TW442986B - Piezoelectric transformer element and method of housing the same - Google Patents

Description

，· 442986 A7 __B7_ 五、發明説明（（) 發明領域： 本發明係關於一種壓電變壓器元件，適合使用於例如 打開一士陰極管，及其封裝方法》 相關技藝之敘述： 冷陰極管通常被使用於筆記型個人電腦的液晶顯示之 背光。此冷陰極管需要約1 k V的高電壓使其打開，及約 數百V的電壓來保持打開的狀態。可在遠低於將其打開所 需要的電壓之電壓，使冷陰極管保持在打開的狀態。冷陰 極管的操作特性是與壓電變壓器元件的操作特性類似，所 以具有此壓電變壓器元件的反相器近來被使用作爲冷陰極 管的電源。 廣泛地使用圖2 1所示的Rosen壓電變壓器元件作爲壓 電變壓器元件。 圖2 1是一立體圖，指出Rosen壓電變壓器元件。圖 2 1中，壓電變壓器元件1 〇 6具有矩形的形狀，圖2 1 中的左半部作用爲輸入區域，且圖2 1中的右半部作用爲 輸出區域。作爲用於施加輸入電壓的輸入電極之外部電極 1 0 1與1 02，被形成在輸入區域的上與下表面上《作 爲用於取出升壓的A C電壓的輸出電極之外部電極1 〇 3

I ，被形成在輸出區域的端面上。當具有由壓電變壓器元件 1 0 6的材料與長度來決定的共振頻率之A C電壓（輸入 電壓），被施加於外部電極101與102之間時，壓電 變壓器元件1 0 6在縱向上機械地振動及共振。機械振動 本纸乐尺度適川中囡因家榡肀（<，NS ) Λ4規格（210X297公釐) ^ " {ίίίι閱請背而之注意事項再^¾本页)

