제2 방향 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅되어 적층체 파이버를 이루고,
    상기 적층체 파이버가 복수 개 결합되어 제3 적층체를 이루며,
    상기 적층체 파이버의 사이에 절연성 접착층이 구비되어 있고,
    상기 제1 및 제2 외부전극은 압전 세라믹 파이버의 면적과 동일하게 구비되고,
    최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며,
    상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고,
    상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자.
  13. 제2항에 있어서, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체 파이버를 이루고,
    상기 적층체 파이버가 복수 개 결합되어 제2 적층체를 이루며,
    상기 제2 적층체에 제1 외부전극과 제2 외부전극이 결합되어 제3 적층체를 이루며,
    상기 적층체 파이버의 사이에 절연성 접착층이 구비되어 있고,
    상기 절연성 접착층은 제2 방향과 제3 방향이 이루는 면에 대하여 평행하게 복수개 구비되며,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 제3 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며,
    제1 및 제2 외부전극은 복수 개의 적층체 파이버를 커버하는 형태로 구비되고,
    최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며,
    상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고,
    상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자.
  14. 제2항에 있어서, 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층되어 적층체 파이버를 이루고,
    상기 적층체 파이버가 복수 개 결합되어 제2 적층체를 이루며,
    상기 제2 적층체에 제1 외부전극과 제2 외부전극이 결합되어 제3 적층체를 이루며,
    상기 적층체 파이버의 사이에 절연성 접착층이 구비되어 있고,
    상기 절연성 접착층은 제1 방향과 제3 방향이 이루는 면에 대하여 평행하게 복수개 구비되며,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 제3 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 구비되고,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 구비되며,
    제1 및 제2 외부전극은 복수 개의 적층체 파이버를 커버하는 형태로 구비되고,
    최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치하며,
    상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고,
    상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계;
    전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계;
    제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하거나 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계;
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 스택의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키는 단계; 및
    상기 보호필름이 접착된 결과물을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며,
    상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며,
    상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고,
    상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법.
  19. 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계;
    전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계;
    상기 스택을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계;
    제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하거나 제1 및 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계; 및
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 이와 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 상기 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며,
    상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며,
    상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며,
    상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고,
    상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법.
  20. 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계;
    전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계;
    제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계;
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 스택의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 스택의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키는 단계;
    상기 보호필름이 접착된 결과물을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 슬릿에 의해 구분되는 복수개의 적층체 파이버를 형성하는 단계; 및
    상기 슬릿 내에 절연성 접착제를 충진하여 상기 적층체 파이버 사이에 절연성 접착층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며,
    상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며,
    상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고,
    상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법.
  21. 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계;
    전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계;
    상기 스택을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계;
    상기 적층체의 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 슬릿에 의해 구분되는 복수개의 적층체 파이버를 형성하는 단계;
    상기 슬릿 내에 절연성 접착제를 충진하여 상기 적층체 파이버 사이에 절연성 접착층을 형성하는 단계;
    제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계; 및
    절연성 접착층에 의해 복수개의 적층체 파이버가 결합된 적층체에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키고 복수개의 적층체 파이버가 결합된 적층체에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 일면과 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며,
    상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며,
    상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며,
    상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고,
    상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법.
  22. 압전 세라믹 시트에 전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극을 형성하되, 상기 복수의 내부전극은 상기 비아홀과 연결되고 제1 방향으로 배향되며 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되게 형성하는 단계;
    전도성 재료로 충진된 비아홀과 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 시트를 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 복수 개의 층으로 적층하여 스택을 형성하는 단계;
    상기 스택을 제2 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 복수의 내부전극이 형성된 압전 세라믹 파이버가 복수 개의 층으로 적층된 형태의 적층체를 형성하는 단계;
    상기 적층체의 제1 및 제3 방향이 이루는 면을 따라 커팅하여 슬릿에 의해 구분되는 복수개의 적층체 파이버를 형성하는 단계;
    상기 슬릿 내에 절연성 접착제를 충진하여 상기 적층체 파이버 사이에 절연성 접착층을 형성하는 단계;
    제1 외부전극이 형성된 보호필름과 제2 외부전극이 형성된 보호필름을 준비하는 단계; 및
    절연성 접착층에 의해 복수개의 적층체 파이버가 결합된 적층체에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키고 복수개의 적층체 파이버가 결합된 적층체에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 일면과 마주보는 면에 제1 및 제2 외부전극이 접촉되게 보호필름을 접착시키는 단계를 포함하며,
    상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 제1 방향으로 배향되어 있고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 있으며,
    상기 압전 세라믹 파이버는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 적층되어 있으며,
    상기 비아홀은 내부전극의 하부에 구비되고,
    상기 제1 및 제2 외부전극은 비아홀을 통해 내부전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 및 제2 외부전극과 내부전극은 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법.
  23. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 스택을 형성하는 단계에서 유연성 및 내손상성을 개선시키고 접착을 위해 상기 압전 세라믹 시트 사이에 에폭시를 도포하여 애폭시층이 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법.
  24. 제18항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 복수의 내부전극은 일정 피치로 균일하게 이격 배치하고 동일한 너비를 갖게 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법.
  25. 제18항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제2 방향과 상기 제3 방향이 이루는 상기 적층체의 일면을 전체적으로 바라볼 때, 내부전극은 상기 제3 방향을 따라 열을 이루게 배열하며, 상기 열은 압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 동일하게 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 하고,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 하며,
    상기 제1 및 제2 외부전극은 압전 세라믹 파이버의 면적과 동일하게 하고,
    최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치시키며,
    상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되게 하고,
    상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되게 한 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법.
  29. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 제1 및 제2 외부전극은 제1 방향으로 배향하고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이격되게 배치하며,
    압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 접촉되는 제1 및 제2 외부전극의 전체 수를 동일하게 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법.
  30. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면에 제1 외부전극이 접촉되게 하고,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 상기 적층체의 일면과 마주보는 면에 제2 외부전극이 접촉되게 하며,
    최하부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀과 최상부층의 압전 세라믹 시트를 관통하는 비아홀은 서로 교번되면서 서로 다른 열에 위치시키며,
    압전 세라믹 파이버의 한 개 층에 구비된 내부전극의 수와 상기 제1 및 제2 외부전극의 전체 수가 동일하게 하고,
    상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되게 하고,
    상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되게 한 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법.
  31. 제20항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 홀수번째 열이나 짝수번째 열에 교번하면서 배열되고,
    상기 제2 외부전극과 비아홀을 통해 연결되는 내부전극들은 짝수번째 열이나 홀수번째 열에 교번하면서 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹 파이버 적층형 복합소자의 제조방법.
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