KR101553254B1 - 압전 액츄에이터, 압전 진동 장치 및 휴대 단말 - Google Patents
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Abstract
[과제] 도전성 입자와 표면 전극 사이에 간극이 생겨 스파크가 발생하는 것을 억제한 압전 액츄에이터, 압전 진동 장치 및 휴대 단말을 제공한다.
[해결 수단] 본 발명의 압전 액츄에이터는 내부 전극(2) 및 압전체층(3)이 적층된 적층체(4)와, 적층체(4)의 적어도 한쪽 주면에 내부 전극과 전기적으로 접속된 표면 전극(5)과, 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제(7)를 통해 한쪽 주면에 일부가 접합되고 표면 전극(5)과 전기적으로 접속된 배선 도체(61)를 구비한 플렉서블 배선 기판(6)을 포함하고, 표면 전극(5)에 있어서의 이방성 도전 접착제(7)와의 접합 영역에는 돌기(50)가 있는 것을 특징으로 한다.
[해결 수단] 본 발명의 압전 액츄에이터는 내부 전극(2) 및 압전체층(3)이 적층된 적층체(4)와, 적층체(4)의 적어도 한쪽 주면에 내부 전극과 전기적으로 접속된 표면 전극(5)과, 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제(7)를 통해 한쪽 주면에 일부가 접합되고 표면 전극(5)과 전기적으로 접속된 배선 도체(61)를 구비한 플렉서블 배선 기판(6)을 포함하고, 표면 전극(5)에 있어서의 이방성 도전 접착제(7)와의 접합 영역에는 돌기(50)가 있는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 압전 진동 장치, 휴대 단말에 적합한 압전 액츄에이터, 압전 진동 장치 및 휴대 단말에 관한 것이다.
압전 액츄에이터로서, 내부 전극 및 압전체층이 적층된 적층체와, 이 적층체의 적어도 한쪽 주면에 내부 전극과 전기적으로 접속된 표면 전극과, 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제를 통해 한쪽 주면에 일부가 접합되고 표면 전극과 전기적으로 접속된 배선 도체를 구비한 플렉서블 배선 기판을 포함하는 구성이 알려져 있다. 또한, 상기 구성에 있어서 표면 전극은 평활한 것이다.
여기에서, 도전성 입자에는 반복 응력이 가해져서 부하가 걸린다. 특히, 진동이나 온도차가 심한 환경 하에서 사용하면 도전성 입자와 표면 전극 사이에 간극이 생겨 스파크가 발생할 우려가 있다. 그 결과, 접합부의 저항값이 증가하여 압전 액츄에이터를 구성하는 적층체의 변위량이 저하해 버릴 우려가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 도전성 입자와 표면 전극 사이에 간극이 생겨 스파크가 발생하는 것을 억제한 압전 액츄에이터, 압전 진동 장치 및 휴대 단말을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 압전 액츄에이터는 내부 전극 및 압전체층이 적층된 적층체와, 상기 적층체의 적어도 한쪽 주면에 상기 내부 전극과 전기적으로 접속된 표면 전극과, 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제를 통해 상기 한쪽 주면에 일부가 접합되고 상기 표면 전극과 전기적으로 접속된 배선 도체를 구비한 플렉서블 배선 기판을 포함하고, 상기 표면 전극에 있어서의 상기 이방성 도전 접착제와의 접합 영역에는 돌기 또는 오목부를 갖고 있다.
또한, 본 발명의 압전 진동 장치는 상기 압전 액츄에이터와 상기 압전 소자의 상기 다른쪽 주면에 접합된 진동판을 갖고 있다.
또한, 본 발명의 휴대 단말은 상기 압전 액츄에이터와, 전자 회로와, 디스플레이와, 하우징을 갖고 있고, 상기 압전 액츄에이터의 다른쪽 주면이 상기 디스플레이 또는 상기 하우징에 접합되어 있다.
(발명의 효과)
본 발명에 따르면, 진동이나 온도차가 심한 환경 하에서 사용해도 이방성 도전 접착제에 포함되는 도전성 입자에 돌기가 파고 들어가거나 또는 도전성 접착제가 오목부에 인입되어 있기 때문에, 구동에 의해 적층체가 신축 또는 굴곡 진동하여도 접합 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 도전성 입자와 표면 전극 사이에 간극이 생겨 스파크가 발생하는 것을 억제하고, 결과적으로 적층체의 변위량이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
도 1의 (a)부분은 본 발명의 압전 액츄에이터의 실시형태의 일례를 도시하는 개략 사시도이며, (b)부분은 (a)부분에 도시하는 A-A선으로 절단한 개략 단면도이며, (c)부분은 (a)부분에 도시하는 B-B선으로 절단한 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 압전 진동 장치의 실시형태의 일례를 모식적으로 도시하는 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명의 휴대 단말의 실시형태의 일례를 모식적으로 도시하는 개략 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 A-A선으로 절단한 개략 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시하는 B-B선으로 절단한 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 압전 진동 장치의 실시형태의 일례를 모식적으로 도시하는 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명의 휴대 단말의 실시형태의 일례를 모식적으로 도시하는 개략 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 A-A선으로 절단한 개략 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시하는 B-B선으로 절단한 개략 단면도이다.
본 발명의 압전 액츄에이터의 실시형태의 일례에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1(a)는 본 발명의 압전 액츄에이터의 실시형태의 일례를 도시하는 개략 사시도이며, 도 1(b)는 도 1(a)에 도시하는 A-A선으로 절단한 개략 단면도이며, 도 1(c)는 도 1(a)에 도시하는 B-B선으로 절단한 개략 단면도이다.