442986 A7 £7_ 五、發明説明) 在作爲通至輸入與輸出側的接地電極的外部電極101與 1 0 2的其中之—與外部電極1 〇 3之間產生升壓的AC 電壓。爲輸出電壓對輸入電壓的比之升壓比，是和輸出 電極間的距離與輸入電極間的距離之比成正比。 習知已使用圖21所示的單板壓電變壓器元件作爲壓 電變壓器元件。在具有此單板壓電變壓器元件的反相器中 ，升壓比最多爲1 0。欲打開筆記型個人電腦之冷陰極管 ，在壓電變壓器元件的輸入級上必須提供升壓繞組變壓器 。因此，欲得到比單板壓電變壓器元件更高的升壓比，且 欲從輸入級消除繞組變壓器，形成具大一構造的壓電變壓 器元件，其中在壓電層的輸入區域中內部電極間的距離減 小，亦即壓電層與內部電極被堆叠。τ 在此多層壓電變壓器元件中，輸入區域中的電極必須 被電氣地連接。作爲連接方法，例如日本專利公開第7 -3 0 2 9 3 8號揭示如圖2 4所示，在壓電變壓器元件 3 0 6的端面或側面的角隅形成電極3 0 5，用於電氣地 連接在外部電極3 0 1與3 0 2間的輸入區域中之內部電 極301a與302a。在日本專利第8 — 52553號 中，申請人提出一種方法，藉著兩個行導體（下文中稱爲 中間位準連接導體）來交替地連接堆叠於壓電變壓器元件 s 的輸入區域內的許多內部電極。 當此一壓電變壓器元件被安裝在電路板上時，壓電變 壓器元件通常被使用於外殻中以暴露高電壓部份。在習知 多層壓電變壓器元件中|引線以焊料或導電黏著劑被結合 本纸張尺度进用中阐围家標嘈（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） ^- .[442986 A7 B7 五、發明説明) 至形成在輸入區域的上與下表面的外部電極，類似於圖 2 1中的外部電極1 〇 1與1 0 2。雖然壓電變壓器元件 具有小i度之優點，安裝連接至引線之壓電變壓器元件需 要至少元件與板之間的引線之直徑的邊限，及一空間用於 至少壓電變壓器元件上方的引線之直徑。結果，外殼的厚 度增加，且薄壓電變壓器元件的優點無法充分地顯露出來 〇 考慮引線的直徑及用於結合引線的焊料或導電黏劑之 厚度，外殼必須被設計成具有大的厚度。所以於安裝時壓 電變壓器模組的厚度隨著結合空間的厚度而增加。 訂 欲解決此問題，例如依據日本專利公開第9 -1 1 6 2 5 0號，輸入電極20 1與202被形成在壓電 變壓器元件2 0 6的主側上之上與下表面上，並延伸至元 件的側表面以形成引線電極2 0 1 a與2 0 2 a，以將壓 電變壓器元件2 0 6固定至外殻2 0 5，藉著在縱向上的 側表面之節點位置，如圖2 2與2 3所示。輸出電極 2 0 4被形成在二次側上的元件的兩個表面上。此構造可 使外殻變薄並簡化安裝程序。 < .ij' 然 而 隨 著近來在 筆 記 型 個 人 電 腦 或 可 攜式 資 訊 終 端 r. 的 發 展 對於較小尺寸 的 裝 置 之 需 求 已 增 加 \ 0 伴 隨 著 此 Γί .1 消 除 液 晶 顯 示 與主體之 間 的 尺 寸 差 異 〇 由 於用 於液 晶 顯 示 >h A 的 背 光 之 反 相 器通常被 擺 設 於液 晶 顯 示 器 的 周 圍 隨 著 個 i\ 印 人 電 腦 的 主 體 之外尺寸 減 小 反 相 器 必 須 變 窄 0 5.._ 然 而 藉 著 習知的封 裝 方 法 外殼或 模 組 可 以 變 薄 但 本紙張尺度进用中固西家樣嘩（（7^)从規^格（2】0乂297公釐） -ϋ- f 442986 A7 ___£7_ 五、發明説明（4 ) 是外殼無法變窄。 發明節* : 本發明之目的在於提供一種壓電變壓器元件，其用於 安裝所需之高度與寬度可被減小，以及其封裝方法。 欲達成上述目的*本發明的壓電變壓器元件之特徵爲 以下配置。 一種具有多層構造的壓電變壓器元件，多層構造具有 在厚度的方向被極化且具有輸入電極的輸入區域，以及在 縱向上被極化且具有輸出電極的輸出區域，其特徵在於包 含：許多輸入電極作爲形成在許多壓電層間的輸入電極； 形成在輸入區域側的縱向上的壓電變壓器元件之端面上的 第一與第二外部電極：及形成在輸出區域側的縱向上的壓 電變壓器元件之端面上的外部電極，其中許多內部電極被 每兩層交替地連接至第一與第二外部電極，且外部電極爲 用於施加輸入電壓的電極。使用此構造，當壓電變壓器元 件被安裝在另一構件上時，元件可只被連接在其縱向上的 端面，且用於安裝所需的高度與寬度（元件的寬度方向上 的寬度）可被減小。 元件最好進一步包含形成在與輸入區域側上的壓電變 壓器元件之縱向平行的側表面上之第三與第四外部電極， 且許多內部電極亦每兩層被交替地連接至第三與第四外部 電極。 元件最好進一步包含許多形成在輸入區域內的行導體 本紙张尺度迸川中®围家標嘈((邮）44规格（2】0><297公釐） ' A7 B7 五、發明説明) ，且許多內部電極每兩層經由許多行導體被交替地連接。 此配置可大大地減小沒有驅動壓電變壓器元件的可能 性。， 第三與第四外部電極或許多行導體被形成在對應壓電 變壓器元件的振動節點之位置。 欲達成上述目的，本發明之壓電變壓器元件封裝方法 的特徵爲以下步驟。 