WO2017209532A1 - 압전 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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WO2017209532A1
WO2017209532A1 PCT/KR2017/005725 KR2017005725W WO2017209532A1 WO 2017209532 A1 WO2017209532 A1 WO 2017209532A1 KR 2017005725 W KR2017005725 W KR 2017005725W WO 2017209532 A1 WO2017209532 A1 WO 2017209532A1
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WO
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piezoelectric
electrode
piezoelectric body
piezoelectric element
conductive portion
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PCT/KR2017/005725
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English (en)
French (fr)
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정준호
김수찬
김태윤
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주식회사 모다이노칩
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
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Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric element and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a piezoelectric element and a method for manufacturing the same that can shorten the process time and improve the bonding force between the piezoelectric body and the conductor.
  • Piezoelectric elements is a device that can convert the applied mechanical energy and electrical energy to each other. That is, piezoelectric elements are devices in which electrical energy is generated when deformation occurs due to physical force from the outside, and conversely, physical deformation occurs according to electrical energy from the outside.
  • the piezoelectric element generally includes a piezoelectric body having piezoelectric characteristics and electrodes formed on the upper and lower portions of the piezoelectric body, respectively.
  • the piezoelectric body is formed of a ceramic material having piezoelectric characteristics, and an electrode is formed by applying a conductive material, for example, a metal paste, to each of the upper and lower surfaces of the piezoelectric body.
  • the piezoelectric body is a ceramic material and the electrode is a metal material, the adhesion between the piezoelectric body and the electrodes is not good, and thus, the upper and lower electrodes may be lifted from each of the upper and lower surfaces of the piezoelectric body.
  • glass frit is mixed with the electrode metal paste, and the electrode is formed by coating the glass frit on the upper and lower portions of the piezoelectric body. More specifically, a piezoelectric body is prepared and sintered, and after coating a metal paste having a glass frit mixed on the upper and lower portions of the sintered piezoelectric body, the electrode is heat treated.
  • the glass frit located between the piezoelectric and the electrode interface acts as an adhesive, increasing the bonding (or adhesion) between the piezoelectric and the metal electrode during sintering.
  • the piezoelectric element has a high sintering temperature of 1100 ° C. or higher, and the firing temperature of the metal electrode containing a glass frit, for example, a silver (Ag) metal electrode, differs to 950 ° C. or lower. Since the heat treatment step of the two steps of firing and the electrode has to go through, there is a problem that the process is complicated and lengthened.
  • the piezoelectric element of the piezoelectric element is deteriorated because the piezoelectric sintering temperature and the firing temperature of the electrode are different. The characteristics of may be lowered.
  • the metal electrode containing the glass frit may be eluted with glass, and thus, when the wire is attached to the eluted glass at the time of wire bonding, the bonding force may be shorted due to low bonding force.
  • the present invention provides a piezoelectric element and a method for manufacturing the same, which reduce manufacturing process steps and manufacturing time.
  • the present invention provides a piezoelectric element manufactured by firing a piezoelectric body and an electrode at the same time, and a method of manufacturing the same.
  • the present invention provides a piezoelectric element and a method of manufacturing the same, which improve the bonding force between the piezoelectric body and the conductor, without degrading the piezoelectric body.
  • a piezoelectric element according to the present invention includes a piezoelectric element having piezoelectric properties; And an electrode formed on each of one side and the other side of the piezoelectric body and including Pb eluted from the piezoelectric body.
  • the piezoelectric material includes a piezoelectric material that is sinterable at a temperature corresponding to the firing temperature of the electrode.
  • the piezoelectric body and the electrode are simultaneously heat treated to sinter the piezoelectric body and to bake the electrode, thereby eluting Pb of the piezoelectric body to the electrode.
  • the electrode includes a base applied to each of one side and the other side of the piezoelectric body, and Pb eluted from the piezoelectric body is placed at a grain boundary of the base to react with the base to be combined with the base.
  • a plurality of piezoelectric bodies are provided and stacked in the vertical direction, the electrodes are formed on each of one surface and the other surface of each of the plurality of piezoelectric bodies, and the electrodes formed on each of the plurality of piezoelectric bodies include Pb eluted from the piezoelectric body.
  • a piezoelectric element according to the present invention includes a piezoelectric element having piezoelectric properties; And an electrode formed on each of one side and the other side of the piezoelectric body and having a plurality of piezoelectric particles dispersed therein.
  • the electrode may include: a first conductive part formed on each of one surface and the other surface of the piezoelectric body and having a plurality of piezoelectric particles dispersed therein; And a second conductive portion formed on the first conductive portion.
  • Each of the first and second conductive portions includes Pb eluted from the piezoelectric body.
  • Some of the plurality of piezoelectric particles are positioned to contact each of one side and the other side of the piezoelectric body, and the piezoelectric particles protruding in the direction in which the electrode is formed from each of one side and the other side of the piezoelectric body are piezoelectric protrusions.
  • the average particle diameter of the said piezoelectric particle is 0.1 micrometer-10 micrometers.
  • the piezoelectric particles include the same material as the piezoelectric body.
  • the electrode has a thickness of 3 ⁇ m to 25 ⁇ m.
  • the piezoelectric body and the piezoelectric particles include a piezoelectric material sinterable at a temperature corresponding to the firing temperature of the electrode.
  • the piezoelectric body and the first and second conductive portions are simultaneously heat treated to sinter the piezoelectric body and the first and second conductive portions.
  • Pb of the piezoelectric body is eluted to the first and second conductive portions.
  • the piezoelectric body is provided in plural and stacked in the vertical direction, the electrode is formed on each of one surface and the other surface of each of the plurality of piezoelectric bodies, and the electrode formed on each of the plurality of piezoelectric bodies includes the plurality of piezoelectric particles dispersed therein. .
  • the piezoelectric body according to the present invention includes a main body having piezoelectric properties; And a recess formed in the inward direction from the side of the main body and extending in the vertical direction.
  • the length of the said groove in the inner direction of the said main body is 40% or less of the width direction length of the said main body.
  • the length of the groove in the circumferential direction of the main body is preferably 15% or less of the circumferential length of the main body.
  • the groove may be formed in plural to be spaced apart from each other in the circumferential direction of the piezoelectric body.
  • the piezoelectric element according to the present invention has a piezoelectric characteristic, the piezoelectric body having a groove extending in the vertical direction on the side; And a first electrode formed on one surface of the piezoelectric body in a region around the groove, and a second conductive film formed to be spaced apart from the first conductive film on one surface of the piezoelectric body.
  • Each of the first electrode, the second electrode, and the connecting electrode includes Pb eluted from the piezoelectric body.
  • the piezoelectric material includes a piezoelectric material sinterable at a temperature corresponding to the firing temperature of the first electrode, the second electrode, and the connection electrode.
  • a plurality of grooves are formed to be spaced apart from each other in the extending direction of the side surface of the piezoelectric body, and the connection electrode is formed inside each of the plurality of grooves.
  • At least one of the first electrode, the second electrode, and the connection electrode includes a plurality of piezoelectric particles dispersed therein.
  • At least one of the first electrode, the second electrode, and the connection electrode may include: a first conductive part formed to be in direct contact with the piezoelectric body, wherein the plurality of piezoelectric particles are dispersed; And
  • Some of the plurality of piezoelectric particles are positioned to be in contact with the surface of the piezoelectric body, and the piezoelectric particles protruding in the direction in which the electrode is formed from each of the surfaces of the piezoelectric body are piezoelectric protrusions.