도 1에 도시하는 압전 액츄에이터(1)는 내부 전극(2) 및 압전체층(3)이 적층된 적층체(4)와, 적층체(4)의 적어도 한쪽 주면에 내부 전극과 전기적으로 접속된 표면 전극(5)과, 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제(7)를 통해 한쪽 주면에 일부가 접합되고 표면 전극(5)과 전기적으로 접속된 배선 도체(61)를 구비한 플렉서블 배선 기판(6)을 포함하고, 표면 전극(5)에 있어서의 이방성 도전 접착제(7)와의 접합 영역에는 돌기(50)가 있다.
압전 소자(10)를 구성하는 적층체(4)는 내부 전극(2) 및 압전체층(3)이 적층 되어 이루어진 것이며, 복수의 내부 전극(2)이 적층 방향으로 겹치는 활성부와 그 이외의 불활성부를 갖고, 예를 들면 장척상으로 형성되어 있다. 휴대 단말의 디스플레이 또는 하우징에 장착하는 압전 액츄에이터의 경우에는, 적층체(4)의 길이로서는 예를 들면 18mm∼28mm가 바람직하고, 22mm∼25mm가 더욱 바람직하다. 적층체(4)의 폭은 예를 들면 1mm∼6mm가 바람직하고, 3mm∼4mm가 더욱 바람직하다. 적층체(4)의 두께는 예를 들면 0.2mm∼1.0mm가 바람직하고, 0.4mm∼0.8mm가 더욱 바람직하다.
적층체(4)를 구성하는 내부 전극(2)은 압전체층(3)을 형성하는 세라믹스와 동시 소성에 의해 형성된 것이며, 제 1 극(21) 및 제 2 극(22)으로 이루어진다. 예를 들면, 제 1 극(21)이 그라운드극이 되고, 제 2 극(22)이 정극 또는 부극이 된다. 압전체층(3)과 교대로 적층되어 압전체층(3)을 상하로부터 끼워져 있고, 적층순으로 제 1 극(21) 및 제 2 극(22)이 배치됨으로써 그것들 사이에 끼워진 압전체층(3)에 구동 전압을 인가하는 것이다. 내부 전극(2)의 형성 재료로서는, 예를 들면 압전체층(3)을 형성하는 세라믹스와의 반응성이 낮은 은이나 은-팔라듐 합금을 주성분으로 하는 도체, 또는 구리, 백금 등을 포함하는 도체를 사용할 수 있지만, 이것들에 세라믹 성분이나 유리 성분을 함유시켜도 좋다.
도 1에 도시하는 예에서는 제 1 극(21) 및 제 2 극(22)의 단부가 각각 적층체(4)의 대향하는 한 쌍의 측면에 번갈아 도출되어 있다. 휴대 단말의 디스플레이 또는 하우징에 장착하는 압전 액츄에이터의 경우에는, 내부 전극(2)의 길이는 예를 들면 17mm∼25mm가 바람직하고, 21mm∼24mm가 더욱 바람직하다. 내부 전극(2)의 폭은 예를 들면 1mm∼5mm가 바람직하고, 2mm∼4mm가 더욱 바람직하다. 내부 전극(2)의 두께는 예를 들면 0.1∼5㎛이 바람직하다.
적층체(4)를 구성하는 압전체층(3)은 압전 특성을 갖는 세라믹스로 형성된 것이며, 이와 같은 세라믹스로서, 예를 들면 티탄산 지르콘산 납(PbZrO3-PbTiO3)으로 이루어지는 페로브스카이트형 산화물, 니오븀산 리튬(LiNbO3), 탄탈산 리튬(LiTaO3) 등을 사용할 수 있다. 압전체층(3)의 1층의 두께는 저전압으로 구동시키기 위해, 예를 들면 0.01∼0.1mm로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 큰 굴곡 진동을 얻기 위해, 200pm/V이상의 압전 정수(d31)를 갖는 것이 바람직하다.
적층체(4)의 한쪽 주면에는 내부 전극(2)과 전기적으로 접속된 표면 전극(5)이 설치되어 있다. 도 1에 도시하는 형태에 있어서의 표면 전극(5)은 큰 면적의 제 1 표면 전극(51), 작은 면적의 제 2 표면 전극(52) 및 제 3 표면 전극(53)으로 구성되어 있다. 예를 들면, 제 1 표면 전극(51)은 제 1 극(21)이 되는 내부 전극(2)과 전기적으로 접속되고, 제 2 표면 전극(52)은 예를 들면 한쪽 주면측에 배치된 제 2 극(22)이 되는 내부 전극(2), 제 3 표면 전극(53)은 예를 들면 다른쪽 주면측에 배치된 제 2 극(22)이 되는 내부 전극(2)과 전기적으로 접속되어 있다. 휴대 단말의 디스플레이 또는 하우징에 장착하는 압전 액츄에이터의 경우에는, 제 1 표면 전극(51)의 길이는 예를 들면 17mm∼23mm가 바람직하고, 19mm∼21mm가 더욱 바람직하다. 제 1 표면 전극(51)의 폭은 예를 들면 1mm∼5mm가 바람직하고, 2mm∼4mm가 더욱 바람직하다. 제 2 표면 전극(52) 및 제 3 표면 전극(53)의 길이는 예를 들면 1mm∼3mm가 바람직하다. 제 2 표면 전극(52) 및 제 3 표면 전극(53)의 폭은 예를 들면 0.5mm∼1.5mm가 바람직하다.
또한, 압전 액츄에이터(1)는 압전 소자(10)를 구성하는 적층체(4)의 한쪽 주면에 이방성 도전 접착제(7)를 통해 일부가 접합된 플렉서블 기판(6)을 갖고 있다.