特別是，安裝具有上述配置的壓電變壓器元件於外殼 上之壓電變Μ器元件封裝方法的特徵爲包含以下步驟：在 縱向上的外殼之端面上形成許多安裝端子；將壓電變壓器 元件插入於外殻中以使許多安裝端子靠在第一與第二外部 電極及輸出電極；及藉由導電的連接材料來固定被靠著的 部份。藉著此方法|壓電變壓器元件可被安裝在外殻上， 只能將元件連接在其縱向上的端面上，安裝所需的高度與 寬度（元件的寬度方向之寬度）可被減小，且可簡化製造 程序。 另一種方式I安裝具有上述配置的壓電變壓器元件於 外殼上之壓電變壓器元件封裝方法的特徵爲包含以下步驟 :在壓電變壓器元件被封裝之後，在元件的兩個端面於縱 向上被定位的外殼內之位置附近形成突起；以突起來支撐 \ 壓電變壓器元件；經由引線將第一與第二外部電極連接至 形成在縱向上的外殼之端面上的許多安裝端子：及經由引 線將輸出電極連接至形成在縱向上的外殼之另一端面上的 安裝端子。藉著此方法，壓電變壓器元件可被安裝在外殼 (兑先閱讀汴而之ii意事項再Μίϊΐ本K j -丁 . 本纸乐尺度诚;彳]中阁囤家標呤（rNS Μ4規格（210X297公釐） -8 - t 442986 A7 B7 五、發明説明.) 上，能夠只將元件連接在其縱向上的端面上，且安裝所需 之高度與寬度（元件的寬度方向之寬度）可被減小。 連附圖從以下的敘述可明顯看出本發明之其它特徵 與優點，其中相同的字元代表相同或類似的部份。 圖形的簡要敘述： 圖1是一立體圖，指出依據本發明的第一實施例之壓 電變壓器元件； — 圖2是圖1中的壓電變壓器元件之前視圖； 圖3是一剖面圖，取自沿著圖2中的線I _ I ; 圖4是一平面圖，指出形成在依據本發明的第一實施 例之壓電綠片上的許多內部電極： 圖5是一平面圖，指出形成在依據本發明的第一實施 例之壓電綠片上的許多內部電極： 圇6是一立體圖，指出依據本發明的第二實施例之壓 電變壓器元件： 圖7是圖6中的壓電變壓器元件之前視圖： 圖8是一平面圖，指出形成在依據本發明的第二實施 例之壓電綠片上的許多內部電極： 圖9是一平面圖，指出形成在依據本發明的第二實施 v 例之壓電綠片上的許多內部電極； 圖1 0是依據本發明的第三實施例之壓電變壓器元件 的剖面圖： 圖1 1是一平面圖，指出具有依據本發明的第三實施 本紙張尺度进用中KK家样窄{ (’NS > Λ4規格（210X297公釐i ="®"= (邛1閏讀背而之ii*事項再本玎) 訂 产 442 9 86 A7 B7 _ 五、發明説明ζτ ) 例之中間位準連接導體的孔之壓電綠片： 圖1 2是一平面圖，指出形成在依據本發明的第三實 施例之^電綠片上的許多內部電極； 圖1 3是一平面圖，指出形成在依據本發明的第三實 施例之壓電綠片上的許多內部電極； 圖1 4是一立體圖|指出依據本發明的第四實施例之 外殼，其上安裝壓電變壓器元件； 圖15是一剖面圖，取自沿著圖14中的λ線I I I -III； 圖1 6是一立體圖，指出依據本發明的第五實施例之 外殼，其上安裝壓電變壓器元件： 圖1 7是一剖面圖，取自沿著圖1 6中的線I V — IV ； 圖1 8是一剖面圖，指出依據本發明的第五實施例的 修改之外殼，其上安裝壓電變壓器元件； 圖19是一表（λ模式），指出依據本發明的第四與 第五實施例之壓電變壓器元件支撐方法，與在節點支撐壓 電變壓器元件的習知方法之比較結果； 圖2 0是一表（λ/2模式），指出依據本發明的第 四與第五實施例之壓電變壓器元件支撐方、法，與在節點支 撐壓電變壓器元件的習知方法之比較結果； 圖2 1是一立體圖，指出一盧森（Rosen )壓電變壓器 元件； 圖2 2是一立體圖，指出一習知的壓電變壓器元件； 本紙乐尺度適川中阐闼家梯哼{ rNS ) Λ4規格（2丨0X297公釐） (1¾先閱請背而之泣意事項再劝巧本页) 訂 褚 -1ϋ- 442 9 86 A7 B7五、發明説明fe ) 圖2 3是一頂面圖，指出圖2 2中的壓電變壓器元件 被安裝在外殼上的狀態：及 圖^ 4是一立體圖，指出另一個習知的壓電變壓器元 件。 元件符號說明： 1 外部電極 la 內部電極 2 外部電極 2 a 內部電極 3 外部電極 4 外部電極 5 外部電極 6 壓電變壓器元件 8 壓電綠片 11 外部電極 1 1 a 內部電極 1 2外部電極 12a 內部電極 1 6壓電變壓器元件 21外部電極 2 1a 內部電極 2 2外部電極 2 2a 內部電極 本紙張尺度返;f]中阁园家標嘈（CNS ) Λ4現格（210Χ297公釐） 誚先閱讀背而之注悉事項再"3本頁) --'έ Μ -,vd^!' ，442986 A7 B7五、發明説明fe ) 2 5a 中間位準連接導體 2 5b 中間位準連接導體 2 ό壓電變壓器元件 3 1外殼 3 2安裝端子 3 3安裝端子 3 4安裝端子 4 1外殼 一 4 1 Α外殼 4 2安裝端子 4 3安裝端子 4 4安裝端子 4 5突起 4 5 A突起 4 6引線 10 1 外部電極 102 外部電極 1 0 3 外部電極 106 壓電變壓器元件 201 輸入電極 2 0 1 a引線電極 202 輸入電極 2 0 2 a引線電極 2 0 5 外殼 本紙張尺度追W中阐S家標冷（CNS ) Λ4現格（210X297公宠） (^先"讀背而之注意事項再^{:)1本頁) 訂 Μ· ,I I- n