  • the average particle diameter of the piezoelectric particles is 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the piezoelectric body and the piezoelectric particles include a piezoelectric material sinterable at a temperature corresponding to the firing temperature of the electrode.
  • Method of manufacturing a piezoelectric element comprises the steps of preparing a piezoelectric body; Applying an electrode to each of one side and the other side of the piezoelectric body; And heat-treating the piezoelectric body and the electrode to simultaneously perform sintering of the piezoelectric body and firing of the electrode.
  • the piezoelectric material is manufactured of a piezoelectric material which can be sintered at a temperature corresponding to the firing temperature of the electrode.
  • the piezoelectric body and the electrode are heat treated at a temperature of 800 ° C to 950 ° C.
  • an electrode forming material in which a plurality of piezoelectric particles are dispersed is applied to each of one side and the other side of the piezoelectric body to form an electrode.
  • the forming of the electrode may include forming a first conductive portion by applying an electrode forming material having the plurality of piezoelectric particles dispersed thereon to one surface and the other surface of the piezoelectric body; And applying a material for forming an electrode on the first conductive portion to form a second conductive portion.
  • the electrode forming material for forming the first conductive portion is manufactured by mixing piezoelectric powder in a conductive base to disperse the plurality of piezoelectric particles in the base.
  • the entire electrode forming material for forming the first conductive portion is 100% by weight, it is preferable to contain 1% by weight to 20% by weight of the piezoelectric powder.
  • Method of manufacturing a piezoelectric element comprises the steps of providing a piezoelectric body having a groove formed in the vertical direction from the side to the inner direction; And filling the grooves with the electrode forming material while applying an electrode forming material to each of the piezoelectric surface on which the upper opening of the groove is located and the other surface of the piezoelectric body on which the lower opening of the groove is provided. And forming a first electrode on one surface of the piezoelectric body, a second electrode on the other surface of the piezoelectric body, and a connection electrode connecting the first electrode and the second electrode inside the groove.
  • the electrode forming material is coated on an area around the groove on one surface of the piezoelectric material to form a first conductive film, and one surface of the piezoelectric material.
  • the electrode forming material is coated to be spaced apart from the first conductive film to form a second conductive film, and the connection electrode is connected to the first conductive film and insulated from the second conductive film.
  • an electrode forming material in which a plurality of piezoelectric particles are dispersed is provided, applied to one surface and the other surface of the piezoelectric body, and filled in the grooves, thereby forming the plurality of electrodes.
  • the first electrode, the second electrode and the connecting electrode are formed to contain the piezoelectric particles.
  • an electrode forming material in which the plurality of piezoelectric particles are dispersed is applied to each of one side and the other side of the piezoelectric body, and filled in the groove to form one side of the piezoelectric body.
  • the piezoelectric body is sintered and the electrode is baked at the same time.
  • the manufacturing step and the process time of the piezoelectric element can be shortened.
  • Pb of the piezoelectric body is eluted to the electrode, thereby improving the bonding force between the piezoelectric body and the electrode and the bonding force between the electrode and the wire.
  • the material dispersed in the electrode contains the same piezoelectric material as the piezoelectric material, no reaction occurs between the piezoelectric particles in the electrode and the piezoelectric material during sintering of the piezoelectric body. Accordingly, as in the related art, the problem of deterioration of the piezoelectric body due to the added material for improving the bonding strength does not occur.
  • connecting electrode connecting the first electrode and the second electrode to the piezoelectric body grooves for forming the connecting electrode are first formed in the piezoelectric body, and the connecting electrode is simultaneously formed at the time of forming the first and second electrodes. Therefore, the process steps and the process time for forming the connection electrode can be shortened.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a piezoelectric element according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a piezoelectric element according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view conceptually illustrating the dissolution of Pb by the method of manufacturing a piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a portion of the first conductive part of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a three-dimensional view showing a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a three-dimensional view showing a piezoelectric body of a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a top view (FIG. 11A) and a bottom view (FIG. 11B) of a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cutaway front view taken along line AA ′ of FIG. 9;
  • FIG. 13 is a sectional view showing a piezoelectric element according to a first modification of the third embodiment
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a three-dimensional view showing a piezoelectric element according to a second modification of the third embodiment
  • FIG. 16 is a three-dimensional view showing a piezoelectric body according to a second modification of the third embodiment
  • the present invention relates to a piezoelectric element capable of shortening the process time and improving the bonding force between the piezoelectric member and the conductor, and a method of manufacturing the same.
  • the piezoelectric element according to embodiments of the present invention may be applied to an ultrasonic sensor that detects distance, thickness, or movement of an object by using ultrasonic characteristics or generating ultrasonic waves.
  • the ultrasonic sensor may be used for a rear sensor of a vehicle or an object sensor of a blind spot.
  • the ultrasonic sensor may be used for high sound pressure used in ultrasonic welders and ultrasonic cleaners, and low sound pressure applied to production control, non-destructive inspection, and intrusion inspection.
  • Such an ultrasonic sensor generally includes a sensor case, a piezoelectric element attached to a bottom surface inside the sensor case, a power supply wire connected to the piezoelectric element, a terminal connected to the wire, and a power supply cable for supplying power to the terminal.
  • the piezoelectric element according to the described embodiments may be applied to an ultrasonic sensor, more specifically, a rear sensing sensor of a vehicle.
  • the piezoelectric element according to the embodiments is not limited to the rear sensing sensor of the vehicle, but may be applied to various ultrasonic sensors and may be applied to various electronic devices including piezoelectric elements in addition to the ultrasonic sensor.
  • 1 is a cross-sectional view showing a piezoelectric element according to a first embodiment of the present invention.
  • 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a piezoelectric element according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • 3 is a cross-sectional view conceptually illustrating the dissolution of Pb by the method of manufacturing a piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention.
  • 4 is a cross-sectional view showing all devices according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a surface photograph of an electrode in a piezoelectric element according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • the piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention relates to a piezoelectric element and a method of manufacturing the same, which simultaneously fire the piezoelectric body and the electrode, and improve the bonding force between the piezoelectric element and the electrode and the bonding force between the electrode and the wire.
  • the piezoelectric element according to the first exemplary embodiment of the present invention has a piezoelectric characteristic, and an electrode 200 formed on each of one side and the other side of the piezoelectric body 100 and the piezoelectric body 100 having a predetermined thickness. : 200a, 200b).
  • the electrodes 200a and 200b of the piezoelectric element of the present invention include Pb, but Pb 201 in the electrodes 200a and 200b has a bonding force between the piezoelectric member 100 and the electrodes 200a and 200b and the electrode 200a. , 200b) and improves the bonding force between the power supply wire.
  • the step S300 of simultaneously heating the piezoelectric material 100 and the electrodes 200a and 200b is performed.
  • the piezoelectric material 100 is formed by molding a material having piezoelectric properties to have a predetermined area and thickness.
  • the piezoelectric body 100 according to the embodiment may have a quadrangular or circular shape in a cross section thereof.
  • the shape of the piezoelectric body 100 is not limited thereto, and may be manufactured in various shapes desired.
  • the piezoelectric body 100 is formed of a piezoelectric material which can be sintered simultaneously when firing the electrodes 200a and 200b described later. That is, the piezoelectric material 100 has a low melting point and can be sintered simultaneously with a metal material used as the electrodes 200a and 200b, for example, Ag, Ag / Pd, and Cu, at a low temperature, and at a low temperature sintering process. Also, a piezoelectric material in which the piezoelectric properties are not deteriorated is used.