이 플렉서블 기판(6)은 배선 도체(61)를 구비하고, 이방성 도전 접착제(7)를 통해 표면 전극(5)과 배선 도체(61)가 전기적으로 접속되도록, 플렉서블 기판(6)의 일부가 적층체(4)의 한쪽 주면에 접합되어 있다.
플렉서블 기판(6)은 예를 들면 수지 필름 중에 2개의 배선 도체(61)가 매설된 플렉서블·프린트 배선 기판이며, 한쪽 끝에는 외부 회로와 접속하기 위한 커넥터(도시 생략)가 접속되어 있다.
도면에 도시하는 플렉서블 기판(6)의 구조는 베이스 필름(62)에 배선 도체(61)를 접합하고, 또한 커버 필름(63)을 접한한 3층 구조이지만, 압전 소자(10)와의 접합부 및 그 근방은 커버 필름(63)이 형성되어 있지 않은 상태로 되어 있다. 또한, 압전 소자(10)와의 접합부 근방이 커버 필름(63)이 형성되어 있지 않은 상태인 것은 플렉서블 기판(6)과 압전 소자(10)의 접합의 조립 정밀도를 고려하여 만일 위치가 약간 어긋난 경우라도 커버 필름(63)이 배선 도체(61)와 표면 전극[제 1 표면 전극(51), 제 2 표면 전극(52)] 사이로 들어가서 이것들의 전기적 접속을 방해하지 않도록 하기 위함이다.
이방성 도전 접착제(7)로서는 예를 들면 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지 또는 합성 고무 등의 탄성율(영률)이 낮은 수지(71) 중에 금, 구리, 니켈 등으로 이루어지는 도전성 입자(72), 또는 수지로 이루어지는 입자 본체의 표면에 금속막이 설치된 도전성 입자(72)(예를 들면 금도금한 수지 볼 등으로 이루어지는 도전성 입자)를 분산시켜 이루어진 것이다. 이 이방성 도전 접착제(7)는 두께 방향으로는 도통이 유지되고, 면내 방향으로는 절연이 유지되기 때문에, 협피치의 배선에 있어서도 이극의 표면 전극 사이에서 전기적으로 쇼트될 일이 없고, 플렉서블 기판(6)과의 접속부를 콤팩트하게 할 수 있다. 도전성 입자(72)의 크기로서는 예를 들면 입자 직경(구형이 아닐 경우는 최대 직경)이 5∼100㎛이다. 또한, 압전 소자(10)의 주면의 면방향을 따르는 이웃하는 도전성 입자(72)끼리의 간격은 0∼500㎛이다.
또한, 도 1(b) 및 도 1(c)에서는 이방성 도전 접착제(7)의 끝[도 1(b) 및 도 1(c)에 있어서의 좌단]은 표면 전극(5)의 끝[도 1(b) 및 도 1(c)에 있어서의 좌단]과 일치하고 있지만, 커버 필름(63) 측으로 연장되어 있어도 좋고, 또한 압전 소자(10)의 코너부로부터 커버 필름(63)까지 연장되어 있어도 좋다. 이것에 의해, 이방성 도전 접착제(7)가 배선 도체(61)를 보호하는 기능을 갖고, 코너부와의 마찰에 의한 배선 도체(61)의 손상을 방지할 수 있다.
그리고, 표면 전극(5)에 있어서의 이방성 도전 접착제(7)와의 접합 영역에는 돌기(50)가 있다. 바람직하게는 돌기(50)는 표면 전극(5)에 있어서의 이방성 도전 접착제(7)와의 접합 영역의 소망 영역에 똑같이 분산된 상태로 형성되어 있다. 돌기(50)의 높이로서는 예를 들면 1∼30㎛, 돌기(50)의 단면으로 본 폭으로서는 예를 들면 1∼50㎛이다. 또한, 도시하지 않지만, 돌기(50) 대신에 오목부가 형성되어 있어도 좋고, 이 경우의 오목부의 깊이로서는 예를 들면 0.5㎛로부터 표면 전극(5)의 두께 정도까지의 범위, 오목부의 단면으로 본 폭으로서는 예를 들면 1∼50㎛이다. 바람직하게는 돌기(50)의 정점으로부터 오목부의 바닥(최하점)까지의 거리는 표면 전극(5)의 단면을 보았을 때의 임의의 시야에 있어서의 최대 두께의 10% 이상의 값인 것이 좋다.
이와 같은 구성인 것에 의해, 진동이나 온도차가 심한 환경 하에서 사용해도 이방성 도전 접착제(7)에 포함되는 도전성 입자(72)에 돌기(50)가 파고 들어가거나 또는 도전성 입자(72)가 오목부에 인입되어 있기 때문에, 구동에 의해 적층체(4)가 신축 또는 굴곡 진동해도 접합 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 도전성 입자(72)와 표면 전극(5) 사이에 간극이 생겨서 스파크가 발생하는 것을 억제하고, 결과적으로 적층체(4)의 변위량이 안정된다.
여기에서, 돌기(50) 또는 오목부가 이방성 도전 접착제(7)에 포함되는 도전성 입자(72)보다 작은 것이 바람직하다. 환언하면, 도전성 입자(72)의 크기가 앞서 설명한 돌기(50) 또는 오목부의 치수보다 큰 것이 바람직하다. 돌기(50)가 도전성 입자(72)보다 크면 돌기(50)의 높이가 도전성 입자(72)의 높이보다 높아져서 도전성 입자(72)에 의한 배선 도체(61)와 표면 전극(5)의 접속을 저해할 우려가 있지만, 돌기(50)가 도전성 입자(72)보다 작으면 도전성 입자(72)의 탄성이 발휘되어 안정된 접속을 얻을 수 있다. 그 결과, 보다 스파크도 발생하지 않고, 변위량이 안정된다.
