WO2014208376A1 - セラミックスデバイス、及び圧電デバイス - Google Patents

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WO2014208376A1
WO2014208376A1 PCT/JP2014/065852 JP2014065852W WO2014208376A1 WO 2014208376 A1 WO2014208376 A1 WO 2014208376A1 JP 2014065852 W JP2014065852 W JP 2014065852W WO 2014208376 A1 WO2014208376 A1 WO 2014208376A1
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WO
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electrode
surface electrode
piezoelectric device
piezoelectric
main body
Prior art date
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PCT/JP2014/065852
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English (en)
French (fr)
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政之 植谷
貴昭 小泉
いづみ 増田
健 賀來
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日本碍子株式会社
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Publication date
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    • H10N30/80—Constructional details
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    • H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N30/877—Conductive materials

Definitions

  • the present invention relates to a ceramic device, and more particularly to a piezoelectric device.
  • the piezoelectric device is also referred to as a piezoelectric / electrostrictive device.
  • the main body 100 is a laminated body in which piezoelectric layers 110 and internal electrodes 120 are alternately laminated.
  • the external electrode 200 includes a pair of surface electrodes 210 and 210 that cover a part of the upper surface of the main body 100, and at least a part of the side surface on the corresponding side of the main body 100 and the corresponding internal electrode 120 and surface electrode. A pair of side surface electrodes 220, 220 connected to 210.
  • This type of piezoelectric device includes an optical lens position control element (for example, a camera autofocus and zoom ultrasonic motor), a magnetic information read / write element position control element (for example, Have been actively developed as actuators for magnetic heads of hard disk drives) or sensors that convert mechanical vibrations into electrical signals.
  • an optical lens position control element for example, a camera autofocus and zoom ultrasonic motor
  • a magnetic information read / write element position control element for example, Have been actively developed as actuators for magnetic heads of hard disk drives
  • sensors that convert mechanical vibrations into electrical signals.
  • the piezoelectric device shown in FIG. 22 may be assembled to a substrate using solder, for example, as shown in FIG.
  • a pair of side surface electrodes 220 and 220 of the piezoelectric device are placed in a state where both ends of the lower surface of the piezoelectric device are respectively placed on the upper surfaces of the opposite end portions of the pair of substrates positioned away from each other.
  • the ends of the pair of substrates are joined and fixed using solder.
  • the amount of solder used is too large, so that the solder climbs over the upper end surface of the side electrode 220 and enters the surface (upper surface) of the surface electrode 210 as shown by a white arrow in FIG. Things can happen.
  • the expansion and contraction of the surface electrode 210 is limited when a voltage is applied to the piezoelectric device, and the “voltage-displacement characteristics” of the entire piezoelectric device.
  • the degree of penetration of the solder into the surface of the surface electrode 210 becomes excessive, the solder may enter the gap between the pair of surface electrodes 210 and 210 and the pair of surface electrodes 210 and 210 may be electrically short-circuited. There is also.
  • An object of the present invention is to provide a ceramic device (piezoelectric device) in which solder does not easily penetrate the upper surface of a side electrode and enter the surface of a surface electrode.
  • the feature of the ceramic device (piezoelectric device) according to the present invention is that the surface of the side electrode is composed only of the material of the side electrode (feature 1), or the surface of the surface electrode, or Projections that extend along the direction in which the connection portion extends and project in the thickness direction of the surface electrode are provided on the surface of the connection portion of the surface electrode and the side electrode (feature 2) ), “Area far from the connecting portion with respect to the protruding portion” (hereinafter referred to as “inner area”) on the surface of the surface electrode has wettability with the conductive bonding material on the surface. There are a plurality of exposed portions where the surface of the ceramic material lower than the electrode material is exposed (feature 3).
  • the ceramic material of the exposed portion is a piezoelectric material having the same composition as the piezoelectric material included in the main body.
  • the said surface electrode (and side electrode) is comprised with a platinum material, and the said electroconductive joining material is a solder material.
  • the surface of the “exposed portion” may protrude or be recessed with respect to the surface of the surface electrode. Further, the recessed portion of the “exposed portion” may be a portion where the piezoelectric material included in the main body portion is exposed.
  • the surface of the protruding portion is composed only of the material of the surface electrode (or side electrode).
  • the protrusion height of the protrusion is preferably 0.5 to 8 ⁇ m.
  • the plurality of exposed portions occupy a total area occupied by a region far from the connecting portion with respect to the protruding portion of the surface electrode.
  • the ratio of the total area is preferably 10 to 40%.
  • the ratio of the total area occupied by the “exposed area” is preferably 0 to 20%.
  • the average of the equivalent diameters of the plurality of exposed portions is 0.8 to 5 ⁇ m.
  • the exposed portion may be a portion where the ceramic particles fixed on the surface of the surface electrode are exposed.
  • adheresion refers to a state in which the electrode material (particles) of the surface electrode and the ceramic particles are bonded directly or through glass.
  • the ceramic particles are exposed on the surface of the surface electrode means a state in which at least a part of the ceramic particles is exposed on the surface of the surface electrode.
  • the ceramic electrode protrudes from the surface of the surface electrode with respect to the electrode material (or its particle), or is disposed so as to be recessed so that the electrode material (or particle) and the ceramic particle are used as external electrodes. This indicates a state in which irregularities are formed on the surface of the film.
  • a formed body of the surface electrode is formed using an electrode material paste containing the ceramic particles, and the formed formed body is fired.
  • a molded body of the surface electrode is formed using a paste of an electrode material not containing the ceramic particles, the ceramic particles are dispersed on the surface of the formed molded body, and the molded body on which the ceramic particles are dispersed is formed. Bake. 3. Using the paste of the electrode material that does not contain the ceramic particles, the surface electrode molded body is formed, the formed molded body is fired, and a glass bonding method is used on the surface of the fired body formed by the firing. Then, the ceramic material is joined.
  • FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a 2-2 cross-sectional view of the piezoelectric device shown in FIG. It is an enlarged view of the Z1 part of FIG. It is a top view of the piezoelectric device shown in FIG. It is an enlarged view of the Z2 part of FIG. It is the figure which showed the mode of the cutting
  • FIG. 2 is a first view showing a manufacturing process of the piezoelectric device shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a second view showing a manufacturing process of the piezoelectric device shown in FIG. 1. It is a figure which shows the state with which the piezoelectric device shown in FIG. 1 was assembled
  • FIG. 11 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 of the “piezoelectric device assembled on a substrate” illustrated in FIG. 10.
  • FIG. 12 is a view corresponding to FIG. 11, showing a state where the solder gets over the protrusion and enters the “particle P interspersed region” of the surface electrode. It is a figure corresponding to FIG.
  • FIG. 4 of the piezoelectric device which concerns on the modification of embodiment of this invention. It is a figure corresponding to FIG. 4 of the piezoelectric device which concerns on the other modification of embodiment of this invention. It is a graph which shows the relationship between the height of a protrusion part, and a solder penetration
  • FIG. 2 of the piezoelectric device which concerns on the other modification of embodiment of this invention. It is a figure corresponding to FIG. 2 of the piezoelectric device which concerns on the other modification of embodiment of this invention. It is a figure corresponding to FIG. 2 of the piezoelectric device which concerns on the other modification of embodiment of this invention. It is a figure corresponding to FIG. 1 of the conventional piezoelectric device. It is a figure which shows the state with which the conventional piezoelectric device was assembled
  • FIG. 24 is a view corresponding to FIG. 23, showing a state where solder gets over the upper end surface of the side electrode and enters the surface (upper surface) of the surface electrode.
  • the piezoelectric device according to the present embodiment is a fired body, and has a rectangular parallelepiped main body 10 and the surface of the main body 10. And an external electrode 20 provided on the main body 10 so as to cover at least a part thereof.
  • the main body 10 has a plurality (six in this example) of piezoelectric layers 11 made of a piezoelectric material and a plurality (six in this example) of layered internal electrodes 12, and the piezoelectric layers are the uppermost layer and the lowermost layer.
  • 11 is a laminate in which the piezoelectric layers 11 and the internal electrodes 12 are alternately laminated. Each layer of the piezoelectric layer 11 and the internal electrode 12 is laminated in parallel with each other.
  • the size (after firing) of the main body 10 is, for example, a width (x-axis direction) of 0.2 to 10.0 mm, a depth (y-axis direction) of 0.1 to 10.0 mm, and a height (z-axis direction) of 0.1.
  • Each piezoelectric layer 11 (after firing) has a thickness (z-axis direction) of 1.0 to 100.0 ⁇ m
  • each internal electrode 12 (after firing) has a thickness (z-axis direction) of 0.3 to 5. 0 ⁇ m.
  • the external electrode 20 includes a surface electrode 21 that covers a part of the upper and lower surfaces of the main body 10, and a side electrode 22 that covers a part of the side surface of the main body 10.