^ 4 2 β G A7 B7 五、發明説明（|〇 ) 2 0 6 壓電變壓器元 2 1 0 A 端子 2 1 i 0 B 端子 3 0 1 外部電極 3 0 1 a 內部電極 3 0 2 外部電極 3 0 2 a 內部電極 3 0 5 電 極 3 0 6 m 電變壓器元件 {誚先閱讀背而之注意事项再功艿本页) 較佳實施例之詳細敘述： 訂 參見附圖將敘述依據本發明的壓電變壓器元件之實施 例。在以下的敘述中，在縱向上壓電變壓器元件的端面意 指於驅動λ或λ/2模式中的元件時，不包括對應振動節 點之位置的兩個端面。 〔第一實施例〕 ... 圖1是一立體圖，指出依據本發明的第一實施例之壓 ：{' 電變壓器元件。圖2是圖1中之壓電變壓器元件的前視圖 J： ; 。圖3是一剖面圖，取自圖1中的線1一1。 J 如圖1至3所示，用於施加輸入電壓的外部電極1與 i 2，被形成在壓電變壓器元件6的縱向上左側輸入區域的 合 ί 端面上。用於取出升壓的高電壓之外部電極3，被形成在 ή! $ 縱向上右側輸出區域的端面上》許多內部電極1 a與2 a 本紙張尺度適州中囷拽家榡肀（rNS)A4規格（ 210X297公着） -13 - 44298® A7 B7 五、發明説明（η ) ("先開請1'而之注意事項再硪巧本玎) 被交替地堆叠，經由在壓電變壓器元件6的輸入區域中的 薄板狀壓電綠片（對應在燒結之前的壓電綠片，將敘述於 後）。ή部電極1 a與2 a具有突起，分別連接至外部電 極1與2。注意各內部電極不需要形成於壓電變壓器元件 中，但可被曝露在側表面上。 參見圖4與5，將敘述具有此構造的壓電變壓器元件 6之製造方法。 圖4與5爲圖形，指出依據本發明之第一實施例，形 成在壓電綠片上的許多內部電極。壓電片被交替地堆疊且 切割成預定形狀，以形成沒有外部電極1至3的壓電變壓 器元件6。 (1 ) 2 5重量比例的水與1 0重量比例的乳狀丙烯 酸黏合劑與100重量比例的Pb (Zr ，Ti ) 〇3基的 壓電材料粉末混合，且所得到的材料被攪拌成土泥。使用 手術刀此土泥被處理成1 3 0 厚的壓電綠片。1 3 0 //m厚的綠片被燒結以得到燒結後爲1 〇 〇 ^以的厚度。 (2 )所得到的壓電綠片8被切割成1 0 Ommx 1 0 Omm形狀並結合至一印刷框。用於形成內部電極 1 a與2 a的Ag — P d膏使用銀幕罩被印刷在壓電綠片 8上。內部電極1 a與2 a被印刷成具有1 6mmx 4 · 6mm的外部尺寸，並在堆疊時被定位在輸入區域中 。各內部電極1 a與2 a在矩形的一側上提供一突起，以 被曝露在元件的端面上，並被連接至對應的外部電極1與 2。欲每兩層將內部電極1 a與2 a交替地連接至外部電 本紙張尺度这+ 家樣嗜（CNS ) Λ4規格（2丨0X297公釐） 442986 A7 B7 五、發明説明（12 ) 極1與2 |於堆疊時使用兩種型式的銀幕罩作爲奇數片（ 圖5)與偶數片（圖4)。 (誚圪閱讀背而之注总事項再磧"本I) (ά )其上印刷有內部電極1 a的1 0個壓電綠片8 ，及其上印刷有內部電極2 a的1 0個壓電綠片8被交替 地堆疊，沒有印刷電極的壓電綠片被放置在頂部上，且全 部的這些片在100 °c及30Mp a被熱處理。所得到的 構造使用鋁容器在空氣中於1 1 5 0°C被燒結2小時。藉 著堆疊及鍛燒21個壓電片，元件具有2.2mm之厚度 0 (4 )在燒結之後，燒結的構造藉由手術刀被切割成 許多3 2mmx 5mm的元件。用於形成外部電極1與2 之2 mm寬的A gW *被印刷在曝露於各切割元件的輸入 區域之端面上的內部電極1 a與2 a之突起上。用於形成 外部電極3的A g胥被印刷在元件的輸出區域之端面上。 以A g膏印刷的元件被負載進入爐中以7 0 0°C來燒結膏 ，藉以形成外部電極1、2與3。 (5 )燒結後的元件被浸漬於絕緣油中，在1 5 0°C 下以3 k V/mm的場強度來極化輸入區域3 0分鐘。輸 入區域的外部電極被短路，且1 · 5 kV/mm的D C電 壓被施加於輸出區域的端面上的短路部份與外部電極間， \ 以形成極化3 0分鐘，藉以得到壓電變壓器元件6 » 在第一實施例中所述的壓電變壓器元件6中，用於施 加輸入電壓的外部電極1與2被形成在縱向上的元件之端 面上。此構造在元件的側表面上不需要用於施加輸入電壓 本紙浓尺度通州中囷S家樣呤（f'NS ) Λ4規格（2丨0父297公®) 442986 Α7 Β7 五、發明説明（13 ) 的引線或外部電極，與習知的壓電變壓器元件不同。所以 ，可以減小包括引線與外部電極的元件之高度與寬度（寬 度方向&寬度）。 突起被形成在內部電極1 a與2 a上’被曝露在元件 的端面上，並被連接至外部電極1與2 *以此構造’在製 造程序中，電氣地連接內部電極之步驟與形成輸入區域之 外部電極之步驟可被結合成一步驟。 〔第二實施例〕 ，1Τ 圖6是一立體圖，指出依據本發明之第二實施例的壓 電變壓器元件。圖7是圖6中的壓電變壓器元件之前視圖 。圖7中取自沿著線I I 一 I I之壓電變壓器元件的剖面 ，與圖3所示的類似。