또한, 표면 전극(5)에 있어서의 이방성 도전 접착제(7)와의 접합 영역에는 돌기(50) 및 오목부의 양쪽이 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 오목부에 도전성 입자(72)가 끼워져 접합 상태가 안정됨과 아울러, 돌기(50) 및 오목부(요철)에서 피크와 보텀의 차가 생겨 도전성 입자(72)에 파고 들어가는 양이 증가한다. 따라서, 표면 전극(5)과 도전성 입자(72)의 밀착이 양호해져 보다 스파크도 생기지 않고, 변위량이 안정된다.
또한, 돌기(50) 또는 오목부가 이방성 도전 접착제(7)를 통해 배선 도체(61)와 대향하는 대향 영역에 있는 것이 바람직하고, 이것에 의해 배선 도체(61)의 두께 만큼 돌출되어 있으므로, 접합시에 이방성 도전 접착제(7)가 강하게 가압되어 도전성 입자(72)에 돌기(50)가 파고 들어가기 쉬워져 위치가 안정되고 또한 밀착이 양호해진다.
또한, 돌기(50)의 측면에 접하도록 배치된 도전성 입자(72)를 갖고 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 전류의 패스[도전성 입자(72)와 표면 전극(5)의 접촉 면적]가 증가하여 저항값이 낮아지므로 온도 상승이 억제된다. 따라서, 안정된 전기적 접속이 얻어짐과 아울러 응력 분산에 의한 박리 억제 효과가 향상된다.
또한, 도전성 입자(72)는 표면 전극(5)과 배선 도체(61)에 끼워져 찌부러져 있는 것이 바람직하다. 예를 들면 돌기(50)의 높이 만큼 더 찌부러져서 전류의 패스[도전성 입자(72)와 표면 전극(5) 및 배선 도체(61)의 접촉 면적]가 늘어나므로, 더욱 신뢰성이 향상된다.
또한, 돌기(50)는 배선 도체(61)와 대향하지 않는 영역에도 있는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 플렉서블 기판(6)의 배선 도체(61)의 패턴 이외의 영역(수지 표면)에 돌기(50)가 도전성 입자(72)를 밀어 올려서 플렉서블 기판(6) 전체와의 밀착성이 좋아진다.
또한, 돌기(50)의 주성분이 은일 경우에는, 은은 부드럽기 때문에 접촉 면적이 증가함과 아울러 접촉면에 손상을 주지 않고, 응력이 걸려도 변형되어 응력을 완화할 수 있다. 한편, 돌기(50)의 주성분이 니켈일 경우에는, 니켈은 딱딱하기 때문에 도전성 입자(72)에 꽂혀서 앵커로 된다. 또한, 표면 전극(5)에 도금이 실시되는 경우의 도금과의 친화성이 좋아진다.
또한, 도전성 입자(72)는 수지로 이루어지는 입자 본체의 표면에 금속막이 설치된 구성인 것이 바람직하다. 예를 들면, 입자 본체는 예를 들면 탄성율(영률)이 높은 아크릴 수지, 이미드 수지, 아미드 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지 등의 수지로 이루어지는 것이다. 또한, 입자 본체의 표면에 피복된 금속막은 예를 들면 Au 도금막 등이다. 이것에 의해, 금속으로 이루어지는 입자와 비교하여 저응력으로 탄성 변형되기 때문에 안정된 접속이 얻어진다. 또한, 입자 본체의 표면에 피복된 금속막이 전기적인 접합에 기여하여 빙점 하에서도 연성이 풍부하기 때문에 취화 등의 열화로 이어지는 것을 억제할 수 있다.
이어서, 본 실시형태의 압전 액츄에이터(1)의 제조 방법에 대해 설명한다.
우선, 압전체층(3)이 되는 세라믹 그린 시트를 제작한다. 구체적으로는 압전 세라믹스의 하소 분말과, 아크릴계, 부티랄계 등의 유기 고분자로 이루어지는 바인더와, 가소제를 혼합하여 세라믹 슬러리를 제작한다. 그리고, 닥터 블레이드법, 캘린더 롤법 등의 테이프 성형법을 사용함으로써, 이 세라믹 슬러리를 사용하여 세라믹 그린 시트를 제작한다. 압전 세라믹스로서는 압전 특성을 갖는 것이면 좋고, 예를 들면 티탄산 지르콘산 납(PbZrO3-PbTiO3)으로 이루어지는 페로브스카이트형 산화물 등을 사용할 수 있다. 또한, 가소제로서는 프탈산 디부틸(DBP), 프탈산 디옥틸(DOP) 등을 사용할 수 있다.
이어서, 내부 전극(2)이 되는 도전성 페이스트를 제작한다. 구체적으로는 은-팔라듐 합금의 금속 분말에 바인더 및 가소제를 첨가 혼합함으로써 도전성 페이스트를 제작한다. 이 도전성 페이스트를 상기 세라믹 그린 시트 상에 스크린 인쇄법을 사용하여 내부 전극(2)의 패턴으로 도포한다. 또한, 이 도전성 페이스트가 인쇄된 세라믹 그린 시트를 복수장 적층하고, 소정의 온도로 탈바인더 처리를 행한 후, 900∼1200℃의 온도로 소성하고, 평면 연삭반 등을 사용하여 소정의 형상으로 되도록 연삭 처리를 실시함으로써 교대로 적층된 내부 전극(2) 및 압전체층(3)을 구비한 적층체(4)를 제작한다.
적층체(4)는 상기 제조 방법에 의해 제작되는 것에 한정되는 것은 아니고, 내부 전극(2)과 압전체층(3)을 복수 적층하여 이루어지는 적층체(4)를 제작할 수 있으면 어떠한 제조 방법에 의해 제작되어도 좋다.