  • the side electrode 22 is electrically connected to the internal electrode 12 and the surface electrode 21. More specifically, the (three) internal electrodes 12A, the surface electrode 21A, and the side electrode 22A (hereinafter collectively referred to as “first electrode group”) are electrically connected to each other, and (two ) The internal electrode 12B, the surface electrode 21B, and the side electrode 22B (hereinafter collectively referred to as “second electrode group”) are electrically connected to each other.
  • the first and second electrode groups are electrically insulated from each other by being connected via the piezoelectric layer 11 that is an insulator.
  • the (three) internal electrodes 12A electrically connected to each other and the (two) internal electrodes 12B electrically connected to each other constitute a comb-like electrode.
  • the thickness of the surface electrode 21 (after firing) is 0.5 to 10.0 ⁇ m
  • the thickness of the side electrode 22 (after firing) is 0.5 to 10.0 ⁇ m.
  • the number of internal electrodes is five, but the number of layers of the internal electrodes is not particularly limited (may be zero).
  • the deformation amount of the piezoelectric layer 11 (accordingly, the main body portion 10) can be controlled by adjusting the potential difference applied between the first and second electrode groups.
  • the piezoelectric device can be used as an actuator for controlling the position of an object. Examples of the object include an optical lens, a magnetic head, and an optical head.
  • the potential difference generated between the first and second electrode groups changes according to the deformation amount of the piezoelectric layer 11 (and hence the main body portion 10).
  • the piezoelectric device can be used as various sensors such as an ultrasonic sensor, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, an impact sensor, and a mass sensor.
  • piezoelectric ceramics As the material (piezoelectric material) of the piezoelectric layer 11, it is preferable to employ piezoelectric ceramics, electrostrictive ceramics, ferroelectric ceramics, or antiferroelectric ceramics.
  • Specific materials include lead zirconate, lead titanate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead antimony stannate, lead manganese tungstate, lead cobalt niobate, Examples thereof include ceramics containing barium titanate, sodium bismuth titanate, potassium sodium niobate, strontium bismuth tantalate, etc. alone or as a mixture.
  • the material of the external electrode 20 (surface electrode 21 and side electrode 22) and internal electrode 12 (electrode material) is preferably made of a metal that is solid at room temperature and has excellent conductivity, such as aluminum. , Titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, ruthenium, palladium, rhodium, silver, tin, tantalum, tungsten, iridium, platinum, gold, lead and other simple metals, or alloys thereof, Alternatively, a material that does not form a solid solution with the insulating material can be employed.
  • the surface electrode 21 and the side surface electrode 22 protrude from the surface of the “connection portion” (the four corners of the main body 10) in the thickness direction (z-axis direction) of the surface electrode 21.
  • Protruding portions h are provided. Each protrusion h extends along the direction (y-axis direction) in which the “connection portion” extends.
  • the protrusion h is made of the same material as that of the surface electrode 21 and the side electrode 22. The height A of the protrusion h (see FIG. 2) will be described later.
  • FIG. 3 which is an enlarged view of the Z1 portion of FIG. 2 and FIG. 4 which is a top view of this piezoelectric device
  • the “inner region” hereinafter referred to as “inner region”, see FIG. 4
  • a plurality of ceramic particles P are scattered so as to protrude from the surface of the surface electrode 21.
  • These ceramic particles P are fixed to the surface of the surface electrode 21.
  • the ceramic particle P does not exist on the surface of the protrusion h.
  • particles of a piezoelectric material having the same composition as the piezoelectric material are used as the ceramic particles P.
  • “Fixed” refers to a state in which the electrode material particles of the surface electrode 21 and the ceramic particles P are bonded directly or through glass.
  • “the ceramic particles P are exposed on the surface of the surface electrode 21” refers to a state in which at least a part of the ceramic particles P is visible on the surface of the surface electrode 21 (by microscopic observation or the like).
  • the ceramic particles P are arranged so as to protrude from the electrode material particles on the surface of the “inner region” of the surface electrode 21. Therefore, unevenness is formed on the surface of the “inner region” of the surface electrode 21 by the electrode material particles and the ceramic particles P.
  • the wettability of the “solder” with respect to the ceramic particles P is lower than the wettability of the “solder” with respect to the material of the surface electrode 21. Therefore, on the surface of the “inner region” of the surface electrode 21, “a portion where the surface of the ceramic material whose wettability with the solder is lower than the material of the surface electrode 21 is exposed (hereinafter referred to as“ exposed portion ”). It can be said that they are scattered.
  • the side surface electrode 22 is not provided with the ceramic particles P like the protruding portion h. Therefore, it can be said that the surface of the side electrode 22 is composed only of the material of the side electrode 22. As long as the surface of the side electrode 22 is composed only of the material of the side electrode 22, a plurality of ceramic particles P may be embedded in the side electrode 22.
  • portions corresponding to piezoelectric devices are arranged in a matrix at predetermined intervals.
  • a single large green laminate is formed which is included in a plurality (3 ⁇ 7) aligned.
  • This large green laminate includes a green laminate portion corresponding to the main body portion 10 and green electrode films corresponding to the surface electrodes 21 formed on the upper and lower surfaces thereof.
  • the green laminated body portion corresponding to the main body portion 10 is formed by alternately laminating green piezoelectric sheets corresponding to the piezoelectric layers 11 and green electrode films corresponding to the internal electrodes 12.
  • the green piezoelectric sheet is formed by molding a paste containing the piezoelectric material using one of well-known methods such as a doctor blade method.
  • the green electrode film is formed on the green piezoelectric sheet by forming a paste containing the electrode material using one of well-known methods such as screen printing, spray coating, and ink jet.
  • a green adhesive layer may be interposed between the green piezoelectric sheet and the green electrode film in order to ensure the press-bonding property between the green piezoelectric sheet and the green electrode film. In this case, the green adhesive layer is formed on the green piezoelectric sheet by using one of well-known methods such as coating.
  • FIG. 8 shows a cross section corresponding to FIG. 2 of the taken out part corresponding to one green piezoelectric device.
  • the green piezoelectric device corresponding part includes a green laminated body 10g corresponding to the main body part 10, and a green electrode film corresponding to the surface electrode 21 formed on the upper and lower surfaces of the green laminated body 10g. 21g, 21g.
  • the green laminated body 10g is a laminated body in which the piezoelectric sheets 11g are positioned as the uppermost layer and the lowermost layer, and the piezoelectric sheets 11g and the electrode films 12g are alternately laminated.
  • green electrode films 22g corresponding to the side electrodes 22 are respectively formed at predetermined positions on the side surfaces of the green piezoelectric device corresponding portion.
  • each green electrode film 22g is formed so that the above-described protrusions h are formed at the four corners of the green laminate 10g.
  • This formation is performed by forming a paste containing the electrode material using one of well-known methods such as screen printing, spray coating, and ink jet.
  • the green piezoelectric device corresponding portion shown in FIG. 9 is fired at a predetermined temperature (for example, 900 to 1200 ° C.) for a predetermined time (for example, the maximum temperature holding time is 0.5 to 3 hours). Is done. As a result, the piezoelectric device (after firing) shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.
  • a predetermined temperature for example, 900 to 1200 ° C.
  • a predetermined time for example, the maximum temperature holding time is 0.5 to 3 hours.
  • machining was performed with the electrode film 21g formed on the large green laminate.
  • an electrode film 21g is already formed on the corresponding portion at the stage where each corresponding portion of the green piezoelectric device is taken out by the machining.
  • machining may be performed in a state where the electrode film 21g is not formed in the large green laminate.
  • an electrode film 21g is formed on each green piezoelectric device corresponding part, and thereafter an electrode film 22g can be formed.
  • the electrode film 22g may be formed on each green piezoelectric device corresponding part, and then the electrode film 21g may be formed.
  • a green electrode film 21g corresponding to the surface electrode 21 is formed using a paste of an electrode material containing ceramic particles P. By firing the formed green electrode film 21g, the ceramic particles P are fixed to the surface of the inner region of the surface electrode 21.
  • a green electrode film 21g corresponding to the surface electrode 21 is formed using a paste of an electrode material that does not contain the ceramic particles P.
  • the ceramic particles P are uniformly dispersed only in the portion corresponding to the “inner region” on the surface of the formed green electrode film 21g.
  • the ceramic particles P are fixed to the surface of the inner region of the surface electrode 21.
  • a green electrode film 21g corresponding to the surface electrode 21 is formed using a paste of an electrode material that does not contain the ceramic particles P.
  • the formed green electrode film 21g is fired.
  • the ceramic particles P are bonded to the portion corresponding to the “inner region” on the surface of the surface electrode 21 formed by firing using the glass bonding method. As a result, the ceramic particles P are fixed to the surface of the inner region of the surface electrode 21.
  • the piezoelectric device according to the present embodiment described above is assembled to a substrate using solder as shown in FIGS. 10 and 11, for example.