""-•'「-^"•c'^n -^"印 V 如圖6與7所示，在縱向上的壓電變壓器元件16之 輸入與輸出區域的端面，具有與依據第一實施例之壓電變 壓器元件6相同的構造。而且，內部電極1 1 a與1 2 a 的多層構造幾乎與依據第一實施例的壓電變壓器元件6相 同，除了內部電極1 1 a與1 2 a在縱向上的第一突起外 ，在元件的寬度方向上設有第二突起。在第二實施例中， 第二突起被曝露在壓電變壓器元件1 6的側表面上，並被 \ 連接至外部電極4與5。注意提供至內部電極1 1 a與 12a之第二突起及外部電極4與5，最好被形成在對應 壓電變壓器元件16的振動節點之位置。 參見圖8與9，將敘述具有此構造的壓電變壓器元件 本紙张尺度遴;ϋ中® S家標嘈{ CNS > Λ4規格（2丨0X297公釐） 442986 Α7 Β7 _ 五、發明説明（14 ) 1 6之製造程序。 圖8與9爲圖形，指出依據本發明之第二實施例，形 成在壓4綠片上的許多內部電極《此壓電綠片被交替地堆 疊並切割成預定形狀，以形成沒有外部電極3、4、5、 1 1與1 2的壓電變壓器元件1 6。 (1 )藉著與第一實施例相同的方法，壓電綠片8被 製造並被結合至一框。在第二實施例中，如圖8與9所示 ，各內部電極1 1 a與1 2 a在矩形的兩側上具有突起， 以將各別層電氣地連接在元件的端面與側表面上》 (2 )其上印刷有內部電極1 1 a的1 0個壓電綠片 8，及其上印刷有內部電極1 2 a的1 0個壓電綠片8被 交替地堆叠，沒有印刷電極的壓電綠片被放置在頂部上， 且全部的這些片在1 0 0°C及3 OMp a被熱處理。所得 到的構造使用鋁容器在空氣中於1 1 5 0°C被燒結2小時 〇 (3 )在燒結之後，燒結的構造藉由手術刀被切割成 許多32mmx5mm的元件β用於形成外部電極11、 1 2、4與5之2mm寬的Ag膏，被印刷在曝露於各切 割元件的輸入區域之端面上的內部電極1 1 a與1 2 a之 突起上。用於形成外部電極.3的A g膏被p刷在元件的輸 出區域之端面上。以A g育印刷的元件被負載進入爐中以 700 °C來燒結膏，藉以形成外部電極1 1、1 2、4與 5。在此時，許多內部電極1 1 a被電氣地連接至外部電 極1 1與5，而許多內部電極1 2 a被電氣地連接至外部 (誚先閱讀背而之注痣事項再填巧本頁) '裝- *·1Τ 線 本紙張尺度適用中家樣啤（rNS > Λ4说格（210X297公釐} 1厂 A7 ^ 442986 B7 五、發明説明（15 ) 電極12與4。在第二實施例中，燒結後的外部電極4與 5具有約數至1 〇 的厚度。 (i )燒結後的元件被浸漬於絕緣油中，在1 5 0°C 下以3 k V/mm的場強度來極化輸入區域3 0分鐘。輸 入區域的外部電極被短路，且1，5kV/mm的DC電 壓被施加於輸出區域的端面上的短路部份與外部電極間， 以形成極化3 0分鐘，藉以得到壓電變壓器元件1 6。 在第二實施例中所述的壓電變壓器元件1 6中，由於 內部電極被連接至端面與側表面上的兩個電極，無法驅動 元件的可能性可大幅地減小，且可以實現具有可靠度比第 一實施例的壓電變壓器元件更高的壓電變壓器元件。由於 燒結後的外部電極4與5的厚度非常小，約數β m至1 〇 Am，在將壓電變壓器元件1 6安裝於外殼上時由於外部 電極4與5，外殼的寬度尺寸（寬度）不需要被設計成很 大。 〔第三實施例〕 在第二實施例中，外部電極4與5被形成在壓電變壓 器元件1 6的側表面上，以改善電氣連接的可靠度。在第 三實施例中，在”相關技藝之敘述”中所述的兩個行中間位準 連接導體，被形成在元件內作爲對應外部電極4與5的導 體，藉以得到與依據第二實施例之壓電變壓器元件1 6相 等的電氣連接可靠度。 依據第三實施例之壓電變壓器元件2 6的外部形狀， ^τβ-：-- (1ί先閱讀背而之注念事項再功κ本瓦)