그 후, 은을 주성분으로 하는 도전성 입자와 유리를 혼합한 것에 바인더, 가소제 및 용제를 첨가하여 제작한 은 유리 함유 도전성 페이스트를 표면 전극(5)의 패턴으로 적층체(4)의 주면 및 측면에 스크린 인쇄법 등에 의해 인쇄하여 건조시킨 후, 650∼750℃의 온도에서 베이킹 처리를 행하여 표면 전극(5)을 형성한다.
또한, 표면 전극(5)과 내부 전극(2)을 전기적으로 접속할 경우, 압전체층(3)을 관통하는 비아(via)를 형성하여 접속해도 좋고, 적층체(4)의 측면에 측면 전극을 형성해도 좋으며, 어떠한 제조 방법에 의해 제작되어도 좋다.
여기에서, 표면 전극(5)에 돌기(50) 또는 오목부가 있는 구성으로 하기 위해서는, 예를 들면 의도적으로 응집립을 포함하도록 점도 조정한 도전성 페이스트를 사용하여 인쇄 조건을 조정하면 좋다.
또한, 의도적으로 입도 분포에 복수의 피크를 가진 원료 분말을 사용한 도전성 페이스트를 제작하여 인쇄해도 좋다. 특히, 입경이 작은 입자가 응집하여 큰 입자가 되도록, 분말의 상태로 일단 100℃ 이상의 가열 처리를 행한 후 냉각한 것을 사용하여 페이스트를 제작하는 것이 좋다. 큰 응집립이 있는 부분이 돌기(50)가 된다. 또한, 응집립이 많아지면, 응집립 사이의 부분이 오목부가 된다.
그리고, 상술한 점도 조정 및 인쇄 조정에 의해, 돌기(50) 또는 오목부가 이방성 도전 접착제(7)에 포함되는 도전성 입자(72)보다 작아지도록 하거나, 돌기(50) 또는 오목부의 형성 영역을 특정하거나 하는 것이 가능하다.
또한, 도전성 입자(72)가 표면 전극(5)과 배선 도체(61)에 협지되어 찌부러져 있는 구성으로 하기 위해서는, 압전 소자(10)와 플렉서블 기판을 접합할 때에 가열하는 온도나 가압하는 압력을 조정하면 좋다.
이어서, 이방성 도전 접착제(7)를 사용하여 플렉서블 기판(6)을 압전 소자(10)에 접속 고정(접합)한다.
우선, 압전 소자(10)의 소정의 위치에 이방성 도전 접착제용 페이스트를 스크린 인쇄 등의 방법을 사용하여 도포 형성한다. 그 후, 플렉서블 기판(6)을 접촉시킨 상태에서 이방성 도전 접착제용 페이스트를 경화시킴으로써 플렉서블 기판(6)을 압전 소자(10)에 접속 고정한다. 또한, 이방성 도전 접착제용 페이스트는 플렉서블 기판(6) 측에 도포 형성해 두어도 좋다.
이방성 도전 접착제(7)를 구성하는 수지가 열가소성 수지로 이루어질 경우는 이방성 도전 접착제(7)를 압전 소자(10) 또는 플렉서블 기판(6)의 소정의 위치에 도포 형성한 후, 압전 소자(10)와 플렉서블 기판(6)을 이방성 도전 접착제(7)를 통해 접촉시킨 상태에서 가열 가압함으로써 열가소성 수지가 연화 유동되고, 그 후 상온으로 복귀시킴으로써 다시 열가소성 수지가 경화되어 플렉서블 기판(6)이 압전 소자(10)에 접속 고정된다.
또한, 앞선 설명에서는 이방성 도전 접착제(7)를 압전 소자(10) 또는 플렉서블 기판(6)에 도포 형성하는 방법을 나타냈지만, 미리 시트 형상으로 형성된 이방성 도전 접착제(7)의 시트를 압전 소자(10)와 플렉서블 기판(6) 사이에 끼운 상태로 가열 가압하여 접합해도 좋다.
이어서, 본 예의 압전 진동 장치에 대해 설명한다. 본 예의 압전 진동 장치는 도 2에 도시하는 바와 같이, 압전 액츄에이터(1)와, 압전 액츄에이터(1)의 다른쪽 주면에 접합된 진동판(81)을 갖는 것이다.
진동판(81)은 직사각형의 박판상의 형상을 갖고 있다. 진동판(81)은 아크릴 수지나 유리 등의 강성 및 탄성이 큰 재료를 적절히 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 진동판(81)의 두께는 예를 들면 0.4mm∼1.5mm로 설정된다.
진동판(81)은 압전 액츄에이터(1)의 다른쪽 주면에 접합 부재(82)를 통해 장착되어 있다. 접합 부재(82)를 통해 진동판(81)에 다른쪽 주면의 전체면이 접합되어 있어도 좋고, 대략 전체면이 접합되어 있어도 좋다.
접합 부재(82)는 필름상의 형상을 갖고 있다. 또한, 접합 부재(82)는 진동판(81)보다 부드럽고 변형되기 쉬운 것으로 형성되고 있고, 진동판(81)보다 영률, 강성율, 체적 탄성율 등의 탄성율이나 강성이 작다. 즉, 접합 부재(82)는 변형 가능하며, 동일한 힘이 가해졌을 때에 진동판(81)보다 크게 변형한다. 그리고, 접합 부재(82)의 한쪽 주면(도면의 +z방향측의 주면)에는 압전 액츄에이터(1)의 다른쪽 주면(도면의 -z방향측의 주면)이 전체적으로 고착되고, 접합 부재(82)의 다른쪽 주면(도면의 -z방향측의 주면)에는 진동판(81)의 한쪽 주면(도면의 +z방향측의 주면)의 일부가 고착되어 있다.