  • both end portions of the lower surface of the piezoelectric device are placed on the upper surfaces of the opposite end portions of the pair of substrates positioned apart from each other (more specifically, the upper surfaces of the copper terminals provided on the upper surfaces of the end portions). Each is placed.
  • the pair of side electrodes 22A and 22B of the piezoelectric device and the ends of the pair of substrates are joined and fixed using solder. Thereby, the assembly of the piezoelectric device to the pair of substrates is completed.
  • the amount of deformation of the piezoelectric layer 11 changes by changing the potential difference applied between the first and second electrode groups. (See arrow shown in FIG. 11).
  • the distance (interval) between the pair of substrates changes.
  • the piezoelectric device can be used as an actuator for controlling the position of an object such as an optical lens.
  • the piezoelectric layer is changed by changing the magnitude of the force applied to the pair of substrates in the direction in which the distance (interval) between the substrates changes.
  • the piezoelectric device can also be used as various sensors such as a mass sensor.
  • the piezoelectric device according to the present embodiment can exhibit the following operations and effects when assembled on a substrate using solder.
  • the solder gets over the upper end surfaces of the side electrodes 22A and 22B, and the surface of the surface electrodes 21A and 21B. A situation of entering the (upper surface) may occur.
  • a protrusion h is provided on the surface of the connection portion of the surface electrode 21 and the side electrode 22. Therefore, when the side electrode 22 and the substrate are bonded and fixed using solder, the solder gets over the upper end surface of the side electrode 22 due to the presence of the protrusion h compared to the case where the protrusion h does not exist. Thus, it is difficult for a situation to enter the surface (upper surface) of the surface electrode 21.
  • the solder may get over the protrusion h and enter the surface of the “inner region” (see FIG. 4) of the surface electrode 21.
  • the ceramic particles P having lower wettability with the solder than the material of the surface electrode 21 are formed on the surface of the “inner region” of the surface electrode 21. 21 are scattered so as to protrude from the surface of 21 (see also the particle P interspersed region shown in FIG. 12). Therefore, the presence of these ceramic particles P can suppress the expansion of the range in which the solder wets and spreads in the “inner region”. As a result, the adverse effect on the “voltage-displacement characteristics” of the entire piezoelectric device can be suppressed.
  • the surface of the side electrode 22 is composed only of the material of the side electrode 22 (typically platinum) that has a relatively high wettability with the solder. Therefore, the solder tends to spread on the surface of the side electrode 22. Therefore, as described above, when the side electrode 22 and the substrate are joined and fixed using solder, the adhesion between the solder and the side electrode 22 and the bondability are increased, and the solder and the substrate are not bonded. The reliability regarding the electrical connection between them becomes high.
  • the thermal contraction characteristics during firing of the piezoelectric device body 10 and the material constituting the side electrode 22 and the protrusion h (a material having a relatively high wettability with solder, typically platinum).
  • the lengths of the depths of the side electrodes 22 and the protrusions h approach the end of the piezoelectric device in the width direction (x-axis direction).
  • the length in the y-axis direction can also be increased.
  • the portions where the portions are scattered on the surface of the side electrode 22 ” may be disposed at both ends in the depth direction (y-axis direction) of the piezoelectric device.
  • the piezoelectric device when the piezoelectric device is assembled to the substrate using solder, it is possible to suppress the occurrence of an electrical short circuit due to the solder wrapping around the front surface and the back surface of the piezoelectric element.
  • the portion whose surface is composed only of the material of the side electrode 22” and the protrusion h (the surface is composed of only the material of the side electrode 22) in the side electrode 22 are composed of a single layer.
  • a plurality of layers including a layer containing ceramic particles may be included.
  • the particle size of the electrode material (before firing) contained in the surface electrode paste was 0.1 to 1.0 ⁇ m, and the particle size of the piezoelectric material (before firing) was 0.01 to 1.0 ⁇ m.
  • the particle size of the piezoelectric material contained in the surface electrode 21 (after firing) was 0.5 to 7.0 ⁇ m.
  • the protrusion h is formed in the direction (y) where the “connection portion” extends on the surface of the “connection portion” (the four corner portions of the main body 10) of the surface electrode 21 and the side electrode 22. It was provided so as to extend along the axial direction) and to protrude in the thickness direction (z-axis direction) of the surface electrode 21.
  • the height A of the protrusion h is adjusted when the above-described green electrode film 22g (before firing) corresponding to the side electrode 22 is formed (see FIG. 9). Made by adjusting.
  • 20 samples each having a different height A of the protrusion h were produced for each height A.
  • Each sample was assembled to a substrate using solder as shown in FIGS. At that time, the amount of solder used was adjusted to twice the upper limit of the appropriate range determined in advance through various experiments.
  • solder penetration rate refers to the ratio of “number of solders that have entered the inner region” to “total number of samples” for each height A.
  • the height A of the protrusion h is less than 0.5 ⁇ m, the solder penetration rate becomes larger than zero.
  • the height A of the protrusion h is 0.5 ⁇ m or more, the solder penetration rate is maintained at zero.
  • the height A of the protrusion h is preferably 0.5 ⁇ m or more.
  • the height A of the protrusion h is 8 ⁇ m or less.
  • the height A of the protrusion h is preferably 0.5 to 8 ⁇ m. It is more preferable that the height A of the protruding portion h is 0.5 to 6 ⁇ m or 1.5 to 5 ⁇ m.
  • this ratio (A / B) is 1 to 20%. Is preferred.
  • the ratio of the area occupied by the exposed portion means “the total area occupied by the inner region of the surface electrode 21 when the surface electrode 21 is viewed from the direction perpendicular to the surface of the surface electrode 21 (z-axis direction)”. It refers to the ratio of “total area occupied by the exposed portion where the ceramic particles P are exposed” to “area”.
  • the adjustment of “the ratio of the area occupied by the exposed portion” was made by adjusting the particle size and the number of particles of the ceramic particles P fixed to the surface of the surface electrode 21.
  • 20 samples each having a different “ratio of the area occupied by the exposed portion” were produced for each ratio.
  • Each sample was assembled to a substrate using solder as shown in FIGS. At that time, the amount of solder used was adjusted to twice the upper limit of an appropriate range determined in advance through various experiments and the like so as to surely get over the protrusion h.
  • solder passage rate based on whether or not it is reached was evaluated. “Solder passage rate” refers to the ratio of “number of solders reaching the reference site” to “total number of samples” for each area ratio. In addition, the “displacement rate reduction rate” was evaluated for each sample.
  • the “displacement reduction rate” is an experiment with respect to the displacement (a) of the piezoelectric device when a reference voltage is applied to a reference sample in which no ceramic particles P are present in the inner region (that is, the area ratio is zero).
  • the amount of displacement decreases when the surface electrode 21 contains ceramic particles or the surface of the main body 10 is exposed from the surface of the surface electrode 21 when the voltage is applied to the piezoelectric device. This is because the expansion and contraction of the electrode 21 is limited.
  • the solder passage rate is greater than zero, and when the area ratio is 10% or more, the solder passage rate is Maintained at zero.
  • the area ratio is greater than 40%, the displacement amount decrease rate is greater than zero, and when the area ratio is 40% or less, the displacement amount decrease rate is maintained at zero.
  • the “ratio of the area occupied by the exposed portion” is 10 to 40. % Is preferred. More preferably, the area ratio is 10 to 35% or 20 to 35%.
  • the average equivalent diameter means “ceramic particles P scattered in the inner region of the surface electrode 21” obtained when the surface electrode 21 is viewed from a direction perpendicular to the surface of the surface electrode 21 (z-axis direction). The average value of the equivalent diameter for each area of the exposed portion of “.
  • the adjustment of the average equivalent diameter was made by adjusting the particle size of the ceramic particles P fixed to the surface of the surface electrode 21.
  • 20 samples with different average equivalent diameters were produced for each diameter. Each sample was assembled to a substrate using solder as shown in FIGS. At that time, the amount of solder used was adjusted to an amount twice the upper limit of an appropriate range determined in advance through various experiments so that the solder can surely get over the protrusion h. For each sample, the same “solder passage rate” and “displacement rate reduction rate” as in Experiment B were evaluated.
  • the average equivalent diameter is 0.8 to 5 ⁇ m.
  • the diameter is 0.8 to 3 ⁇ m, or 0.8 to 2 ⁇ m.
  • the exposed portion is formed by exposing a plurality of ceramic particles P protruding from the surface of the surface electrode 21.
  • the ceramic material specifically, the material of the piezoelectric layer 11
  • the ceramic material may be formed by being exposed from the surface of the surface electrode 21.
  • one projecting portion h is provided in the “connection portion” of the surface electrode 21 and the side electrode 22, but as shown in FIG.
  • a “connection portion” of the surface electrode 21 and the side electrode 22, and one protrusion h may be provided on the surface electrode 21.