  • piezoelectric materials containing Pb, Zr, Ti that is, PZT based (Pb (Zr, Ti) O 3
  • piezoelectric materials containing Pb, Ni, Nb, Zn that is, PZNN based (Pb (Ni , Zn, Nb) O 3 )
  • the piezoelectric body 100 formed using the solid solution of the piezoelectric material is used.
  • the piezoelectric material in which the PZNN-based material is dissolved in the PZT-based material is more specifically exemplified by ZnO in the piezoelectric material of ⁇ 0.41Pb (Ni 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -0.36PbTiO 3 -0.23PbZrO 3 ⁇ . 9 mol% has a composition added.
  • a PZT piezoelectric material with a PZNN-based material is employed ⁇ 0.41Pb (Ni 1/3 Nb 2/ 3) O 3 - 0.36PbTiO 3 -0.23PbZrO 3 ⁇ oxidation of 3mol% to the piezoelectric material of the Zinc (ZnO) and 0.5 to 3 mol% of copper oxide (CuO) may be added to the composition.
  • the piezoelectric material in which the PZNN-based material is dissolved in the PZT system as described above can be sintered at a temperature of 800 ° C. to 950 ° C. (800 ° C. or higher and 950 ° C. or lower), and when sintered at the temperature (800 ° C. to 950 ° C.)
  • the piezoelectric material properties do not deteriorate.
  • the piezoelectric material 100 provides a plurality of green sheets made of a piezoelectric material in which a PZNN-based material is dissolved in a PZT system, and stacks the plurality of green sheets to form a so-called green bar. Piezoelectric material 100 is formed.
  • the piezoelectric material 100 is not limited thereto, and may be made of a piezoelectric material in which a PZNN-based material is dissolved in a PZT system, and may be formed of an integrated block having a desired thickness.
  • the electrodes 200: 200a and 200b are formed on one side and the other side of the piezoelectric body 100 described above, one electrode 200a is an electrode to which a positive current is applied, and the other electrode 200b is formed of ( -) It is an electrode to which current is applied.
  • the electrodes 200a and 200b are formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric body 100, and for convenience of description, the electrodes formed on the upper and lower portions of the piezoelectric body 100 are respectively referred to as first electrodes. It refers to 200a and the second electrode 200b. That is, the piezoelectric element according to the embodiment includes the piezoelectric element 100 and the upper and lower electrodes 200a and 200b formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 100, respectively.
  • a wire to which a positive current is applied is connected to the first electrode 200a formed on the upper surface of the piezoelectric body 100, and an aluminum (Al) case is attached to the lower portion of the second electrode 200b.
  • Al aluminum
  • a wire to which a negative current is applied from the case is connected.
  • the wires connected to the first electrode 200a and the second electrode 200b may be connected by a welding method such as soldering.
  • the electrodes 200 are formed of any one of Ag, Ag / Pd, and Cu, and are formed using, for example, Ag. That is, Ag in a paste state is applied to one surface and the other surface of the piezoelectric body, for example, the upper and lower surfaces, respectively, to form the upper and lower electrodes 200a and 200b.
  • the piezoelectric body 100 and the electrodes 200a, 200b are fired together or simultaneously. That is, in the piezoelectric element according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, a process of preparing the piezoelectric material 100 (S100), a process of applying electrodes 200a and 200b onto the piezoelectric material 100 (S200), The piezoelectric body 100 and the electrodes 200a and 200b are simultaneously manufactured by a process (S300).
  • the piezoelectric body 100 on which the electrodes 200a and 200b are formed is heat-treated at a temperature of 800 ° C to 950 ° C, the piezoelectric body 100 is sintered and the electrodes 200a and 200b are fired.
  • the piezoelectric body 100 according to the present invention can be sintered at the same temperature of 800 ° C to 950 ° C and the firing of the electrodes 200a and 200b can be performed simultaneously. This is because sintering is possible at low temperature, that is, 800 ° C to 950 ° C.
  • the electrodes 200a and 200b of the present invention include a Pb 201, wherein the Pb 201 in the electrodes 200a and 200b is eluted from the piezoelectric body 100 to the electrodes 200a and 200b. )to be.
  • the electrodes 200a and 200b include not only Ag but also eluted Pb 201, and the Pb 201 is one of materials constituting the piezoelectric body 100, the electrodes 200a and 200b are piezoelectric.
  • the bonding force with the piezoelectric body 100 is improved as compared with when only Ag, which is a material different from that of (100), is included.
  • the Pb 201 positioned on the upper surface of the first electrode 200a and the lower surface of the second electrode 200b among the Pb 201 eluted to the electrodes 200a and 200b is then connected to a wire.
  • a wire For example, it may be a method such as soldering.
  • the melting point of Pb eluted to the surfaces of the electrodes 200a and 200b is low at about 327 ° C (melting point of 327 ° C of pure Pb), the electrode and the wire can be joined at the melting point temperature of Pb.
  • the bonding between the electrode and the wire is made at a high temperature, but in the present invention compared to the conventional due to the Pb eluted to the electrode Bonding between the electrode and the wire is possible at low temperatures. And the bonding force is improved compared with the metal electrode containing the conventional glass frit.
  • the method of connecting the wires to the first and second electrodes 200a and 200b by the solaring method has been described.
  • the present invention is not limited thereto, and the wires may be connected to the first and second electrodes 200a and 200b. Application of the method is possible.
  • the sintering temperature of the piezoelectric element of the conventional piezoelectric element is about 1100 ° C or higher, the piezoelectric sintering and the firing of the electrode cannot be performed at the same time. That is, conventionally, a piezoelectric body is prepared, and after sintering at about 1100 ° C. or higher, the electrode is applied to the sintered piezoelectric body, and the electrode is baked by heat treatment at a temperature of 600 to 950 ° C. at low temperature.
  • the reason for the heat treatment of the piezoelectric body and the electrode separately is that the conventional piezoelectric material is not sintered at a low temperature of 600 to 950 ° C., and the electrode is mostly melted and volatilized at the time of heat treatment at 1100 ° C., thereby not functioning as an electrode.
  • the piezoelectric body When the piezoelectric body is sintered at 1100 ° C., since no electrode is formed on the piezoelectric body, Pb of the piezoelectric body does not elute to the electrode as in the present invention.
  • the electrode when the electrode is baked at 600 to 950 ° C., the piezoelectric body does not sinter the reaction at a low temperature of 600 to 950 ° C., and since the sintering reaction is already completed in the previous step, the piezoelectric is sintered at the time of electrode firing. The reaction does not occur, and Pb of the piezoelectric body does not elute to the electrode.
  • the piezoelectric element manufactured by sintering the electrode by sintering the piezoelectric body using the piezoelectric body as in the prior art does not include Pb eluted in the electrode.
  • the piezoelectric body 100 is sintered and the electrodes 200a and 200b are fired simultaneously. It can elute at (200a, 200b).
  • the eluted Pb 201 improves the bonding force between the piezoelectric body 100 and the electrodes 200a and 200b and the bonding force between the electrodes 200a and 200b and the wire.
  • a piezoelectric element including one piezoelectric element 100 has been described as an example.
  • the present invention is not limited thereto and may be a piezoelectric element having a multilayer structure in which a plurality of piezoelectric bodies 100a, 100b, 100c, and 100d are provided and stacked.
  • the piezoelectric element according to the modification of the first embodiment includes a plurality of piezoelectric bodies 100a, 100b, 100c and 100d stacked in the vertical direction and a plurality of piezoelectric elements 100a, 100b, 100c and 100d respectively formed in the vertical direction. Electrodes 200: 200a, 200b, 200c, 200d. In this case, since a plurality of piezoelectric bodies are provided, two or more electrodes 200 (200a, 200b, 200c, 200d) may be provided.