접합 부재(82)는 단일의 것이라도 몇개의 부재로 이루어지는 복합체라도 관계없다. 이와 같은 접합 부재(82)로서는 예를 들면, 부직포 등으로 이루어지는 기재의 양면에 점착제가 부착된 양면 테이프나, 탄성을 갖는 접착제인 각종 탄성 접착제 등을 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 접합 부재(82)의 두께는 압전 액츄에이터(1)의 굴곡 진동의 진폭보다 큰 것이 바람직하지만, 지나치게 두꺼우면 진동이 감쇄되므로, 예를 들면, 0.1mm∼0.6mm로 설정된다. 단, 본 발명의 압전 진동 장치에 있어서는 접합 부재(82)의 재질에 한정은 없고, 접합 부재(82)가 진동판(81)보다 단단하며 변형되기 어려운 것으로 형성되어 있어도 관계없다. 또한, 경우에 따라서는 접합 부재(82)를 갖지 않는 구성이라도 관계없다.
이와 같은 구성을 구비하는 본 예의 압전 진동 장치는 전기 신호를 부가함으로써 압전 액츄에이터(1)를 굴곡 진동시키고, 그에 따라 진동판(81)을 진동시키는 압전 진동 장치로서 기능한다. 또한, 진동판(81)의 길이 방향에 있어서의 다른쪽 단부(도면의 -y방향 단부)나 진동판(81)의 둘레 가장자리부 등을 도시하지 않는 지지 부재에 의해 지지해도 관계없다.
본 예의 압전 진동 장치는 불필요한 진동의 발생이 저감된 압전 액츄에이터(1)를 사용하여 구성되어 있기 때문에, 불필요한 진동의 발생이 저감된 압전 진동 장치로 할 수 있다.
또한, 본 예의 압전 진동 장치는 압전 액츄에이터(1)의 평탄한 다른쪽 주면에 진동판(81)이 접합되어 있다. 이것에 의해, 압전 액츄에이터(1)와 진동판(81)이 강고하게 접합된 압전 진동 장치로 할 수 있다. 또한, 진동을 가하는 대상물[진동판(81)]과 일체로 되어 굴곡 진동을 일으키기 쉬워져 전체로서 굴곡 진동의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 예의 휴대 단말에 대해 설명한다. 본 예의 휴대 단말은 도 3∼도 5에 도시하는 바와 같이, 압전 액츄에이터(1)와, 전자 회로(도시 생략)와, 디스플레이(91)와, 하우징(92)을 갖고 있고, 압전 액츄에이터(1)의 다른쪽 주면이 하우징(92)에 접합된 것이다. 또한, 도 3은 본 발명의 휴대 단말을 모식적으로 도시하는 개략 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시하는 A-A선으로 절단한 개략 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시하는 B-B선으로 절단한 개략 단면도이다. 이것에 의해, 진동을 가하는 대상물[하우징(92)]과 일체로 되어 굴곡 진동을 일으키기 쉬워져 전체로서 굴곡 진동의 효율을 향상시킬 수 있다.
여기에서, 압전 액츄에이터(1)와 하우징(92)이 변형 가능한 접합 부재를 사용하여 접합되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 도 4 및 도 5에 있어서는 접합 부재(82)가 변형 가능한 접합 부재이다.
변형 가능한 접합 부재(82)로 압전 액츄에이터(1)와 하우징(92)을 접합함으로써, 압전 액츄에이터(1)로부터 진동이 전달될 때에, 변형 가능한 접합 부재(82)가 하우징(92)보다 크게 변형된다.
이 때, 하우징(92)으로부터 반사되는 역위상의 진동을 변형 가능한 접합 부재(82)에서 완화할 수 있으므로, 압전 액츄에이터(1)가 주위의 진동의 영향을 받지 않고 하우징(92)에 강한 진동을 전달시킬 수 있다.
그 중에서도, 접합 부재(82)의 적어도 일부가 점탄성체로 구성되어 있음으로써 압전 액츄에이터(1)로부터의 강한 진동을 하우징(92)에 전달하는 한편, 하우징(92)으로부터 반사되는 약한 진동을 접합 부재(82)가 흡수할 수 있는 점에서 바람직하다. 예를 들면, 부직포 등으로 이루어지는 기재의 양면에 점착제가 부착된 양면 테이프나, 탄성을 갖는 접착제를 포함하는 구성의 접합 부재를 사용할 수 있고, 이것들의 두께로서는 예를 들면 10㎛∼2000㎛의 것을 사용할 수 있다.
그리고, 본 예에서는 압전 액츄에이터(1)는 디스플레이(91)의 커버가 되는 하우징(92)의 일부에 장착되고, 이 하우징(92)의 일부가 진동판(922)으로서 기능하도록 되어 있다.
또한, 본 예에서는 압전 액츄에이터(1)가 하우징(92)에 접합된 것을 도시하지만, 압전 액츄에이터(1)가 디스플레이(91)에 접합되어 있어도 좋다.
하우징(92)은 1개의 면이 개구된 박스형의 하우징 본체(921)와, 하우징 본체(921)의 개구를 폐쇄하는 진동판(922)을 갖고 있다. 이 하우징(92)[하우징 본체(921) 및 진동판(922)]은 강성 및 탄성율이 큰 합성 수지 등의 재료를 적절히 사용하여 형성할 수 있다.
진동판(922)의 둘레 가장자리부는 하우징 본체(921)에 접합재(93)를 통해 진동 가능하게 장착되어 있다. 접합재(93)는 진동판(922)보다 부드럽고 변형되기 쉬운 것으로 형성되고 있고, 진동판(922)보다 영률, 강성율, 체적 탄성율 등의 탄성율이나 강성이 작다. 즉, 접합재(93)는 변형 가능하여, 동일한 힘이 가해졌을 때에 진동판(922)보다 크게 변형된다.