  • one protruding portion h is provided in the “connection portion” of the surface electrode 21 and the side electrode 22, but as shown in FIG. In each of the four corners of the part 10, one protrusion h may be provided on the surface electrode 21.
  • a pair of surface electrodes 21A and 21B are provided on the upper and lower surfaces of the piezoelectric device, respectively, but as shown in FIG. 21, the surface electrode 21A is provided only on one side of the upper surface of the piezoelectric device.
  • the surface electrode 21B may be provided only on the other side of the lower surface of the piezoelectric device.
  • the protrusion h is made of the material of the side electrode 22 (or the surface electrode 21), but may be made of other materials (for example, resin). In this case, the protrusion is provided after the entire piezoelectric device is fired.
  • “solder” is used as the conductive bonding material, but other than “solder” as long as the wettability with the ceramic material is lower than the wettability with the surface electrode material.
  • the conductive bonding material may be used.
  • the main body 10 is a laminated body in which the piezoelectric layers 11 and the internal electrodes 12 are alternately stacked.
  • the main body 10 is made of only a piezoelectric material (no internal electrodes). It may be.
  • the main body 10 may be a ceramic body made only of a ceramic material other than the piezoelectric material (without an internal electrode).
  • the piezoelectric material particles are used as the ceramic particles P.
  • ceramic particles other than the piezoelectric material may be used.

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Abstract

　この圧電デバイスは、本体部１０と、外部電極２１、２２と、を備えた焼成体である。外部電極は、本体部１０の上下面を覆う表面電極２１と、本体部１０の側面を覆い且つ表面電極２１と接続する側面電極２２と、を備える。側面電極２２の表面は、側面電極２２の材料のみで構成される。表面電極２１の表面、又は、表面電極２１及び側面電極２２の接続部分の表面には、前記接続部分が延在する方向に沿って延在し且つ表面電極２１の厚さ方向に向けて突出する突出部ｈが設けられる。表面電極２１の表面における、突出部ｈに対して前記接続部分から遠い側の領域には、はんだとの間のぬれ性が表面電極２１の材料より低いセラミックス材料の表面が露呈する複数の露呈部分が点在する。これにより、はんだが側面電極の上端面を乗り越えて表面電極の表面に侵入し難い圧電デバイスが提供され得る。

Description

セラミックスデバイス、及び圧電デバイス
　本発明は、セラミックスデバイスに関し、特に、圧電デバイスに関する。圧電デバイスは、圧電／電歪デバイスとも称呼される。
　この種の圧電デバイスの一例として、国際公開第２０１２／１３２６６１号パンフレットには、図２２に示すように、本体部１００と、外部電極２００と、を備えた焼成体である圧電デバイスが記載されている。図２２に示す圧電デバイスでは、本体部１００は、圧電層１１０と内部電極１２０とが交互に積層された積層体である。外部電極２００は、本体部１００の上面の一部を覆う一対の表面電極２１０、２１０と、本体部１００の対応する側の側面の少なくとも一部を覆い且つ対応する側の内部電極１２０及び表面電極２１０と接続する一対の側面電極２２０、２２０と、を備える。
　この種の圧電デバイスは、光学レンズの位置制御用素子（例えば、カメラ用オートフォーカスやズーム用の超音波モータ）や、磁気的情報等の読取り及び／又は書込み用素子の位置制御用素子（例えば、ハードディスクドライブの磁気ヘッド用のアクチュエータ）、或いは機械的振動を電気信号に変換するセンサ等として活発に開発されてきている。
　ところで、図２２に示す圧電デバイスは、例えば、図２３に示すように、はんだを利用して基板に組み付けられる場合がある。図２３に示す例では、圧電デバイスの下面の両端部が、互いに離れて位置する一対の基板の向かい合う端部の上面にそれぞれ載置された状態で、圧電デバイスの一対の側面電極２２０、２２０と一対の基板の端部とが、はんだを利用して接合・固定されている。
　この場合、使用されるはんだの量が多すぎる等の理由によって、図２４に白い矢印で示すように、はんだが側面電極２２０の上端面を乗り越えて、表面電極２１０の表面（上面）に侵入する事態が発生し得る。係る事態が発生すると、表面電極２１０の表面にはんだが付着することに起因して、圧電デバイスへの電圧印加時にて表面電極２１０の伸縮が制限され、圧電デバイス全体としての「電圧－変位特性」に悪影響を与える恐れがある。更には、表面電極２１０の表面にはんだが侵入する程度が過剰になると、一対の表面電極２１０、２１０の間の隙間にはんだが侵入し、一対の表面電極２１０、２１０が電気的に短絡する恐れもある。
　以上のように、はんだが側面電極の上端面を乗り越えて、表面電極の表面に侵入することは、圧電デバイスの「電圧－変位特性」に悪影響を与えることに繋がるので、好ましくない。本発明の目的は、はんだが側面電極の上端面を乗り越えて表面電極の表面に侵入し難いセラミックスデバイス（圧電デバイス）を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明に係るセラミックスデバイス（圧電デバイス）の特徴は、前記側面電極の表面は、前記側面電極の材料のみで構成され（特徴１）、前記表面電極の表面、又は、前記表面電極及び前記側面電極の接続部分の表面には、前記接続部分が延在する方向に沿って延在し且つ前記表面電極の厚さ方向に向けて突出する突出部が設けられ（特徴２）、前記表面電極の表面における「前記突出部に対して前記接続部分から遠い側の領域」（以下、「内側領域」と呼ぶ）には、導電性接合材との間のぬれ性が前記表面電極の材料より低いセラミックス材料の表面が露呈する複数の露呈部分が点在すること（特徴３）、にある。
　ここにおいて、前記露呈部分のセラミックス材料は、前記本体部に含まれる前記圧電材料と同じ組成を有する圧電材料であることが好適である。また、前記表面電極（及び、側面電極）は、白金材料で構成され、前記導電性接合材は、はんだ材料であることが好ましい。また、前記「露呈部分」の表面は、前記表面電極の表面に対して、突出していても、窪んでいてもよい。また前記「露呈部分」の窪んでいる部分は、前記本体部に含まれる圧電材料が露呈している部分であっても良い。また、前記突出部の表面は、前記表面電極（又は、側面電極）の材料のみで構成されることが好適である。
　上記（特徴１）によれば、側面電極の表面が、導電性接合材（典型的には、はんだ）との間のぬれ性が比較的高い側面電極の材料（典型的には、白金）のみで構成されるので、導電性接合材が側面電極の表面にぬれ広がり易い。従って、例えば、上述のように、側面電極と基板とが導電性接合材を利用して接合・固定される際、導電性接合材と側面電極との間の密着性、及び接合性が高くなり、導電性接合材と基板との間の電気的接続に関する信頼性が高くなる。