  • an electrode formed on the upper surface of the piezoelectric body 100c positioned at the outermost side among the plurality of piezoelectric bodies 100a, 100b, 100c, and 100d at the upper side is disposed at the first electrode 200a and the lower side.
  • the electrode formed on the lower surface of the piezoelectric body 100a positioned at the outermost part is referred to as the second electrode 200b, and the electrode formed between the piezoelectric body and the piezoelectric body is referred to as internal electrodes 200c and 200d.
  • a plurality of internal electrodes 200c and 200d are provided in the vertical direction, but the internal electrodes according to the embodiment are formed, for example, in two.
  • an internal electrode relatively adjacent to the second electrode 200b among the two internal electrodes 200c and 200d may be referred to as the first internal electrode 200c and an internal electrode relatively adjacent to the first electrode 200a. This is called the electrode 200d.
  • the plurality of piezoelectric elements 100a, 100b, 100c and 100d stacked in the vertical direction and the first electrode formed on the upper surface of the uppermost piezoelectric element 100c are described.
  • a second through electrode 300b extending from the second electrode 200b in the stacking direction of the piezoelectric body and connected to the second internal electrode 200d.
  • the first through electrode 300a extends to penetrate the first piezoelectric material 100a, the first internal electrode 200c, and the second piezoelectric material 100b, and has one end connected to the second electrode 200b and the other end thereof. It is connected to the second internal electrode 200d and is not connected to the first internal electrode 200c.
  • the second through electrode 300b extends to penetrate the third piezoelectric material 100c, the second internal electrode 300b, and the second piezoelectric material 100b, and has one end connected to the first electrode 200a. The other end is connected to the first internal electrode 300a and is not connected to the second internal electrode 200d.
  • the first electrode 200a, the second electrode 200b, the internal electrodes 200c, 200d, and the through electrode 300a are formed on the plurality of piezoelectric elements 100a, 100b, 100c, and 100d. , 300b), and then heat treated at a temperature of 800 ° C to 950 ° C to sinter the plurality of piezoelectrics 100a, 100b, 100c, and 100d and to form the first electrode 200a, the second electrode 200b, and the internal electrode. Firing of 200c and 200d and through electrodes 300a and 300b is performed at the same time.
  • Pb contained in the piezoelectric bodies 100a, 100b, 100c, and 100d is eluted to the first electrode 200a, the second electrode 200b, the internal electrodes 200c, 200d, and the through electrodes 300a, 300b.
  • the piezoelectric bodies 100a and 100b are formed by the Pb 201 eluted to the electrodes (the first electrode 200a, the second electrode 200b, the internal electrodes 200c and 200d and the through electrodes 300a and 300b) 200. , 100c, 100d) is improved.
  • the first electrode 200a and the second electrode 200b are connected to the wire by a soldering method, and at this time, Pb eluted to the upper surface of the first electrode 200a and the lower surface of the second electrode 200b.
  • the bonding with the wire is easier by the 201, and the bonding force is improved.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a piezoelectric element according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a portion of the first conductive part of FIG. 6.
  • 8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a piezoelectric element according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • the piezoelectric element according to the exemplary embodiment of the present invention has a piezoelectric characteristic, and electrodes 200a and 200b formed on one surface and the other surface of the piezoelectric material 100 and the piezoelectric material 100 having a predetermined thickness, respectively.
  • the piezoelectric element according to the embodiment includes the piezoelectric element 100 and the upper and lower electrodes 200a and 200b formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 100, respectively.
  • the piezoelectric body 100 uses a piezoelectric material manufactured using the same piezoelectric material as the piezoelectric material 100 according to the first embodiment described above. That is, the piezoelectric body 100 according to the second embodiment is made of a piezoelectric material in which a PZNN-based material is dissolved in the PZT system.
  • the piezoelectric material may be sintered at a temperature of 800 ° C. to 950 ° C. (800 ° C. or higher and 950 ° C. or lower), and the piezoelectric material properties are not degraded even when sintered at the temperature (800 ° C. to 950 ° C.).
  • the piezoelectric material 100 includes a plurality of green sheets made of piezoelectric materials in which PZNN-based materials are dissolved in a PZT system, and the plurality of green sheets are stacked to form a so-called green bar.
  • the piezoelectric body may be formed, or a piezoelectric material in which a PZNN-based material is dissolved in a PZT system may be formed, and may be formed of an integrated block having a desired thickness.
  • the electrodes 200a and 200b are formed on one side and the other side of the piezoelectric body 100 described above, one electrode is an electrode to which a positive current is applied, and the other electrode is an electrode to which a negative current is applied.
  • a wire to which a positive current is applied is connected to the first electrode 200a formed on the upper surface of the piezoelectric body 100, and a case of an ultrasonic sensor, eg, an aluminum (Al) case, is provided below the second electrode 200b. Is attached, and a wire terminal to which a negative current is applied from the aluminum case may be connected.
  • the electrodes 200a and 200b are formed on one surface and the other surface of the piezoelectric body 100, and the electrodes 200a and 200b according to the embodiment of the present invention may include a plurality of piezoelectric particles 202 and eluted Pb. 201. That is, the electrodes 200a and 200b according to the second embodiment are formed on or in contact with the surface of the piezoelectric body 100, and include a first conductive portion 210 including a plurality of piezoelectric particles 202. And a second conductive portion 220 formed on the first conductive portion 210. Each of the first conductive part 210 and the second conductive part 220 includes Pb 201 eluted from the piezoelectric body 100.
  • the total thickness of the electrode 200 including the first conductive portion 210 and the second conductive portion 220 is 3 to 25 ⁇ m, preferably 5 to 15 ⁇ m.
  • the weight thereof increases, and the load applied to the piezoelectric body 100 increases, whereby the piezoelectric body 100 is mechanically deformed by an electrical signal.
  • the problem may be that the effect is reduced.
  • the consumption of the material increases as the thickness of the electrodes 200a and 200b increases, there is a disadvantage in terms of cost.
  • the total thickness of the electrodes 200a and 200b is less than 3 ⁇ m, the resistance is high, and the function as an electrode may be degraded.
  • the first conductive portion 210 and the second conductive portion 220 are stacked to form electrodes 200a and 200b with a thickness of 3 to 25 ⁇ m.
  • the first conductive portion 210 includes a conductive base 211, a plurality of piezoelectric particles 202 dispersed in the base 211, and Pb 201 eluted from the piezoelectric body 100.
  • the base 211 according to the embodiment is a metal such as silver (Ag), but is not limited thereto, and any one of Ag / Pd and Cu may be used.
  • the plurality of piezoelectric particles 202 dispersed in the base 211 use a piezoelectric material that can be sintered at a sintering temperature corresponding to the firing temperature of the base 211, that is, 800 ° C to 950 ° C. More specifically, the piezoelectric particles 202 use piezoelectric particles 202 made of a material in which a PZNN-based material is dissolved in the PZT system as the piezoelectric material corresponding to the material used for the piezoelectric material 100.
  • powder means an aggregate of a plurality of fine particles.
  • the plurality of piezoelectric particles 202 described herein means a configuration that constitutes a piezoelectric powder (or piezoelectric powder), and by dispersing the piezoelectric powder in the base 211, the plurality of piezoelectric particles 202 is dispersed 1 conductive portion 210 is formed.
  • the base 211 and the piezoelectric powder in a paste state that are easy to apply are mixed to disperse the plurality of piezoelectric particles 202 in the base 211.
  • the first conductive part 210 is formed by applying the same to one surface and the other surface of the piezoelectric body 100.