접합재(93)는 단일의 것이라도, 몇개의 부재로 이루어지는 복합체라도 관계없다. 이와 같은 접합재(93)로서는 예를 들면 부직포 등으로 이루어지는 기재의 양면에 점착제가 부착된 양면 테이프 등을 적합하게 사용할 수 있다. 접합재(93)의 두께는 지나치게 두꺼워져 진동이 감쇄되지 않도록 설정되어 있고, 예를 들면 0.1mm∼0.6mm로 설정된다. 단, 본 발명의 휴대 단말에 있어서는 접합재(93)의 재질에 한정은 없고, 접합재(93)가 진동판(922)보다 단단하며 변형되기 어려운 것으로 형성되어 있어도 관계없다. 또한, 경우에 따라서는 접합재(93)를 갖지 않는 구성이라도 관계없다.
전자 회로(도시 생략)로서는 예를 들면, 디스플레이(91)에 표시시키는 화상 정보나 휴대 단말에 의해 전달하는 음성 정보를 처리하는 회로나, 통신 회로 등을 예시할 수 있다. 이들 회로 중 적어도 하나라도 좋고, 모든 회로가 포함되어 있어도 관계없다. 또한, 다른 기능을 갖는 회로라도 좋다. 또한, 복수의 전자 회로를 갖고 있어도 관계없다. 또한, 전자 회로와 압전 액츄에이터(1)는 도시하지 않는 접속용 배선으로 접속되어 있다.
디스플레이(91)는 화상 정보를 표시하는 기능을 갖는 표시 장치이며, 예를 들면, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 및 유기 EL 디스플레이 등의 기지의 디스플레이를 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 디스플레이(91)는 터치 패널과 같은 입력 장치를 갖는 것이라도 좋다. 또한, 디스플레이(91)의 커버[진동판(922)]가 터치 패널과 같은 입력 장치를 갖는 것이라도 관계없다. 또한, 디스플레이(91) 전체나, 디스플레이(91)의 일부가 진동판으로서 기능하도록 해도 관계없다.
또한, 본 발명의 휴대 단말은 디스플레이(91) 또는 하우징(92)이 귀의 연골 또는 기도를 통하여 음정보를 전달하는 진동을 발생시킨다. 본 예의 휴대 단말은 진동판[디스플레이(91) 또는 하우징(92)]을 직접 또는 다른 것을 통해 귀에 접촉시켜, 귀의 연골에 진동을 전달함으로써 음성 정보를 전달할 수 있다. 즉, 진동판[디스플레이(91) 또는 하우징(92)]을 직접 또는 간접적으로 귀에 접촉시켜서 귀의 연골에 진동을 전달함으로써 음정보를 전달할 수 있다. 이것에 의해, 예를 들면, 주위가 소란할 때에 있어서도 음정보를 전달하는 것이 가능한 휴대 단말을 얻을 수 있다. 즉, 소음 하에서도 클리어하게 음성이 들리고, 난청자라도 음성을 인식할 수 있다. 또한, 진동판[디스플레이(91) 또는 하우징(92)]과 귀 사이에 개재하는 것은 예를 들면, 휴대 단말의 커버라도 좋고, 헤드폰이나 이어폰이라도 좋고, 진동을 전달 가능한 것이면 어떠한 것이라도 관계없다. 또한, 진동판[디스플레이(91) 또는 하우징(92)]으로부터 발생하는 음을 공기 중으로 전파시킴으로써 음정보를 전달하는 것과 같은 휴대 단말이라도 관계없다. 또한, 복수의 루트를 통해 음정보를 전달하는 휴대 단말이라도 관계없다.
본 예의 휴대 단말은 효과적으로 진동을 발생시키는 것이 가능한 압전 액츄에이터(1)를 사용하여 음정보를 전달함으로써 고품질의 음정보를 전달할 수 있다.
[실시예]
본 발명의 압전 액츄에이터의 구체예에 대해 설명한다. 구체적으로는 도 1에 도시하는 압전 액츄에이터를 이하에 나타내는 바와 같이 제작했다.
압전 소자는 길이가 23.5mm이며, 폭이 3.3mm이며, 두께가 0.5mm의 직육면체형상으로 했다. 또한, 압전 소자는 두께가 30㎛의 압전체층과 내부 전극이 교대로 적층된 구조로 하고, 압전체층의 총수는 16층으로 했다. 압전체층은 티탄산 지르콘산 납으로 형성했다. 내부 전극은 은 팔라듐의 합금을 사용했다.
은 팔라듐으로 이루어지는 도전성 페이스트가 인쇄된 세라믹 그린 시트를 적층한 후, 가압 밀착시켜 소정의 온도에서 탈지를 행한 후, 1000℃에서 소성을 행하여 적층 소결체를 얻었다.
이어서, 의도적으로 응집립을 포함하는 페이스트를 사용하여 표면 전극을 내부 전극보다 폭방향의 양단에서 1mm씩 길어지도록 인쇄하여 표면 전극의 표면에 돌기를 얻었다. 이 돌기의 높이는 4∼25㎛정도였다.
그리고, 표면 전극을 통해 내부 전극간(제 1 극간, 제 2 극간)에 2kV/mm의 전계 강도의 전압을 인가하여 압전 소자에 분극을 실시했다.
그 후, 플렉서블 배선 기판과 접합하는 압전 소자의 표면에 도전성 입자로서 금도금한 수지 볼을 포함한 이방성 도전 접착제를 도포 형성했다. 이 때, 플렉서블 배선 기판과 압전 소자가 겹치는 영역의 둘레 가장자리부의 폭 0.3mm의 영역에는 도전 입자를 20vol% 함유한 이방성 도전 접착제를, 그 안쪽의 영역에는 도전 입자를 10vol% 함유한 이방성 도전 접착제를 도포 형성했다.