　上記（特徴２）によれば、上述のように、側面電極と基板とが導電性接合材を利用して接合・固定される際、上述の突出部の存在によって、導電性接合材が側面電極の上端面を乗り越えて表面電極の表面（上面）に侵入する事態が発生し難くなる。
　上記（特徴３）によれば、仮に、導電性接合材が側面電極の上端面を乗り越え、更に上記突出部を乗り越えることによって、導電性接合材が表面電極の表面の「内側領域」に侵入したとしても、導電性接合材との間のぬれ性が低い前記「露呈部分」の存在によって、導電性接合材が「内側領域」においてぬれ広がる範囲の拡大が抑制され得る。この結果、圧電デバイスへの電圧印加時にて表面電極の伸縮が制限される程度が抑えられ、圧電デバイス全体としての「電圧－変位特性」に与えられる悪影響の程度を抑えることができる。
　前記突出部の突出高さは、０．５～８μｍであることが好適である。また、前記表面電極を前記表面電極の表面に垂直な方向からみたとき、前記表面電極における前記突出部に対して前記接続部分から遠い側の領域が占める総面積に対する、前記複数の露呈部分が占める総面積の割合は、１０～４０％であることが好ましい。前記表面電極における前記突出部に対して前記接続部分から遠い側の領域が占める総面積に対する、前記複数の露呈部分における「前記表面電極の表面に対して窪み且つ前記本体部に含まれる圧電材料が露呈している領域」が占める総面積の割合は、０～２０％であることが好ましい。更には、前記表面電極を前記表面電極の表面に垂直な方向からみたとき、前記複数の露呈部分のそれぞれの等価直径の平均は、０．８～５μｍであることが好適である。これらの点については、後に詳述する。
　前記露呈部分は、表面電極の表面に固着したセラミックス粒子が露呈している部分であってもよい。ここにおいて、「固着」とは、表面電極の電極材料（の粒子）とセラミックス粒子とが直接又はガラスを介して接合している状態を指す。また、「セラミックス粒子が表面電極の表面に露呈する」とは、セラミックス粒子の少なくとも一部が表面電極の表面に露呈する状態を指す。更にいえば、表面電極の表面において電極材料（の粒子）に対してセラミックス粒子が突出して配置される、或いは、窪んで配置されることによって、電極材料（の粒子）とセラミックス粒子とで外部電極の表面に凹凸が形成される状態を指す。
　前記セラミックス粒子を前記表面電極の表面に固着させるため、以下の３つの手法が考えられる。
１．前記セラミックス粒子を含む電極材料のペーストを利用して前記表面電極の成形体を形成し、前記形成された成形体を焼成する。
２．前記セラミックス粒子を含まない電極材料のペーストを利用して前記表面電極の成形体を形成し、前記形成された成形体の表面に前記セラミックス粒子を散布し、前記セラミックス粒子が散布された成形体を焼成する。
３．前記セラミックス粒子を含まない電極材料のペーストを利用して前記表面電極の成形体を形成し、前記形成された成形体を焼成し、前記焼成によって形成された焼成体の表面にガラス接合法を利用して前記セラミックス材料を接合する。
本発明の実施形態に係る圧電デバイスの斜視図である。 図１に示した圧電デバイスの２－２断面図である。 図２のＺ１部の拡大図である。 図１に示した圧電デバイスの上面図である。 図２のＺ２部の拡大図である。 基材上に形成された大きな積層体を切断して同一工程で多数個の圧電デバイス対応部を取り出す際の切断の様子を示した図である。 切断によって基材上に多数個の圧電デバイス対応部が取り出された状態を示した図である。 図１に示した圧電デバイスの製造過程を示す第１の図である。 図１に示した圧電デバイスの製造過程を示す第２の図である。 図１に示した圧電デバイスが、はんだを利用して基板に組み付けられた状態を示す図である。 図１０に示した「基板に組み付けられた状態の圧電デバイス」の図２に対応する断面図である。 はんだが、突出部を乗り越えて表面電極の「粒子Ｐ点在領域」に侵入する状態を示す、図１１に対応する図である。 本発明の実施形態の変形例に係る圧電デバイスの図４に対応する図である。 本発明の実施形態の他の変形例に係る圧電デバイスの図４に対応する図である。 突出部の高さと、はんだ侵入率と、の関係を示すグラフである。 粒子Ｐが占める面積の割合と、はんだ通過率及び変位量低下率と、の関係を示すグラフである。 粒子Ｐの平均等価直径と、はんだ通過率及び変位量低下率と、の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態の変形例に係る圧電デバイスの図３に対応する図である。 本発明の実施形態の他の変形例に係る圧電デバイスの図２に対応する図である。 本発明の実施形態の他の変形例に係る圧電デバイスの図２に対応する図である。 本発明の実施形態の他の変形例に係る圧電デバイスの図２に対応する図である。 従来の圧電デバイスの図１に対応する図である。 従来の圧電デバイスが、はんだを利用して基板に組み付けられた状態を示す図である。 はんだが、側面電極の上端面を乗り越えて表面電極の表面（上面）に侵入する状態を示す、図２３に対応する図である。
　以下、図面を参照しながら本発明による圧電デバイスの実施形態について説明する。
（構成）
　図１、及び、図１の２－２断面図である図２に示すように、本実施形態に係る圧電デバイスは、焼成体であり、直方体状の本体部１０と、本体部１０の表面の少なくとも一部を覆うように本体部１０に設けられた外部電極２０と、を備える。
　本体部１０は、圧電材料からなる複数（本例では６つ）の圧電層１１と、複数（本例では５つ）の層状の内部電極１２とを有し、最上層及び最下層として圧電層１１が位置し且つ圧電層１１と内部電極１２とが交互に積層された積層体である。圧電層１１と内部電極１２の各層は互いに平行に積層されている。本体部１０のサイズ（焼成後）は、例えば、幅（ｘ軸方向）０．２～１０．０ｍｍ、奥行き（ｙ軸方向）０．１～１０．０ｍｍ、高さ（ｚ軸方向）０．０１～１０．０ｍｍである。各圧電層１１（焼成後）の厚さ（ｚ軸方向）は１．０～１００．０μｍであり、各内部電極１２（焼成後）の厚さ（ｚ軸方向）は０．３～５．０μｍである。
　図２に示すように、外部電極２０は、本体部１０の上下面の一部を覆う表面電極２１と、本体部１０の側面の一部を覆う側面電極２２とを備える。側面電極２２は、内部電極１２及び表面電極２１と電気的に接続されている。より具体的には、（３つの）内部電極１２Ａ、表面電極２１Ａ、及び側面電極２２Ａ（以下、これらを総称して「第１電極群」と呼ぶ）が互いに電気的に接続され、（２つの）内部電極１２Ｂ、表面電極２１Ｂ、及び側面電極２２Ｂ（以下、これらを総称して「第２電極群」と呼ぶ）が互いに電気的に接続されている。
　第１、第２電極群は、絶縁体である圧電層１１を介して接続されることによって、互いに電気的に絶縁されている。換言すると、互いに電気的に接続された（３つの）内部電極１２Ａと、互いに電気的に接続された（２つの）内部電極１２Ｂとは、櫛歯状の電極を構成している。表面電極２１（焼成後）の厚さは０．５～１０．０μｍであり、側面電極２２（焼成後）の厚さは０．５～１０．０μｍである。なお、本例では、内部電極が５層となっているが、内部電極の層の数は特に限定されない（ゼロであってもよい）。
　この圧電デバイスでは、第１、第２電極群の間に与える電位差を調整することによって圧電層１１（従って、本体部１０）の変形量が制御され得る。この原理を利用することによって、この圧電デバイスは、対象物の位置を制御するアクチュエータとして利用され得る。この対象物として、光学レンズ、磁気ヘッド、光ヘッド等が挙げられる。また、この圧電デバイスでは、圧電層１１（従って、本体部１０）の変形量に応じて第１、第２電極群の間に発生する電位差が変化する。この原理を利用することによって、この圧電デバイスは、超音波センサ、加速度センサ、角速度センサ、衝撃センサ、質量センサ等の各種センサとしても利用され得る。
　圧電層１１の材料（圧電材料）としては、圧電セラミックス、電歪セラミックス、強誘電体セラミックス、或いは反強誘電体セラミックスが採用されることが好適である。具体的な材料としては、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス等を単独であるいは混合物として含有するセラミックスが挙げられる。
　外部電極２０（表面電極２１と側面電極２２）、及び内部電極１２の材料（電極材料）としては、室温で固体であり、導電性に優れた金属で構成されていることが好ましく、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等の金属単体、もしくはこれらの合金、もしくは絶縁材料と固溶しない材料が採用され得る。
　図２に示すように、表面電極２１及び側面電極２２の「接続部分」（本体部１０の４角の部分）の表面には、表面電極２１の厚さ方向（ｚ軸方向）に向けて突出する突出部ｈがそれぞれ設けられている。各突出部ｈは、「接続部分」が延在する方向（ｙ軸方向）に沿って延在している。本実施形態では、突出部ｈは、表面電極２１及び側面電極２２の材料と同じ材料で構成されている。突出部ｈの高さＡ（図２を参照）については後述する。