  • the first conductive portion 210 When the first conductive portion 210 is coated and formed on the piezoelectric body 100, some of the plurality of piezoelectric particles 202 are positioned to contact the surface of the piezoelectric body 100, that is, one surface and the other surface of the piezoelectric body 100. The other piezoelectric particles are positioned to be spaced apart from one surface and the other surface of the piezoelectric body 100.
  • piezoelectric protrusions 202a when the piezoelectric particles 202a positioned to contact one side and the other side of the piezoelectric body 100 are described with reference to one side and the other side of the piezoelectric body 100, electrodes are formed from each of one side and the other side of the piezoelectric body 100. It protrudes in the direction of being. That is, the piezoelectric particles 200a protruding in the direction in which the electrode 200 is formed from each of one surface and the other surface of the piezoelectric body 100 become protrusions (hereinafter referred to as piezoelectric protrusions 202a).
  • the plurality of piezoelectric protrusions 202a increases the surface area in which the electrodes 200a and 200b and the piezoelectric body 100 are in direct and indirect contact, thereby improving the bonding force between the electrodes 200a and 200b and the piezoelectric body 100. do.
  • the first conductive portion 210 when the first conductive portion 210 is formed on the piezoelectric body 100, some of the base 211 facing the surface of the piezoelectric body 100 is in direct contact with the surface of the base 211, The other part is formed in contact with the piezoelectric protrusion 202a.
  • the lower surface of the first conductive portion 210 or the base 211 is not only in contact with the surface of the piezoelectric body 100 but also with the piezoelectric particles protruding from the surface of the piezoelectric body 100, that is, the piezoelectric protrusion 202a.
  • the surface area of the lower portion of the first conductive portion 210 or the base 211 directly or indirectly bonded or in close contact with the piezoelectric body 100 is increased as compared with the prior art without the piezoelectric protrusion 202a, and as the surface area is increased, the piezoelectric ( There is an effect that the adhesion or bonding strength with 100) is improved.
  • the piezoelectric particles 202 have an average particle diameter of 0.1 to 5 mu m. This is because, when the piezoelectric particles 202 undergo a firing process, they may grow and have an average particle diameter, and have an average particle diameter of 0.1 to 5 ⁇ m so that the average particle diameter of the piezoelectric particles 202 may be 0.1 to 10 ⁇ m after firing. Piezoelectric powder with piezoelectric particles 202 is used.
  • the average particle diameter of the piezoelectric particles 202 in a state before firing exceeds 5 ⁇ m
  • the average particle diameter of the piezoelectric particles 202 may exceed 10 ⁇ m after firing.
  • the piezoelectric particles 202 larger than 10 mu m should be thickened so that the electrode does not protrude to the outside, which degrades the mechanical deformation performance of the piezoelectric body 100, that is, the piezoelectric ability, and forms the electrodes 200a and 200b. This increases the cost for the
  • the piezoelectric powder composed of piezoelectric particles 202 having an average particle diameter of 0.1 ⁇ m to 5 ⁇ m is used to have an average particle diameter of 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m after firing.
  • the 1st electroconductive part 210 containing the piezoelectric powder mentioned above in Example, it is 5 micrometers or less, Preferably it is formed in 1-5 micrometers.
  • the thickness of the first conductive portion 210 is formed to exceed 5 ⁇ m, application of the material for forming the first conductive portion 210 including piezoelectric powder may not be easy.
  • the second conductive portion 220 is formed on the first conductive portion 210 and made of one of the same materials as the base 211 of the first conductive portion 210, that is, Ag, Ag / Pd, and Cu. Can be formed. And the second conductive portion 220 is formed to a thickness of 2 to 20 ⁇ m, preferably 2 to 10 ⁇ m.
  • the electrodes 200a and 200b are in direct contact with the piezoelectric body 100 and include a first conductive portion 210 including a plurality of piezoelectric particles 202 or piezoelectric protrusions 202a, It is formed in a double structure consisting of a second conductive portion 220 formed on the first conductive portion 210.
  • the electrodes 200a and 200b are formed to have a thickness of 3 to 25 ⁇ m, and preferably 5 to 15 ⁇ m by a stacked structure of the first conductive part 210 and the second conductive part 220.
  • the bonding surface area is widened, and the bonding force between the electrodes 200a and 200b and the piezoelectric body 100 is improved.
  • the sintering and the electrodes Since the firing of the 200a and 200b is simultaneously performed, Pb of the piezoelectric body 100 is eluted to the first and second conductive parts 210 and 220, and due to the eluted Pb 201, the piezoelectric material 100 and the electrode ( The bonding force between 200a and 200b is improved.
  • the piezoelectric body 100 is formed.
  • the electrodes 200a and 200b are fired at the same time.
  • Pb contained in the piezoelectric material 100 is the electrode 200a and 200b. Is eluted.
  • sintering of the piezoelectric body 100 and firing of the electrodes 200a and 200b are simultaneously performed after application of the electrodes 200a and 200b, in which Pb in the piezoelectric body 100 is formed of the first conductive portion 210 and the second conductive material. It elutes to the part 220.
  • the remaining Pb does not volatilize, and reacts with Pb at grain boundaries of the first and second conductive parts 210 and 220 formed in a thin film form to form the base of the first conductive part 210.
  • 211 and the second conductive portion 220 or in the form of an alloy.
  • the base 211 and the second conductive portion 220 of the first conductive portion 210 according to the embodiment are, for example, made of Ag, the grain of the Ag thin film (base 211) of the first conductive portion 210 As the boundary and the grain boundary of the second conductive portion 220 which is the Ag thin film, as shown in FIG. 4, Pb is eluted, reacts with Ag, and is combined with Ag.
  • the upper surface of the second conductive portion 220 of the first electrode 200a and the second conductive portion 220 of the second electrode 200b of the Pb 201 eluted from the second conductive portion 220 may be formed.
  • Pb 201 located on the bottom surface is then connected with a wire, for example, may be a method such as soldering.
  • the melting point of Pb eluted to the surfaces of the electrodes 200a and 200b is low at about 327 ° C (melting point of 327 ° C of pure Pb), the electrode and the wire can be joined at the melting point temperature of Pb.
  • the bonding between the electrode and the wire is made at a high temperature, but in the present invention compared to the conventional due to the Pb eluted to the electrode Bonding between the electrode and the wire is possible at low temperatures. And the bonding force is improved compared with the metal electrode containing the conventional glass frit.
  • the piezoelectric element according to the second embodiment is not only Pb 201 eluted from the piezoelectric body 100 to the first conductive portion 210 but also the plurality of piezoelectric protrusions 202a of the first conductive portion 210.
  • the bonding force between the piezoelectric body 100 and the electrodes 200a and 200b is improved.
  • due to Pb eluted to the second conductive portion 220 there is an effect that the bonding bonding strength with the wire is improved.
  • a piezoelectric material 100 manufactured to a predetermined thickness is prepared (S100).
  • the piezoelectric material 100 may be provided by stacking a plurality of green sheets formed of a piezoelectric material that can be sintered at a temperature of 800 ° C to 950 ° C, that is, a piezoelectric material in which PZNN-based material is dissolved in a PZT system.
  • an electrode material is applied to one surface and the other surface of the piezoelectric body 100, for example, each of the upper and lower surfaces of the piezoelectric body 100 (S200). That is, the first conductive portion 210 including the piezoelectric particles 202 is coated on each of the upper and lower surfaces of the piezoelectric material 100 (S210), and the second conductive portion (210) is formed on the first conductive portion 210. 220 is applied (S220).