丨V 訂 本紙张尺度適州中KS家標中（i'NS > Λ4現格（210x297公釐） 4 ： 2 9 8 6 A7 ------B7___ 五、發明説明（16 ) 與圖1及2所示的壓電變壓器元件6相同，將省略其敘述 〇 圖i 〇是取自沿著圖2的線I 一 I ，依據本發明之第 三實施例的壓電變壓器元件之剖面圖。如圖1 〇所示，許 多內部電極2 1 a與2 2 a經由元件中的薄皮狀壓電綠片 (對應燒結前的壓電綠片8 )，被交替地堆疊在壓電變壓 器元件2 6的輸入區域內。中間位準連接導體2 5 a被連

接至許多內部電極2 1a，而中間位準連接導體2 5b C 爲了顯示方便，在圖1 〇之剖面中未示）被連接至許多內 部電極2 2 a。此外，與第一實施例類似，內部電極 2 1 a與2 2 a具有突起，分別被連接至在縱向上的壓電 變壓器元件2 6之端面側上的外部電極2 1與2 2。 中間位準連接導體2 5 a與2 5 b的形成位置並沒有 限制，只要它們是在壓電變壓器元件2 6的輸入區域內。 在第三實施例中，中間位準連接導體2 5 a與2 5 b被形 成在對應振動節點的位置，以不干擾元件的振動* 各內部電極可被曝露在壓電變壓器元件的側表面上， 沒有包括於壓電變壓器元件中。 參見圖1 1至1 3，將敘述具有此構造之壓電變壓器

元件26的製造程序。 Y 圖1 1是一平面圖，指出依據本發明之第三實施例， 具有中間位準連接導體之孔的壓電綠片。圖1 2與1 3爲 平面圖，指出依據本發明之第三實施例，形成在壓電綠片 上的許多內部電極。此壓電綠片被交替地堆叠並切割成預 _____________—-. 本紙張尺度遴用中SH2家標(，NS > Λ4规格（210X297公釐） _ (对先閱讀背1FJ之注总事項再站$本万) 訂 4 ;二:J 8 6 A7 B7 五、發明説明（17 ) 定形狀，以形成具有外部電極3 ' 2 1與2 2的壓電變壓 .器元件2 6。 (i )藉著與第一實施例相同的方法，壓電綠片8被 製造並被結合至一框。形成用於塡充形成中間位準連接導 體2 5 a與2 5 b之膏的孔，以在壓電變壓器元件2 6被 切割成許多壓電綠片8之後，在對應元件的諧振節點之位 置中，具有燒結時爲0 . 1 2mm的直徑。圖1 1指出此 狀態。使用金屬軍藉著印刷而便A g - P d膏被塡充於這 些孔中。 (2 )使用在圖1 1之狀態的壓電綠片8上的銀幕罩 ，用於形成內部電極2 1 a與2 2 a之Ag — P d膏被印 刷。欲交替地將內部電極2 1 a與2 2 a連接至中間位準 連接導體2 5 a與2 5 b，於堆叠時使用兩種型式的銀幕 罩，奇數片（圖13)與偶數片（圖12)。注意，與第 一實施例類似，在燒結之後於縱向上的壓電變壓器元件 2 6之端面側上的部份 > 各內部電極設有一突起。 (3 )其上印刷有內部電極2 1 a的1 0個壓電綠片 8，及其上印刷有內部電極2 2 a的1 0個壓電綠片8被 交替地堆叠，沒有印刷電極的壓電綠片被放置在頂部上， 且全部的這些片在1 0 Ot及3 OMp a被熱處理》所得 到的構造使用鋁容器在空氣中於1 1 5 0°C被燒結2小時 。藉著堆叠及锻燒2 1個壓電片，元件具有2 · 2mm之 厚度。 (4 )在燒結之後，燒結的構造藉由碩石切割器被切 本紙張尺度適州中网阀家標卒{ (，NS ) Μ規格（210X297公釐） (对1間讀背而之iijs事項再^v-:?本页) -裝. 訂 β 442986 A7 A7 B7 五、發明説明（|8 ) 割成許多3 2mmx 5mm的元件。用於形成外部電極 2 1、2 2之2mm寬的Ag膏，被印刷在曝露於各切割 元件的_入區域之端面上的內部電極2 1 a與2 2 a之突 起上。用於形成外部電極3的A g育被印刷在元件的輸出 區域之端面上。以A g育印刷的元件被負載進入爐中以 7 0 0°C來燒結膏，藉以形成外部電極1、2與3。 (5 )燒結後的元件被浸漬於絕緣油中，在1 5 〇°C 下以3 k V/mm的場強度來極化輸入區域3 0分鐘。輸 入區域的外部電極被短路，且1.5kV/mm的DC電 壓被施加於輸出區域的端面上的短路部份與外部電極間， 以形成極化3 0分鐘，藉以得到壓電變壓器元件2 6。 在第三實施例中所述的壓電變壓器元件2 6中，內部 電極、外部電極與中間位準連接導體被連接。因此，與第 二實施例類似，可實現具有高可靠度的壓電變壓器元件 2 6° 〔第四實施例〕 第四實施例是關於將依據第一至第三實施例的壓電變 壓器元件封裝於外殻上的封裝方法。在以下的敘述中，將 舉例將第一實施例中所述的壓電變壓器元件6封裝於外殼