　図２のＺ１部の拡大図である図３、及び、この圧電デバイスの上面図である図４に示すように、表面電極２１の表面における「突出部ｈに対して幅方向（ｘ軸方向）の内側の領域」（以下、「内側領域」と呼ぶ。図４を参照）には、複数のセラミックス粒子Ｐが、表面電極２１の表面から突出して露呈するように点在している。これらのセラミックス粒子Ｐは、表面電極２１の表面に固着している。図４に示すように、突出部ｈの表面には、セラミックス粒子Ｐが存在しない。
　本実施形態では、セラミックス粒子Ｐとして、前記圧電材料と同じ組成を有する圧電材料の粒子が使用されている。「固着」とは、表面電極２１の電極材料の粒子とセラミックス粒子Ｐとが直接又はガラスを介して接合している状態を指す。また、「セラミックス粒子Ｐが表面電極２１の表面に露呈する」とは、セラミックス粒子Ｐの少なくとも一部が表面電極２１の表面にて（顕微鏡観察等によって）見える状態を指す。本実施形態では、表面電極２１の「内側領域」の表面において、電極材料の粒子に対してセラミックス粒子Ｐが突出して配置されている。従って、電極材料の粒子とセラミックス粒子Ｐとによって、表面電極２１の「内側領域」の表面に凹凸が形成されている。
　セラミックス粒子Ｐに対する「はんだ」のぬれ性は、表面電極２１の材料に対する「はんだ」のぬれ性に対して低い。従って、表面電極２１の「内側領域」の表面には、「はんだとの間のぬれ性が表面電極２１の材料より低いセラミックス材料の表面が露呈する部分（以下、「露呈部分」と呼ぶ）が点在している、といえる。
　一方、図２のＺ２部の拡大図である図５に示すように、側面電極２２には、上記突出部ｈと同様、セラミックス粒子Ｐが配置されていない。従って、側面電極２２の表面は、側面電極２２の材料のみで構成されている、といえる。なお、側面電極２２の表面が側面電極２２の材料のみで構成されている限りにおいて、複数のセラミックス粒子Ｐが側面電極２２の内部に埋設されていてもよい。
（製造方法）
　次に、上記圧電デバイスの製造方法について簡単に説明する。なお、外部電極２０にセラミックス粒子Ｐを含ませる方法については後述する。以下、「焼成前」であることは、対応する部材の名称に「グリーン」を付し、或いは、対応する部材の符号の末尾に「ｇ」を付すことによって示される。
　本例では、先ず、図６に示すように、平板状の基材上に、圧電デバイスに対応する部分（以下、「グリーン圧電デバイス対応部」と呼ぶ）が所定の間隔をおいてマトリクス状に複数個（３×７個）整列した状態で含まれる１枚の大きなグリーン積層体が形成される。この大きなグリーン積層体は、本体部１０に対応するグリーン積層体部と、その上下面に形成された表面電極２１に対応するグリーン電極膜と、を含む。
　本体部１０に対応するグリーン積層体部は、圧電層１１に対応するグリーン圧電シートと、内部電極１２に対応するグリーン電極膜とが交互に積層されて形成される。グリーン圧電シートは、ドクターブレード法等の周知の手法の一つを利用して前記圧電材料を含むペーストを成形することによって形成される。グリーン圧電シート上へのグリーン電極膜の形成は、スクリーン印刷、スプレーコート、インクジェット等の周知の手法の一つを利用して前記電極材料を含むペーストを成形することによってなされる。グリーン圧電シートとグリーン電極膜との圧着性をより確実とするため、グリーン圧電シートとグリーン電極膜との間にグリーン接着層が介装されてもよい。この場合、グリーン圧電シート上へのグリーン接着層の形成は、塗付等の周知の手法の一つを利用してなされる。
　次いで、図６に示す切断線（２点鎖線を参照）に沿って切断加工、パンチ加工等の機械加工を施す。この結果、図７に示すように、基材上において、複数個（３×７個）のグリーン圧電デバイス対応部を同一工程で取り出すことができる。以下、説明の便宜上、取り出された複数のグリーン圧電デバイス対応部のうちの１つのみに着目して説明を続ける。
　図８は、取り出された１つのグリーン圧電デバイス対応部の図２に対応する断面を示す。図８に示すように、本例では、グリーン圧電デバイス対応部は、本体部１０に対応するグリーン積層体１０ｇと、グリーン積層体１０ｇの上下面に形成された表面電極２１に対応するグリーン電極膜２１ｇ、２１ｇとから構成される。グリーン積層体１０ｇは、最上層及び最下層として圧電シート１１ｇが位置し且つ圧電シート１１ｇと電極膜１２ｇとが交互に積層された積層体である。
　次に、図９に示すように、グリーン圧電デバイス対応部の側面の所定箇所にそれぞれ、側面電極２２に対応するグリーン電極膜２２ｇが形成される。その際、グリーン積層体１０ｇの４隅の部分に上述した突出部ｈがそれぞれ形成されるように、各グリーン電極膜２２ｇが形成される。この形成は、スクリーン印刷、スプレーコート、インクジェット等の周知の手法の一つを利用して前記電極材料を含むペーストを成形することによってなされる。
　そして、図９に示したグリーン圧電デバイス対応部に対し、所定温度（例えば、９００～１２００℃）で所定時間（例えば最高温度の保持時間が、０．５～３時間）に亘って焼成が実行される。この結果、図１及び図２に示す圧電デバイス（焼成後）が得られる。
　なお、上述した例では、前記大きなグリーン積層体において電極膜２１ｇが形成された状態で機械加工がなされた。この結果、図８に示すように、各グリーン圧電デバイス対応部が前記機械加工によって取り出された段階にて既に、同対応部には電極膜２１ｇが形成されている。これに対し、前記大きなグリーン積層体において電極膜２１ｇが形成されていない状態で機械加工がなされてもよい。この場合、各グリーン圧電デバイス対応部が前記機械加工によって取り出された後に、各グリーン圧電デバイス対応部に対して電極膜２１ｇが形成され、その後、電極膜２２ｇが形成され得る。また、各グリーン圧電デバイス対応部に対して電極膜２２ｇが形成され、その後、電極膜２１ｇが形成されてもよい。
（表面電極２１の内側領域にセラミックス粒子Ｐを固着させる方法）
　次に、表面電極２１の内側領域にセラミックス粒子Ｐを固着させる方法について説明する。第１、第２、及び、第３の方法について順に説明する。
＜第１の方法＞
　セラミックス粒子Ｐを含む電極材料のペーストを利用して表面電極２１に対応するグリーン電極膜２１ｇを形成する。形成されたグリーン電極膜２１ｇを焼成することによってセラミックス粒子Ｐが表面電極２１の内側領域の表面に固着される。
＜第２の方法＞
　セラミックス粒子Ｐを含まない電極材料のペーストを利用して表面電極２１に対応するグリーン電極膜２１ｇを形成する。形成されたグリーン電極膜２１ｇの表面における「内側領域」に対応する部分にのみセラミックス粒子Ｐを均一に散布する。セラミックス粒子Ｐが散布されたグリーン電極膜２１ｇを焼成することによって、セラミックス粒子Ｐが表面電極２１の内側領域の表面に固着される。この方法の場合、電極材料の粒子とセラミックス粒子Ｐとの固着性を高めるため、セラミックス粒子Ｐの散布後においてセラミックス粒子Ｐが散布されたグリーン電極膜２１ｇの表面の部分を加圧することが好ましい。
＜第３の方法＞
　セラミックス粒子Ｐを含まない電極材料のペーストを利用して表面電極２１に対応するグリーン電極膜２１ｇを形成する。形成されたグリーン電極膜２１ｇを焼成する。焼成によって形成された表面電極２１の表面における「内側領域」に対応する部分にのみガラス接合法を利用してセラミックス粒子Ｐを接合する。これにより、セラミックス粒子Ｐが表面電極２１の内側領域の表面に固着される。
（圧電デバイスの組み付けの一例）
　以上、説明した本実施形態に係る圧電デバイスは、例えば、図１０及び図１１に示すように、はんだを利用して基板に組み付けられる。この例では、先ず、圧電デバイスの下面の両端部が、互いに離れて位置する一対の基板の向かい合う端部の上面（より具体的には、端部の上面に設けられた銅端子の上面）にそれぞれ載置される。次に、この状態で、圧電デバイスの一対の側面電極２２Ａ、２２Ｂと一対の基板の端部とが、はんだを利用して接合・固定される。これにより、一対の基板に対する圧電デバイスの組み付けが完了する。
　このように一対の基板に対して組み付けられた圧電デバイスでは、第１、第２電極群の間に与える電位差を変更することによって、圧電層１１（従って、本体部１０）の変形量が変化する（図１１に示す矢印を参照）。この結果、一対の基板間の距離（間隔）が変化する。この原理を利用して、この圧電デバイスは、光学レンズ等の対象物の位置を制御するアクチュエータとして利用され得る。或いは、このように一対の基板に対して組み付けられた圧電デバイスでは、一対の基板に対して基板間の距離（間隔）が変化する方向に加えられる力の大きさを変更することによって、圧電層１１（従って、本体部１０）の変形量が変化し（図１１に示す矢印を参照）、その変形量に応じて第１、第２電極群の間に発生する電位差が変化する。この原理を利用して、この圧電デバイスは、質量センサ等の各種センサとしても利用され得る。
（作用・効果）