  • a conductive base 211 for example, silver (Ag) paste
  • a piezoelectric powder made of a piezoelectric material in which a PZNN-based material is dissolved in a PZT system is mixed therein.
  • the piezoelectric powder having an average particle diameter of 0.1 to 5 ⁇ m of the piezoelectric particles 202 constituting the piezoelectric powder is used.
  • the piezoelectric powder is mixed so as to contain 1 to 20% by weight.
  • the piezoelectric powder when the piezoelectric powder is mixed at less than 1% by weight, there is a problem in that adhesion between the first conductive portion 210 and the piezoelectric body 100 cannot be sufficiently improved. On the contrary, when the piezoelectric powder is mixed to exceed 20% by weight, the conductivity of the electrodes 200a and 200b may decrease or the resistance may increase, thereby degrading the function of the electrodes 200a and 200b.
  • the piezoelectric powder is mixed with the base 211 so as to contain 1 to 20% by weight to prepare a material for the first conductive portion 210.
  • the base 211 and the piezoelectric powder are mixed to prepare a material for forming the first conductive portion 210 in a paste state
  • the base 211 and the piezoelectric powder are applied to one surface and the other surface of the piezoelectric body 100.
  • the first conductive portion 210 is formed to have a thickness of 1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the second conductive portion 220 is formed on the first conductive portion 210.
  • a silver (Ag) paste which is the same material as that of the base 211 of the first conductive portion 210, is prepared, and is then coated on the first conductive portion 210 to have a second thickness of 2 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the conductive portion 220 is formed (S220).
  • the second conductive portion 220 is formed on the first conductive portion 210 to form the electrode 200a, 200b).
  • the piezoelectric material 100 is sintered and the electrodes 200a and 200b are fired at the same time.
  • the sintering of the piezoelectric body 100 and the firing time of the electrode may be, for example, 30 minutes to 10 hours at a temperature in the range of 800 °C to 950 °C.
  • the piezoelectric body 100 When the piezoelectric body 100 is sintered and the electrode is baked in this manner, the piezoelectric body 100 and the electrodes 200a and 200b are bonded to each other. At this time, when the piezoelectric body 100 is sintered, Pb of the piezoelectric body 100 is eluted to the first conductive portion 210 and the second conductive portion 220, and the Pb is eluted to the first conductive portion 210. Therefore, the bonding force between the piezoelectric member 100 and the first conductive portion 210 is improved as compared with the related art.
  • the contact surface area between the first conductive portion 210 and one surface and the other surface of the piezoelectric body 100 is different. As it increases, the bonding force between the first conductive portion 210 and the piezoelectric body 100 increases. In addition, since the second conductive portion 220 is formed on the first conductive portion 210 having improved bonding force with the piezoelectric material 100, the bonding force between the electrodes 200a and 200b and the piezoelectric material 100 is improved.
  • a wire for applying power is connected between the first electrode 200a and the second electrode 200b and the Al case.
  • the wire is connected by a soldering method. Due to Pb eluted to the second conductive portion 220 of each of the upper and lower electrodes 200a and 200b, the bonding strength with the wire is improved as compared with the related art.
  • the piezoelectric body 100 and the electrodes 200a and 200b are immediately printed after the electrodes 200a and 200b are printed without the heat treatment of the piezoelectric body 100.
  • the piezoelectric body 100 is sintered, and the electrodes 200a and 200b are fired, thereby reducing the process steps and the process time as compared with the prior art.
  • the first conductive part 210 according to the present invention uses piezoelectric powder (that is, piezoelectric particles 202) instead of the glass frit as in the prior art, the reaction with the piezoelectric material 100 does not occur during the firing process. As a result, the performance of the piezoelectric body 100 due to the material dispersed in the electrodes 200a and 200b (that is, the piezoelectric particles 202) is not deteriorated.
  • a piezoelectric material is manufactured from a piezoelectric material that can be sintered at 800 ° C to 950 ° C, and a metal such as silver (Ag) paste coated with glass frit is formed on each of one side and the other side of the piezoelectric material to form an electrode.
  • the piezoelectric body and the electrode can be fired at the same time.
  • the glass frit which is a material different from the piezoelectric body, reacts with the piezoelectric body, thereby degrading the piezoelectric ability of the piezoelectric body.
  • the piezoelectric particles 202 made of a piezoelectric material are used as a means for improving the bonding force between the piezoelectric material 100 and the electrodes 200a and 200b, the piezoelectric elements in the piezoelectric material 100 and the electrodes 200a and 200b are used. Since the reaction between the particles 202 does not occur, the piezoelectric ability of the piezoelectric body 100 is not degraded by the piezoelectric particles 202 added to secure the bonding force.
  • a piezoelectric element including one piezoelectric element 100 has been described as an example.
  • the present invention is not limited thereto and may be a piezoelectric element having a multilayer structure in which a plurality of piezoelectric elements are provided and stacked.
  • each of the first electrode 200a, the second electrode 200b, the internal electrodes 200c and 200d, and the through electrodes 300a and 300b is a piezoelectric particle 202.
  • the first conductive portion 210 is formed in the direction of contact with the piezoelectric bodies in both directions, and the two first conductive portions are formed. It is preferable to form the second conductive portion 220 between the 210 (not shown).
  • FIG. 9 is a three-dimensional view showing a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention.
  • 10 is a three-dimensional view showing a piezoelectric body of a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention.
  • 11 is a top view (FIG. 11A) and a bottom view (FIG. 11B) of a piezoelectric element according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • 12 is a cut front view taken along the line AA ′ of FIG. 9; 13 is a sectional view showing a piezoelectric element according to a first modification of the third embodiment.
  • 14 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a piezoelectric element according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • 15 is a three-dimensional view showing a piezoelectric element according to a second modification of the third embodiment.
  • 16 is a three-dimensional view showing a piezoelectric body according to a second modification of the third
  • the piezoelectric elements according to the first and second embodiments described above are mounted on, for example, an aluminum case (not shown), and connect a wire to each of the first electrode 200a and the second electrode 200b.
  • a wire to which a positive current is applied to the first electrode 200a is connected, and a wire to which a negative current is applied is connected is connected to the case and is energized with the second electrode through the case.
  • both the wires for the positive and negative electrodes are directly connected to the piezoelectric elements for easier mass production.
  • the piezoelectric element according to the third exemplary embodiment of the present invention includes a piezoelectric element 100 and a first conductive layer 211 formed to be spaced apart from each other on one surface (for example, an upper surface) of the piezoelectric element 100. And a first electrode 200a including a second conductive film 212, a second electrode 200b formed on the other surface (eg, a bottom surface) of the piezoelectric body 100, and a first electrode of the first electrode 200a.
  • the connection electrode 200e is formed to connect between the conductive film 211 and the second electrode 200b.
  • the first wire is connected to the second conductive film 212 of the first electrode 200a, and the second wire is connected to the connection electrode 200e. Accordingly, a current, for example, a (+) current transmitted to the first wire is transferred to the second conductive film 212 of the first electrode 200a, and a (-) current transferred to the second wire is connected to the connection electrode 200e. It is transmitted to the second electrode 200b through.
  • the piezoelectric material 100 uses the piezoelectric material 100 manufactured using the same piezoelectric material as the piezoelectric material 100 according to the first and second embodiments described above. That is, the piezoelectric body 100 according to the second embodiment is made of a piezoelectric material in which a PZNN-based material is dissolved in the PZT system.
  • the piezoelectric material 100 may be sintered at a temperature of 800 ° C. to 950 ° C. (800 ° C. or more and 950 ° C. or less), and the piezoelectric material properties do not decrease even when sintering at the temperature (800 ° C. to 950 ° C.).