I 上的封裝方法。 圖1 4是一立體圖，指出依據本發明之第四實施例的 外殼’其上封裝有一壓電變壓器元件》圖1 5是取自沿著 圖14中的線I I I — I I I之剖面圖。在圖15中，並 本紙张尺度这川中阁S家標( CNS ) ( 210X297^-^ ) ~ ^ · (誚先閱讀背而之注^事項再頊巧本頁)

.丨V -訂 442986 A7 B7__ 五、發明説明（19 ) 沒有示出壓電變壓器元件6的內部構造° 如圖1 4與1 5所示’由絕緣樹脂形成一外殼3 1 ’ 並有 Li2mmxW5 . 2mmXD2 · 4mm的內部尺 寸（注意長度L等於安裝端子3 2或3 3與安裝端子3 4 之間的距離）。用於施加輸入電壓的安裝端子32與33 及用於取出輸出電壓的安裝端子3 4 ’被集積地形成在外 殻3 1的兩個端面上。 依據將壓電變壓器元件6封裝於具有此構造的外殼 3 1上之方法，壓電變壓器元件6被插入於外殼中，以分 別使外部電極1、2與3靠在安裝端子32、33與34 。各被靠著的部份是以作爲導電連接材料的焊料或導電黏 著劑來固定。結果，壓電變壓器元件6被固定在外殼3 1 內，且安裝端子被電氣地連接。 當壓電變壓器元件6在λ模式中被驅動時，諧振節點 來到對應元件至元件的尾端部份之長度的1/4之位置" 當λ模式中被驅動的壓電變壓器元件6正在諧振時，元件 的總長度幾乎保持固定。所以•即使壓電變壓器元件6的 兩個端面被固定至外殻31，不會被諧振破壞固定的狀態 〇 以此方式，在第四實施例的外殼3 1中，壓電變壓器 元件6被固定在其端面，並被電氣地連接至外殼的安裝端 子。由於只考慮壓電變壓器元件本身的寬度與高度，可滿 意地設定外殼31的寬度尺寸（寬度）與高度（深度）， 所以可減小外殻的寬度與高度。由於沒有使用引線等等， 本紙乐尺度述州中K S家標嗱.(('NS ) ( 210X297^# ) * 22 - (計先間讀背而之>iA事項再功艿本頁) 訂 A7 442986 B7 五、發明説明b ) 可簡化製造程序。 (兒先閒请背而之注意事項再硪朽本页) 〔第五i施例] 第五實施例是關於將壓電變壓器元件固定在縱向上的 兩個端面上的另一封裝方法，其使用於第四實施例中。在 以下的敘述中，將舉例封裝第一實施例所述的壓電變壓器 元件6之方法。 圖1 6是一立體圖，指出依據本發明之第五實施例的 外殻，其上封裝有一壓電變壓器元件。圖1 7是取自沿著 圖1 6中的線I V — I V之剖面圖。在圖1 7中，並沒有 示出壓電變壓器元件6的內部構造·» 如圖1 6與1 7所示，由絕緣樹脂形成一外殼3 1， 並有 L3 2 . 6mmxW5 . 2mmxD2 . 4mm的內 部尺寸。在距離端部Ο · 4mm的兩個位置，亦即在縱向 上壓電變壓器元件6的兩個端面附近的位置，形成將壓電 變壓器元件6固定於外殼41內並具有約0.1mm至 0 _ 1 5mm的髙度之突起。環氧樹脂基的黏著劑被塗至 突起4 5，以將壓電變壓器元件6固定於外殻4 1內。 注意突起4 5可只被形成在外殼4 1的內部底表面上 0 用於施加輸入電壓的安裝端子4 2與4 3及用於取出 輸出電壓的安裝端子4 4，被集積地形成在外殻4 1的兩 個端面上》這些安裝端子是由一金靥構件做成。在第五實 施例中，外部電極1、2與3被電氣地連接至安裝端子 本紙乐尺度递ifl中闻S家標呤（（'NS > Λ4規格（210X297公釐^ ' 23 ' — "4 4 2 9 8 6 a? B7 五、發明説明b ) 42、4 3與4 4，藉著以焊料或導電黏著劑來連接直徑 爲0 . 26mm的引線。 引^4 6在將壓電變壓器元件6固定至外殼4 1之前 ，分別被連接至元件的外部電極。 形成於外殼4 1內的突起4 5可具有連續的線性形狀 ，或者可以是非連續的突起。 突起4 5的形狀並不限於圖1 6與1 7所示。例如’ 在指出主要部份的圖1 8之剖面圖中，外殼4 1 A的突起 4 5 A可被形成在縱向上的壓電變壓器元件6的兩個端面 附近以固定元件。 在第五實施例中，外殼4 1或4 1 A的安裝端子經由 引線4 6，被電氣地連接至在外殻的端面上之壓電變壓器 元件6的外部電極。此額外地需要連接引線之步驟，但是 壓電變壓器元件6可被可靠地支撐於外殼41內。 在前述的實施例中•由於用於施加輸入電壓的外部電 極被形成在元件的端面上，所以在元件的輸入區域之上與 下表面上不需要外部電極。然而，在極化步驟中，外部電 極可被形成在元件的上與下表面上，如果需要的話。 在各別的實施例中壓電變壓器元件、電極等等的尺寸 只是例子，其尺寸並不限於上述値。 ， 〔將壓電變壓器元件固定在兩個端面的方法之討論〕 將討論在第四與第五實施例中所述的封裝方法，亦即 將壓電變壓器元件固定在兩個端面之方法。 (1Λ先開讀背而之;i意事項再硪巧本頁) 丁 本紙張尺廋试川中®S家標哗（f，NS ) Λ4現格（2丨OX297公釐） ^24- 442986 Α7 A / B7 五、發明説明h ) 作爲將壓電變壓器元件封裝於外殼中的習知方法，於 諧振時壓電變壓器元件通常被支撐在元件的節點（在下文 中稱爲ΐίϊ點位置）之位置，如同圖2 3中之習知的外殼 2 0 5與壓電變壓器元件2 0 6。此方法是根據振動的常 識，媒體（在此情形中爲構成壓電變壓器元件之各成份的 材料）會產生所謂的縱向波（壓縮波），且當縱向波爲靜 止波時，媒體在靜止波的節點沒有位移，且節點之間的間 隔被保持在一預定値。因此，在習知壓電變壓器元件封裝 方法（固定方法）中，元件的最佳固定位置是在對應距離 λ模式中的元件的兩個端面L/2的兩個節點位置> λ模 式亦即用於驅動壓電變壓器元件之電壓的波長（λ )等於 在縱向上的元件的長度2 L。欲避免諧振的衰減，元件必 須被支撐（固定），而沒有偏離這些節點位置。換句話說 ，在λ模式中，縱向上的壓電變壓器元件的兩個端面作用 爲諧振迴路，且元件在這些諧振迴路具有最大的位移。爲 此理由，沒有採用本發明之技術原理，其中元件被支撐在 諧振迴路位置，亦即元件的兩個端面。 然而，在壓電變壓器元件的廣泛硏究中，申請人已將 壓電變壓器元件支撐在縱向上的兩個端面•並在Λ模式中 的支撐壓電變壓器元件諧振。結果，可得到與將壓電變壓 \ 器元件支撐在節點位置的習知方法幾乎相同的升壓效率。 圖1 9與2 0爲表，指出依據第四和第五實施例之壓 電變壓器元件封裝方法，與將壓電變壓器元件支撐在節點 的習知方法之間的比較結果。圖1 9與2 0分別指出當以 {lAlwl讀背Λ之注意事項再功{巧本页) 訂 本紙张尺度诚中家標埤（（，NS ) Λ4現格（2!0x297公釐） -Ζ0· 厂 442 9 “ A7 B7 五、發明説明b ) λ模式及λ / 2模式來驅動壓電變壓器元件時之測量結果 〇 在dll量中，第一實施例中所述的圖1至3中之壓電變 壓器元件是以依據第四和第五實施例的方法被支撐。至於 習知的支撐方法，第一實施例中所述的圖1至3中之壓電 變壓器元件被支撐在節點，並經由引線被外部地驅動。在 兩種情形中，驅動壓電變壓器元件的測量條件爲5 0 k Ω 的負載及4W的輸出。 _ 如圖1 9與2 0所示，在依據第四和第五實施例的支 撐方法中之升壓比及效率（％) ，比習知的支撐方法稍低 ，但是它們之間的差異在實際上不可忽略》此現象與習知 原理所預期的結果並不相合。 以下將說明現象的檢査》由於即使壓電變壓器元件被 支撐在縱向上的兩個端面，可得到良好的升壓特性（諧振 特性），所以假設在諧振時壓電變壓器元件的總長度幾乎 是固定的。特別是，申請人發現當驅動被諧振的壓電變壓 器元件時*元件的總長度保持相同。此意指將壓電變壓器 元件固定在縱向上的元件的兩個端面附近之外殼內，並不 會導致諧振的衰減，其減小元件的升壓效率，且使外殼內 的元件之固定狀態變差。所以在第四和第五實施例中，第 一實施例中所述的壓電變壓器元件6被固定至縱向上的元 件的兩個端面之外殼3 1、4 1或4 1A < 申請人硏究相關的文獻以說明此現象，並發現諧振時 壓電變壓器元件之位移是由以下的公式1來給定。依據 本紙张尺度这w中家標埤（（’N'S Μ4规格（2ΙΟΧ297公釐） (ΐϊίικι请背而之ίί-意事項再域本页) -0 * 442986 A7 ____B7 五、發明説明匕）