　次に、本実施形態に係る圧電デバイスは、図１０及び図１１に示すように、はんだを利用して基板に組み付けられる場合に、以下の述べる作用・効果を奏し得る。この場合、例えば、使用されるはんだの量が多すぎる等の理由によって、図１２に白い矢印で示すように、はんだが側面電極２２Ａ、２２Ｂの上端面を乗り越えて、表面電極２１Ａ、２１Ｂの表面（上面）に侵入する事態が発生し得る。係る事態が発生すると、表面電極２１Ａ、２１Ｂの表面にはんだが付着することに起因して、圧電デバイスへの電圧印加時にて表面電極２１Ａ、２１Ｂの伸縮が制限され、圧電デバイス全体としての「電圧－変位特性」に悪影響を与える恐れがある。更には、表面電極２１Ａ、２１Ｂの表面にはんだが侵入する程度が過剰になると、表面電極２１Ａ、２１Ｂの間の隙間（図１２に示す、絶縁領域を参照）にはんだが侵入し、表面電極２１Ａ、２１Ｂが電気的に短絡する恐れもある。
　この点、本実施形態では、図１２に示すように、表面電極２１及び側面電極２２の接続部分の表面に突出部ｈが設けられている。従って、側面電極２２と基板とがはんだを利用して接合・固定される際、突出部ｈの存在によって、突出部ｈが存在しない場合と比較して、はんだが側面電極２２の上端面を乗り越えて表面電極２１の表面（上面）に侵入する事態が発生し難くなる。
　ただし、たとえ突出部ｈが設けられていても、はんだが突出部ｈを乗り越えて表面電極２１の上記「内側領域」（図４を参照）の表面に侵入している場合も発生し得る。この点、本実施形態では、図４に示すように、表面電極２１の「内側領域」の表面には、表面電極２１の材料よりはんだとの間のぬれ性が低いセラミックス粒子Ｐが、表面電極２１の表面から突出して露呈するように点在している（図１２に示す、粒子Ｐ点在領域も参照）。従って、これらのセラミックス粒子Ｐの存在によって、はんだが「内側領域」においてぬれ広がる範囲の拡大が抑制され得る。この結果、圧電デバイス全体としての「電圧－変位特性」に与える悪影響の程度が抑制され得る。
　更には、本実施形態では、側面電極２２の表面が、はんだとの間のぬれ性が比較的高い側面電極２２の材料（典型的には、白金）のみで構成される。従って、はんだが側面電極２２の表面にぬれ広がり易い。従って、上述のように、側面電極２２と基板とがはんだを利用して接合・固定される際、はんだと側面電極２２との間の密着性、及び接合性が高くなり、はんだと基板との間の電気的接続に関する信頼性が高くなる。
　本実施形態では、側面電極２２及び突出部ｈを構成する材料（はんだとの間のぬれ性が比較的高い材料、典型的には白金）と圧電デバイス本体部１０との焼成時における熱収縮特性を制御することによって、図１３に示すように、圧電デバイスを上からみたときに、圧電デバイスの幅方向（ｘ軸方向）の端に近づくにつれて側面電極２２及び突出部ｈの奥行きの長さ（ｙ軸方向の長さ）を大きくすることもできる。これにより、圧電デバイスを基板に組み付けた際において、圧電デバイスと基板との接触面積を増加することができる。この結果、圧電デバイスと基板との電気的接続部の機械的強度を大きくすることができる。
　また、図１４に示すように、側面電極２２における「表面が側面電極２２の材料（典型的には、白金）のみで構成される部分」、並びに、突出部ｈ（表面が側面電極２２の材料（典型的には、白金）のみで構成される）を、圧電デバイスの奥行方向（ｙ軸方向）の中央部のみに配置し、側面電極２２における「複数のセラミックス粒子Ｐの表面が露呈する露呈部分が側面電極２２の表面に点在する部分」を、圧電デバイスの奥行方向（ｙ軸方向）の両端部に配置してもよい。これにより、圧電デバイスをはんだを用いて基板に組み付けた際、はんだが圧電素子の正面及び背面に回り込むことに起因する電気的な短絡の発生を抑制することが可能である。この場合、側面電極２２における「表面が側面電極２２の材料のみで構成される部分」、並びに、突出部ｈ（表面が側面電極２２の材料のみで構成される）は、単層で構成されても、セラミックス粒子を含む層を内部に含む複数層で構成されても良い。
（突出部の突出高さ）
　次に、上述した突出部ｈの突出高さＡ（図２を参照）の最適な範囲について考察するために行った実験Ａについて説明する。この実験Ａでは、上述した製造方法を利用して作製された圧電デバイスのサンプルであって、圧電層１１の厚さが２０．０μｍ、内部電極１２の厚さが２．０μｍ、圧電層１１の層数が１０層で、外部電極２０（表面電極２１及び側面電極２２）の厚さが５．０μｍ、全体のサイズが幅２．０ｍｍ、奥行き１．０ｍｍ、高さ０．２ｍｍであり、焼成温度が１２００℃のものが使用された。各数値は焼成後の値である。表面電極ペーストに含まれる電極材料（焼成前）の粒径は０．１～１．０μｍであり、圧電材料（焼成前）の粒径は０．０１～１．０μｍであった。表面電極２１（焼成後）に含まれる圧電材料の粒径は０．５～７．０μｍであった。
　突出部ｈは、図２等に示すように、表面電極２１及び側面電極２２の「接続部分」（本体部１０の４角の部分）の表面において、「接続部分」が延在する方向（ｙ軸方向）に沿って延在し且つ表面電極２１の厚さ方向（ｚ軸方向）に向けて突出するように設けられた。
　突出部ｈの高さＡの調整は、側面電極２２に対応する上述したグリーン電極膜２２ｇ（焼成前）が形成される際において（図９を参照）、突出部ｈに対応する部分の形状を調整することによってなされた。この実験Ａでは、突出部ｈの高さＡが異なるそれぞれの上記サンプルが、各高さＡについて２０個ずつ作製された。各サンプルが、図１０及び図１１に示すように、はんだを利用して基板に組み付けられた。その際、使用されるはんだの量が、種々の実験等を通して予め決定されている適正の範囲の上限の２倍の量に調整された。
　そして、各サンプルについて、はんだが突出部ｈを乗り越えて表面電極２１の上記「内側領域」（図４を参照）の表面に侵入するか否かに基づく「はんだ侵入率」が評価された。「はんだ侵入率」とは、各高さＡについて、「サンプルの総数」に対する「はんだが内側領域に侵入したものの個数」の割合を指す。
　図１５から理解できるように、突出部ｈの高さＡが０．５μｍ未満であると、はんだ侵入率がゼロより大きくなる。一方、突出部ｈの高さＡが０．５μｍ以上であると、はんだ侵入率がゼロに維持される。以上より、はんだの内側領域への侵入を抑制する観点からは、突出部ｈの高さＡが０．５μｍ以上であることが好ましい。他方、突出部ｈの高さＡが過度に大きいと、圧電デバイスが全体として大型化する。従って、圧電デバイスの大型化の抑制の観点からは、突出部ｈの高さＡが８μｍ以下であることが好適である。
　以上より、突出部ｈの高さＡは、０．５～８μｍであることが好適である。突出部ｈの高さＡが、０．５～６μｍ、或いは、１．５～５μｍであれば、より好ましい。なお、突出部ｈを除く圧電デバイスの高さＢ（図２を参照）に対する高さＡの割合（Ａ／Ｂ）で表現すると、この割合（Ａ／Ｂ）は、１～２０％であることが好適である。
（内側領域における粒子Ｐの露呈部分が占める面積の割合）
　次に、内側領域におけるセラミックス粒子Ｐの露呈部分が占める面積の割合の最適な範囲について考察するために行った実験Ｂについて説明する。より正確には、「前記露呈部分が占める面積の割合」とは、表面電極２１を表面電極２１の表面に垂直な方向（ｚ軸方向）からみたとき、「表面電極２１の内側領域が占める総面積」に対する「セラミックス粒子Ｐが露呈している前記露呈部分が占める総面積」の割合を指す。
　この実験Ｂでは、上記実験Ａで作製した圧電デバイスのサンプルと同様の諸元を有するサンプルが作製された。突出部ｈは、上記実験Ａと同様、表面電極２１及び側面電極２２の「接続部分」（本体部１０の４角の部分）の表面に設けられた。突出部ｈの高さＡは、０．５～８μｍの範囲で調整された。また、前記露呈部分の等価直径の平均は０．８～５μｍであった。
　「前記露呈部分が占める面積の割合」の調整は、表面電極２１の表面に固着されるセラミックス粒子Ｐの粒径、及び、粒子数を調整することによってなされた。この実験Ｂでは、「前記露呈部分が占める面積の割合」が異なるそれぞれの上記サンプルが、各割合について２０個ずつ作製された。各サンプルが、図１０及び図１１に示すように、はんだを利用して基板に組み付けられた。その際、はんだが突出部ｈを確実に乗り越えるように、使用されるはんだの量が、種々の実験等を通して予め決定されている適正の範囲の上限の２倍の量に調整された。
　そして、各サンプルについて、突出部ｈを乗り越えて表面電極２１の「内側領域」（図４を参照）の表面に侵入したはんだが、内側領域における突出部ｈから０．１ｍｍだけ離れた基準部位まで到達するか否かに基づく「はんだ通過率」が評価された。「はんだ通過率」とは、各面積割合について、「サンプルの総数」に対する「はんだが基準部位に到達したものの個数」の割合を指す。加えて、各サンプルについて、「変位量低下率」が評価された。「変位量低下率」とは、内側領域にセラミックス粒子Ｐが全く存在しない（即ち、前記面積割合がゼロである）基準サンプルについての基準電圧印加時の圧電デバイスの変位量（ａ）に対する、実験Ｂで作製された各サンプルについての基準電圧印加時の圧電デバイスの変位量（ｂ）の低下率（（ａ－ｂ）／ａ）を指す。変位量が低下するのは、表面電極２１内にセラミックス粒子が含まれる、又は、本体部１０の表面が表面電極２１の表面から窪んで露呈していると、圧電デバイスへの電圧印加時にて表面電極２１の伸縮が制限されることに起因する。