  • the piezoelectric body 100 according to the third embodiment is provided with a groove 101 in which the connection electrode 200e is to be formed.
  • the piezoelectric body 100 includes a main body 102 having piezoelectric characteristics, and a recess 102 formed inward from the side surface of the main body 102 and extending in the vertical direction.
  • the groove 101 is provided in a direction crossing the direction in which the first electrode 200a and the second electrode 200b are formed, and extends in the direction in which the first electrode 200a and the second electrode 200b are arranged. do. That is, as illustrated in FIGS. 10 and 11A, grooves 101 are provided on side surfaces of the piezoelectric body 100 that intersect the upper and lower surfaces of the piezoelectric body 100, and the grooves extend in the vertical direction. The upper and lower sides and the piezoelectric body 100 are opened in the outward direction.
  • the groove 101 is provided with an empty space in the inward direction of the piezoelectric body 100 from the side of the piezoelectric body 100, the upper side and the lower side is open.
  • the groove 101 is a space where the electrode material is filled to form the connection electrode 200e.
  • the length H1 of the groove 101 in the inner direction of the main body 102 may be 40% or less of the width direction length B1 of the main body 102.
  • the length H2 of the groove 101 in the circumferential direction of the main body 102 may be 15% or less of the circumferential length B2 of the main body 102.
  • the electrodes 200a, 200b, and 200e may be disposed on the first electrode 200a formed on the upper surface of the piezoelectric body 100, the second electrode 200b formed on the lower surface of the piezoelectric body 100, and the side surfaces of the piezoelectric body 100.
  • the connection electrode 200e is formed.
  • Each of the first electrode 200a, the second electrode 200b, and the connection electrode 200e is preferably formed of any one of Ag, Ag / Pd, and Cu.
  • the first electrode 200a includes two conductive films 211 and 212 formed to be spaced apart from each other on the upper surface of the piezoelectric material 100, and the two conductive films are insulated from each other through the spaced spaces.
  • an empty space in which two conductive films are spaced apart from the upper surface of the piezoelectric body is referred to as an “insulation region”.
  • one surface, for example, an upper surface of the piezoelectric body 100 is divided into two directions with respect to the insulation region, and the region where the groove is located (or one region of the insulation region) is removed from two regions divided based on the insulation region.
  • the first region 110a and the groove 101 refer to the tee-side region of the insulating region as the second region 110b (see FIG. 10).
  • the conductive film formed in the first region 211 where the groove 101 is not formed and the conductive film formed in the second region 110b where the groove 101 is not formed are formed on the upper surface of the piezoelectric material 100. 2 is called a conductive film 212.
  • the first electrode 200a when the first electrode 200a is again illuminated, the first electrode 200a according to the third embodiment may be formed to be spaced apart from each other on the upper surface of the piezoelectric body 100. And a second conductive film 212, and the first conductive film 211 and the second conductive film 212 are insulated from each other through an insulating region that is a spaced apart space.
  • the first conductive film 211 is formed in the first region 110a of the upper surface of the piezoelectric body 100, and is formed up to the periphery of the groove 101 of the piezoelectric body 100 so as to be energized with the connection electrode 200e described below. Connected.
  • the first conductive film 211 connected to the connection electrode 200e may be formed to have a smaller area than the second conductive film 212.
  • the second electrode 200b is formed on the lower surface of the piezoelectric body 100 and at least a portion of the edge thereof is connected to the connection electrode.
  • connection electrode 200e is formed to fill the groove 101 provided on the side surface of the piezoelectric body 100, so as to interconnect the second electrode 200b and the first conductive film 211 of the first electrode 200a with each other. do. That is, the lower portion of the connection electrode 200e formed in the groove 101 is connected to the second electrode 200b, and the upper portion of the connection electrode 200e is connected to the first conductive film 211 of the first electrode 200a. do. Therefore, when a current flows by connecting a wire to the connection electrode 200e, the wire is transferred to the second electrode 200b through the connection electrode 200e.
  • the connection electrode 200e is connected to the first conductive film 211 of the first electrode 200a, the first conductive film 211 is insulated from the second conductive film 212 and thus is insulated. .
  • connection electrode 200e is formed at the same time when the first electrode 200a and the second electrode 200b are formed on each of the upper and lower surfaces of the piezoelectric body 100. That is, when the first electrode 200a material and the second electrode material are applied to the lower surface of the piezoelectric material 100, the portion of the piezoelectric material 100 is filled into the grooves to fill the connection electrode 200e. Form. Therefore, since the process of forming the connection electrode 200e in a separate process is omitted, the process step and time is shortened.
  • a process of forming a first electrode on the upper surface of the piezoelectric body and a second electrode on the lower surface of the piezoelectric body and then forming a connection electrode on the side of the piezoelectric body is performed separately.
  • the electrode forming material flows into the groove provided in the piezoelectric body 100 to form the connection electrode, thus connecting electrode 200e.
  • the process step for forming the step is omitted, thereby reducing the process time.
  • the piezoelectric body according to the third embodiment may be sintered at a temperature of 800 ° C to 950 ° C. Therefore, when the first electrode 200a, the second electrode 200b, and the connecting electrode 200e are formed on the piezoelectric body 100, the piezoelectric body 100 and the electrode (first electrode 200a, second electrode 200b) are formed. And the connecting electrode 200e) are simultaneously heat treated. That is, after the electrode is formed on the piezoelectric body 100, heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C to 950 ° C to sinter the piezoelectric body 100 and perform electrode firing at the same time.
  • Pb of the piezoelectric body 100 is eluted to the first electrode 200a, the second electrode 200b and the connection electrode 200e, and due to the eluted Pb 201, the first electrode 200a, the second The bonding force between each of the electrode 200b and the connecting electrode 200e and the piezoelectric body is improved.
  • a piezoelectric material 100 having a predetermined thickness in which grooves 101 are formed in the lateral direction is provided (S100).
  • the piezoelectric body may be provided by stacking a plurality of green sheets formed of a piezoelectric material sintered at a temperature of 800 ° C to 950 ° C, that is, a piezoelectric material in which a PZNN-based material is dissolved in a PZT system. Then, the edge of the manufactured piezoelectric body is processed to form the groove 101 at the edge of the piezoelectric body.
  • each of the plurality of green sheets may be manufactured in a shape in which grooves are formed at the edges, and the plurality of green sheets in which the grooves are formed may be stacked to manufacture the piezoelectric body 100 in which the grooves 101 are formed.
  • an electrode material for example, Ag is applied to each of the upper and lower surfaces of the piezoelectric material 100 to form an electrode (S200).
  • the respective regions of the first and second regions 110a and 110b in which the regions are divided based on the insulating region are formed.
  • An electrode forming material is applied to form a first conductive film 211 in the first region 110a and a second conductive film in the second region 110b. Accordingly, the first conductive film 211 and the second conductive film 212 are formed to be insulated from each other through a space, that is, an insulating region.
  • the 1st electrode 200a by apply
  • the electrode material when the electrode material is applied to each of the upper and lower surfaces of the piezoelectric body 100, the electrode material is also applied at the upper and lower positions of the groove 101. That is, when the electrode material is applied to the first region 110a of the upper surface of the piezoelectric body 100, the position corresponding to the upper opening of the groove 101 provided in the first region 110a and the piezoelectric body 100 are applied.
  • the first electrode 200a and the second electrode 200b are formed by filling the groove 101 by applying the electrode material at a position corresponding to the lower opening of the groove 101 provided on the lower surface of the groove 101. In forming, the connecting electrodes are formed together or simultaneously.