Sekiji Yamagata，“Vibrating Modes, Surface Electric Charge and Potential Distributions of Ceramic Transformer", Electronic Ceramics, Summer 1976 ，pp , 44 — 50 中的公式（17)，位移f(x)給定如下： ξ (x) = Acos(m π /2L)xeHmiv,3LMt ε 其中f(x):在時間t之位置X的媒體之位移量〔mm 〕·· A:預定的係數； m:振動模式（在λ模式中m=2); 2 L ·縱向上的壓電變壓器元件之長度〔m m〕 1 x :從元件的尾端部份至任意點的距離〔mm e :自然對數的底； j : 一 1的均方根； v:在元件內的聲音之速度〔mm/秒〕； t :任意時間〔秒〕; ε:介電常數〔F/mm〕。 % 藉著對於x=0至2L積分公式（1)，得到在驅動 於又模式（m = 2 )中時縱向上的壓電變壓器元件之總長 度。不論時間t爲何，結果總是一預定値。亦即，積分結 果表示即使當在λ模式中驅動元件時，壓電變壓器元件的 本紙张反度诚W中國网家標?？（（'NS ) Λ4现格（2Ι0Χ 297公« > ' 27 ' ~ 对先閱讀背而之注念事項爲填，?5本1) 訂 A7 __._B7 五、發明説明（25 ) 兩個端面之間的距離不會改變，並說明了由申請人實驗所 發現的現象。 (誚先閱讀背而之注意事項再蛾巧本頁) 在i模式中的諧振時之壓電變壓器元件的輸入與輸出 區域中出現的節點位置，參見靜止狀態的位置，在這些位 置的媒體可能會在元件的縱向上振動。特別是，相對於輸 入與輸出區域的端面，假設節點位置重覆相對移動。此可 藉由考慮支持在λ模式中諧振時壓電變壓器元件的長度不 會改變之實驗現象與計算結果_，及元件的輸入與輸出區域 在諧振時於相反方向上的重覆擴張收縮之已知現象來說明 〇 所以當壓電變壓器元件被固定在縱向上的兩個端面時 ，元件不應以突起、黏著劑等等被固定在兩個端面或其附 近的位置以外。 如上所述，當使用壓電變壓器元件在λ模式中諧振時 ，它只能被支撐在縱向上的兩個端面，且外殼可使用不同 的形狀。同時，可減小封裝元件所需的高度與寬度。

.I - -I

當上述公式（1 )被應用於例如λ/ 2模式（m= 1 )與3 λ/2模式（m=3)的驅動模式時，當在這些驅 動模式諧振時壓電變壓器元件之長度會改變。然而即使在 此情形中，由將元件支撐在其尾端所導致的諧振特性變差 非常小，且在元件被支撐在諧振節點的情形與元件被支撐 在其尾端的情形的實驗結果之間的比較，可知在實際的使 用中不會產生任何嚴重的問題β相反地*以壓電變壓器元 件固定及封裝方法的改變之觀點來看，這些模式產生與；I 本紙張尺度送ifl中囚R3家栝嘩（（’NS > Λ4規栝（210X297公釐） 442986 A7 _______ B7 五、發明説明) 模式相同的工業優點。 如以上已敘述了依據上述實施例，提供一壓電變壓器 元件，+減小封裝所需的高度與寬度，及此壓電變壓器元 件的封裝方法。 在不偏離本發明之精神與範圍下，可做成本發明之不 同實施例，應瞭解本發明並不限於這些特定的實施例，而 是欲以申請專利範圍來界定其範圍。 ίΐ先|«1讀背IFJ之注¾事項再壤“?5本页) 訂 繚 本纸浪尺度进州中KRJ家標々（（、NS ) Λ4規格（210X29?公釐）

Claims (1)

1. 442986 A8 Ββ C8 D8 六、申請專利範圍 (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 1、 一種多層構造的壓電變壓器元件（6)，具有在 厚度方.向被麗區域，及在縱方向 上被極化且具有輸出電極的輸出區域，其特徵在於包含： 許多內部電極（la，2a)作爲輸入電極，其被形 成於許多壓電層之間； 第一及第二外部電極（1，2)，形成在輸入區域側 上縱方向的該壓電變壓器元件之端面上：及 一外部電極（3)，形成在輸出區域側上縱方向的該 壓電變壓器元件之端面上， 其中該許多內部電極每兩個層被交替地連接至該第一 及第二外部電極，且該外部電極爲用於施加輸入電壓的電 極。 2、 如申請專利範圍第1項之壓電變壓器元件（1 6 )，其特徵在於該元件進一步包含第三及第四外部電極（ 4’5)，形成在與輸入區域側上的該壓電變壓器元件之 縱方向平行的該表面上，且 經濟部中央標準局勇工消费合作社印製 該許多內部電極（21a ，22a)亦每兩個層被交 替地連接至該第三及第四外部電極。 3、 如申請專利範圍第1項之壓電變壓器元件（2 6 )，其特徵在於該元件進一步包含許多行導體（2 5 a， 2 5 b )形成於輸入區域的內部，且 該許多內部電極（21a，22a)被交替地連接經 過每兩個層的該許多行導體。 4、 如申請專利範圍第2項之壓電變壓器元件•其特 本紙張尺度逋用中國«家樣率（CNS > 210X297公釐） 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印« ^42986 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 徵在於該第三及第四外部電極被形成在對應該壓電變壓器 元件的振勸節點的位置。 5、 如申請專利範圍第3項之壓電變壓器元件，其特 it在於該許多行導體被擺設在對應該壓電變壓器元件的振 動節點的位置。 6、 一種壓電變壓器元件封裝方法，將如申請專利範 圍第1、2、3項之該壓電變壓器元件（6，16，26 )安裝在外殼（3 1)上，其特徵在於包含以下步驟： 將許多安裝端子（32，33，34)彤成在縱向上 的該外殼的兩個端面上； 將該壓電變壓器元件插入於該外殼以使該許多安裝端 子靠在該第一及第二外部電極與該輸出電極；及 藉由導電連接材料來固定被靠著的部份。 7、 一種壓電變壓器元件封裝方法，將如申請專利範 圍第1、2、3項之該壓電變壓器元件（6，16，26 )安裝在外殼（4 1 )上，其特徵在於包含以下步驟： 在封裝該壓電變壓器元件之後，定位在縱向上的該元 件的兩個端面的該外殻內部的部份附近形成突起（4 5 ) 經由引線（4 6 )將該第一及第二外部電極連接至， 形成在縱向上的該外殻的端面上的許多安裝端子（4 2， 4 3 );及 經由引線（4 6 )將輸出電極連接至·形成在縱向上 的該外殼的另一端面上的安裝端子（44) » -W-- 本紙張尺度逋用中•家標率（CNS > A4規格（210X297公釐） n H ^^1 ^^1 ^^1 .1 ^^1 —r (請先閱讀背面之注意事項再楼寫本萸) 訂 vr·