　図１６から理解できるように、「前記露呈部分が占める面積の割合」が１０％未満である場合にはんだ通過率がゼロより大きくなり、同面積割合が１０％以上である場合にはんだ通過率がゼロに維持される。一方、同面積割合が４０％より大きい場合に変位量低下率がゼロより大きくなり、同面積割合が４０％以下である場合に変位量低下率がゼロに維持される。以上より、はんだの内側領域でのぬれ広がりの抑制、並びに、「電圧－変位特性」に悪影響を与えることの抑制、の観点からは、「前記露呈部分が占める面積の割合」は、１０～４０％であることが好適である。同面積割合が、１０～３５％、或いは、２０～３５％であれば、より好ましい。
（内側領域における粒子Ｐの露呈部分の平均等価直径）
　次に、内側領域におけるセラミックス粒子Ｐの露呈部分の等価直径の平均値についての最適な範囲について考察するために行った実験Ｃについて説明する。より正確には、前記平均等価直径とは、表面電極２１を表面電極２１の表面に垂直な方向（ｚ軸方向）からみたときに得られる「表面電極２１の内側領域に点在するセラミックス粒子Ｐの露呈部分のそれぞれの面積」についての等価直径の平均値、を指す。
　この実験Ｃでは、上記実験Ｂと同様、上記実験Ａで作製した圧電デバイスのサンプルと同様の諸元を有するサンプルが作製された。突出部ｈは、上記実験Ａと同様、表面電極２１及び側面電極２２の「接続部分」（本体部１０の４角の部分）の表面に設けられた。突出部ｈの高さＡは、０．５～８μｍの範囲で調整された。また、「前記露呈部分が占める面積の割合」は１０～４０％であった。
　前記平均等価直径の調整は、表面電極２１の表面に固着されるセラミックス粒子Ｐの粒径を調整することによってなされた。この実験Ｃでは、前記平均等価直径が異なるそれぞれの上記サンプルが、各直径について２０個ずつ作製された。各サンプルが、図１０及び図１１に示すように、はんだを利用して基板に組み付けられた。その際、はんだが突出部ｈを確実に乗り越えるように、使用されるはんだの量が、種々の実験等を通して予め決定されている適正の範囲上限の２倍の量に調整された。そして、各サンプルについて、実験Ｂのときと同じ「はんだ通過率」、及び、「変位量低下率」が評価された。
　図１７から理解できるように、前記平均等価直径が０．８μｍ未満である場合にはんだ通過率がゼロより大きくなり、同直径が０．８μｍ以上である場合にはんだ通過率がゼロに維持される。一方、前記平均等価直径が５μｍより大きい場合に変位量低下率がゼロより大きくなり、同直径が５μｍ以下である場合に変位量低下率がゼロに維持される。以上より、はんだの内側領域でのぬれ広がりの抑制、並びに、「電圧－変位特性」に悪影響を与えることの抑制、の観点からは、前記平均等価直径は、０．８～５μｍであることが好適である。同直径が、０．８～３μｍ、或いは、０．８～２μｍであれば、より好ましい。
　本発明は上記実施形態に限らず、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、図３及び図４に示すように、前記露呈部分が、複数のセラミックス粒子Ｐが表面電極２１の表面から突出して露呈することによって形成されているが、図１８に示すように、セラミックス材料（具体的には、圧電層１１の材料）が表面電極２１の表面から窪んで露呈することによって形成されてもよい。
　また、上記実施形態では、本体部１０の４角のそれぞれにおいて、表面電極２１及び側面電極２２の「接続部分」に１つの突出部ｈが設けられているが、図１９に示すように、本体部１０の４角のそれぞれにおいて、表面電極２１及び側面電極２２の「接続部分」、及び、表面電極２１にそれぞれ１つずつ突出部ｈが設けられていてもよい。
　また、上記実施形態では、本体部１０の４角のそれぞれにおいて、表面電極２１及び側面電極２２の「接続部分」に１つの突出部ｈが設けられているが、図２０に示すように、本体部１０の４角のそれぞれにおいて、表面電極２１に１つの突出部ｈが設けられていてもよい。
　また、上記実施形態では、圧電デバイスの上下面において、一対の表面電極２１Ａ、２１Ｂがそれぞれ設けられているが、図２１に示すように、圧電デバイスの上面には一方側にのみ表面電極２１Ａが設けられ、圧電デバイスの下面には他方側にのみ表面電極２１Ｂが設けられていてもよい。
　また、上記実施形態では、突出部ｈは、側面電極２２（或いは、表面電極２１）の材料で構成されているが、それ以外の材料（例えば、樹脂等）で構成されていてもよい。この場合、圧電デバイス全体の焼成が完了した後に突出部が設けられる。また、上記実施形態では、導電性接合材として「はんだ」が使用されているが、表面電極の材料との間のぬれ性よりセラミックス材料との間のぬれ性が低い限りにおいて、「はんだ」以外の導電性接合材が使用されてもよい。
　また、上記実施形態では、本体部１０が、圧電層１１と内部電極１２が交互に積層された積層体であるが、本体部１０が圧電材料のみからなる（内部電極を有さない）圧電体であってもよい。また、本体部１０が圧電材料以外のセラミックス材料のみからなる（内部電極を有さない）セラミックス体であってもよい。
　また、上記実施形態では、セラミックス粒子Ｐとして圧電材料の粒子が使用されているが、圧電材料以外の材料のセラミックス粒子が使用されてもよい。

Claims (7)

  1. 　セラミックス材料からなる部分を含む本体部と、
    　前記本体部の表面の少なくとも一部を覆うように前記本体部に設けられた外部電極と、
    　を備えた焼成体であるセラミックスデバイスであって、
    　前記外部電極は、
    　前記本体部の上下面の何れか一方又は両方の少なくとも一部を覆う表面電極と、
    　前記本体部の側面の少なくとも一部を覆い且つ前記表面電極と接続する側面電極と、
    　を備え、
    　前記側面電極の表面は、前記側面電極の材料のみで構成され、
    　前記表面電極の表面、又は、前記表面電極及び前記側面電極の接続部分の表面には、前記接続部分が延在する方向に沿って延在し且つ前記表面電極の厚さ方向に向けて突出する突出部が設けられ、
    　前記表面電極の表面における、前記突出部に対して前記接続部分から遠い側の領域には、導電性接合材との間のぬれ性が前記表面電極の材料より低いセラミックス材料の表面が露呈する複数の露呈部分が点在する、セラミックスデバイス。
  2. 　圧電材料からなる部分を含む本体部と、
    　前記本体部の表面の少なくとも一部を覆うように前記本体部に設けられた外部電極と、
    　を備えた焼成体である圧電デバイスであって、
    　前記本体部は、
    　前記圧電材料からなる少なくとも２つの圧電層と、
    　少なくとも１つの内部電極と、
    　が積層された積層体であり、
    　前記外部電極は、
    　前記積層体である本体部の上下面の何れか一方又は両方の少なくとも一部を覆う表面電極と、
    　前記積層体である本体部の側面の少なくとも一部を覆い且つ前記内部電極及び前記表面電極と接続する側面電極と、
    　を備え、
    　前記側面電極の表面は、前記側面電極の材料のみで構成され、
    　前記表面電極の表面、又は、前記表面電極及び前記側面電極の接続部分の表面には、前記接続部分が延在する方向に沿って延在し且つ前記表面電極の厚さ方向に向けて突出する突出部が設けられ、
    　前記表面電極の表面における、前記突出部に対して前記接続部分から遠い側の領域には、導電性接合材との間のぬれ性が前記表面電極の材料より低いセラミックス材料の表面が露呈する複数の露呈部分が点在する、圧電デバイス。
  3. 　請求項２に記載の圧電デバイスにおいて、
    　前記突出部の突出高さは、０．５～８μｍである、圧電デバイス。
  4. 　請求項２又は請求項３に記載の圧電デバイスにおいて、
    　前記表面電極を前記表面電極の表面に垂直な方向からみたとき、前記表面電極における前記突出部に対して前記接続部分から遠い側の領域が占める総面積に対する、前記複数の露呈部分が占める総面積の割合は、１０～４０％である、圧電デバイス。
  5. 　請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
    　前記表面電極を前記表面電極の表面に垂直な方向からみたとき、前記複数の露呈部分のそれぞれの等価直径の平均は、０．８～５μｍである、圧電デバイス。
  6. 　請求項２乃至請求項５の何れか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
    　前記露呈部分のセラミックス材料は、前記本体部に含まれる前記圧電材料と同じ組成を有する圧電材料である、圧電デバイス。
  7. 　請求項２乃至請求項６の何れか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
    　前記表面電極は、白金材料で構成され、
    　前記導電性接合材は、はんだ材料である、圧電デバイス。
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