그 후, 플렉서블 배선 기판을 접촉시킨 상태에서 가열 가압함으로써 플렉서블 배선 기판을 압전 소자에 도통, 고정하고, 본 발명 실시예의 압전 액츄에이터(시료 No．1)를 제작했다.
또한, 비교예로서 충분히 분산되어 응집립이 없는 상태의 페이스트를 사용하여 표면이 평탄한 표면 전극을 얻은 것 이외에는 앞에서 설명한 시료 No. 1과 동일한 구성인 본 발명의 범위 밖의 압전 액츄에이터(시료 No．2)를 제작했다.
그리고, 각각의 압전 액츄에이터에 대해, 플렉서블 배선 기판을 통해 압전 소자에 1kHz의 주파수로, 실효치±10Vrms의 정현파 신호를 인가하여 구동 시험을 행한 결과, 시료 No. 1, No. 2 모두 100㎛의 변위량을 갖는 굴곡 진동이 얻어졌다.
이어서, 0.2∼5000Hz의 사이에서 주파수를 변화시킨 실효치 3V의 정현파 신호를 입력하고, 플렉서블 배선 기판의 접합면의 스파크에 의해 야기되는 변위량 저하가 발생하지 않는지의 여부를 확인한 결과, 본 발명 실시예의 시료 No. 1의 압전 액츄에이터에 있어서는 변위량의 저하가 나타나지 않았다. 한편, 본 발명의 범위 밖인 시료 No. 2의 압전 액츄에이터에서는 변위량의 이상 저하가 계측되었다.
그 후, 실효치±10Vrms의 정현파 신호를 10만 사이클 연속으로 가하여 구동 시험을 행했다. 본 발명의 범위 밖인 시료 No. 2는 변위량 저하가 발생하여 9만 사이클에서 플렉서블 배선 기판이 압전 소자로부터 박리되어 버렸다.
한편, 본 발명 실시예의 시료 No. 1의 압전 액츄에이터는 10만 사이클을 거친 후라도 변위량 저하가 발생하지 않고 구동을 계속하고 있었다. 또한, 플렉서블 배선 기판을 접속 고정하고 있는 이방성 도전 접착제에 크랙이나 균열 등은 나타나지 않았고, 플렉서블 배선 기판의 박리는 나타나지 않았다.
본 발명의 압전 액츄에이터를 사용함으로써 스파크도 발생하지 않고, 변위가 안정되고, 또한 장기 연속 구동한 경우라도 플렉서블 배선 기판이 압전 소자로부터 박리되는 문제가 발생하는 일도 없으며, 뛰어난 내구성을 확인할 수 있었다.
1: 압전 액츄에이터 10: 압전 소자
2: 내부 전극 21: 제 1 극
22: 제 2 극 3: 압전체층
4: 적층체 5: 표면 전극
50: 돌기 51: 제 1 표면 전극
52: 제 2 표면 전극 53: 제 3 표면 전극
6: 플렉서블 기판 61: 배선 도체
62: 베이스 필름 63: 커버 필름
7: 이방성 도전 접착제 81: 진동판
82: 접합 부재 91: 디스플레이
92: 하우징 921: 하우징 본체
922: 진동판 93: 접합재
2: 내부 전극 21: 제 1 극
22: 제 2 극 3: 압전체층
4: 적층체 5: 표면 전극
50: 돌기 51: 제 1 표면 전극
52: 제 2 표면 전극 53: 제 3 표면 전극
6: 플렉서블 기판 61: 배선 도체
62: 베이스 필름 63: 커버 필름
7: 이방성 도전 접착제 81: 진동판
82: 접합 부재 91: 디스플레이
92: 하우징 921: 하우징 본체
922: 진동판 93: 접합재
Claims (12)
- 내부 전극 및 압전체층이 적층된 적층체와, 상기 적층체의 적어도 한쪽 주면에 상기 내부 전극과 전기적으로 접속된 표면 전극과, 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제를 통해 상기 한쪽 주면에 일부가 접합되고 상기 표면 전극과 전기적으로 접속된 배선 도체를 구비한 플렉서블 배선 기판을 포함하고,
상기 표면 전극에 있어서의 상기 이방성 도전 접착제와의 접합 영역에는, 상기 도전성 입자보다 작고 상기 도전성 입자에 파고 들어간 돌기가 있는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 표면 전극에 있어서의 상기 이방성 도전 접착제와의 접합 영역에는, 상기 도전성 입자보다 작고 상기 도전성 입자가 인입된 오목부가 있는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 돌기는 상기 이방성 도전 접착제를 통해 상기 배선 도체와 대향하는 대향 영역에 있는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 돌기의 측면에 접하도록 배치된 상기 도전성 입자를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터. - 제 1 항에 있어서
상기 도전성 입자는 상기 표면 전극과 상기 배선 도체에 끼워져 찌부러져 있는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터. - 제 3 항에 있어서,
상기 돌기는 상기 배선 도체와 대향하지 않는 영역에도 있는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 돌기에 가장 많이 함유된 성분은 은인 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 돌기에 가장 많이 함유된 성분은 니켈인 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 도전성 입자는 수지로 이루어지는 입자 본체의 표면에 금속막이 설치된 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 압전 액츄에이터와, 상기 압전 액츄에이터의 다른쪽 주면에 접합된 진동판을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 진동 장치.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 압전 액츄에이터와, 전자 회로와, 디스플레이와, 하우징을 갖고 있고,
상기 압전 액츄에이터의 다른쪽 주면이 상기 디스플레이 또는 상기 하우징에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대 단말. - 삭제
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