  • the sintering of the piezoelectric body 100 and the firing of the electrode are performed.
  • the sintering of the piezoelectric body 100 and the firing time of the electrode may be, for example, 30 minutes to 10 hours.
  • the piezoelectric body 100 When the piezoelectric body 100 is sintered and the electrode is baked in this manner, the piezoelectric body 100 and the electrodes 200a, 200b, and 200e are bonded to each other. At this time, when the piezoelectric body is sintered, Pb of the piezoelectric body 100 is eluted to the first electrode 200a, the second electrode 200b and the connection electrode 200e, and due to the eluted Pb 201, the piezoelectric ( The bonding force of each of the 100, the first electrode 200a, the second electrode 200b, and the connection electrode 200e is improved compared with the related art.
  • a wire is connected to each of the upper parts of the first electrode 200a and the connection electrode 200e by a soldering method.
  • the bonding strength with the wire is improved as compared with the conventional art.
  • the piezoelectric element having the connection electrode 200e is not limited to the single layer structure described above, and as illustrated in FIG. 16, the first electrode (211) and the second conductive portion 212 include the first electrode (212). 200a), the second electrode 200b and the connection electrode 200e may be formed.
  • the piezoelectric powder is mixed with the base 211 in the form of a paste.
  • a base on which the plurality of piezoelectric particles 202 are dispersed is applied to each of the upper and lower surfaces of the piezoelectric body.
  • the base 211 in which the piezoelectric particles 202 are dispersed is applied to each of the first region 110a and the second region 110b of the upper surface of the piezoelectric body 100 and the lower surface of the piezoelectric body 100.
  • a position corresponding to an upper opening of the groove 101 provided in the first region 110a of the upper surface of the piezoelectric body 100 and a lower opening of the groove 101 provided in the lower surface of the piezoelectric body 100 may be used.
  • the base 211 in which the piezoelectric particles 202 are dispersed may be inserted into the groove 101 and filled.
  • the base 211 in which the piezoelectric particles 202 are dispersed is filled into the grooves 101, it is applied along the inner wall surface of the grooves.
  • the first conductive portion 211 in which the plurality of piezoelectric particles 202 are dispersed is formed on the upper surface and the lower surface of the piezoelectric body 100 and the inner wall surface of the groove 101.
  • the first conductive portion 211 is formed on each of the upper and lower surfaces.
  • the second conductive portion 212 is formed in the second conductive portion 212, and at this time, since the electrode material is filled through the upper opening and the lower opening of the groove 101, the first conductive portion 211 applied to the inner wall surface of the groove 101.
  • the second conductive portion 212 is formed on the ().
  • the connection electrode 200e may include the first conductive portion 211 and the second conductive portion 212. Is formed.
  • the first conductive portion 211 of the first electrode 200a and the second electrode 200b is formed, the first conductive portion 211 of the connection electrode 200e is formed at the same time, and the first electrode 200a is formed.
  • the second conductive portion 212 of the connection electrode 200e is formed at the same time when the second conductive portion 212 of the second electrode 200b is formed. Therefore, the connection electrode can be formed without adding a process step and a process time for forming the first conductive portion 211 and the second conductive portion 212 of the connection electrode 200e.
  • one groove 101 is provided in the piezoelectric body 100 and one connection electrode 200e is formed.
  • the present invention is not limited thereto, and the plurality of grooves 101 may be provided in the piezoelectric body 100 to be spaced apart from each other, and as shown in FIG. 15, the plurality of connection electrodes 200e may be piezoelectric. It may be formed to be spaced apart from each other in the extending direction of the (100) side.
  • the sintering of the piezoelectric body 100 and the firing of the electrode 200 may be simultaneously performed.
  • the manufacturing step and the process time of the piezoelectric element can be shortened.
  • Pb of the piezoelectric body 100 is eluted to the electrode, thereby improving the bonding force between the piezoelectric member 100 and the electrode 200 and the bonding force between the electrode and the wire.
  • the plurality of piezoelectric particles 202 are dispersed to form the electrode 200, so that the plurality of piezoelectric protrusions 202a between the piezoelectric body 100 and the electrode are formed, and the plurality of piezoelectric particles 202 cause the electrode ( The contact surface area between the piezoelectric member 200 and the piezoelectric member 100 is widened, thereby improving the bonding force.
  • the material dispersed in the electrode 200 is the same piezoelectric material as the piezoelectric material 100, when the piezoelectric material 100 is sintered, the reaction between the piezoelectric particles 202 and the piezoelectric material 100 in the electrode 200 does not occur. Therefore, as in the related art, the problem of deterioration of the piezoelectric body 100 due to the added material for improving the bonding strength does not occur.
  • connection electrode 200 In addition, in forming the connecting electrode 200 connecting the first electrode 200 and the second electrode 200 to the piezoelectric body 100, the groove 101 in which the connecting electrode 200 is formed in the piezoelectric body 100 is formed. First, the connection electrode 200 is formed at the same time when the first and second electrodes 200a and 200b are formed. Therefore, there is an effect that the process step and process time for forming the connection electrode 200 can be shortened.
  • the piezoelectric element and the manufacturing method thereof according to the present invention, after the electrode is formed on the piezoelectric body, the piezoelectric element is sintered and the electrode is baked at the same time.
  • the manufacturing step and the process time of the piezoelectric element can be shortened.
  • Pb of the piezoelectric body is eluted to the electrode, thereby improving the bonding force between the piezoelectric body and the electrode and the bonding force between the electrode and the wire.

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Abstract

본 발명에 따른 압전 소자는 압전 특성을 가지는 압전체 및 압전체의 일면 및 타면 각각에 형성되며, 상기 압전체로부터 용출시킨 Pb를 포함하는 전극을 포함한다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 압전체에 전극을 형성한 후에, 압전체의 소결과 전극의 소성을 동시에 실시하여 제조한다. 이에, 압전 소자의 제조 단계 및 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 압전체의 Pb를 전극으로 용출시켜, 압전체와 전극 간의 접합력 및 전극과 와이어 간의 접합력이 향상되는 효과가 있다.

Description

압전 소자 및 이의 제조 방법
본 발명은 압전 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정 시간을 단축시키고, 압전체와 도전체 간의 접합력을 향상시킬 수 있는 압전 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
압전 소자(Piezoelectric Element)는 가해지는 기계적 에너지와 전기적 에너지를 서로 간에 변환시킬 수 있는 소자이다. 즉, 압전 소자는 외부로부터 물리적인 힘을 받아 변형이 생기면 전기적 에너지가 발생하고, 반대로 외부로부터 전기적 에너지에 따라 물리적 변형이 발생하는 소자이다.
압전 소자는 일반적으로 압전 특성을 가지는 압전체와, 압전체의 상부 및 하부에 각기 형성된 전극을 포함한다. 여기서 압전체는 압전 특성을 가지는 세라믹 재료로 형성되며, 압전체의 상부 및 하부면 각각에 전도성의 재료 예컨대, 금속 페이스트(paste)를 도포하여 전극을 형성한다.
그런데, 압전체는 세라믹 재료이고, 전극은 금속 재료이기 때문에, 압전체와 전극 각각의 밀착력이 좋지 않으며, 이로 인해, 압전체의 상부 및 하부면 각각으로부터 상부 및 하부 전극 각각이 들뜨는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 종래에는 압전체와 전극 간의 밀착력을 증가시키기 위해, 전극용 금속 페이스트에 글래스 프릿(glass frit)을 혼합하여, 이를 압전체의 상부 및 하부에 도포하여 전극을 형성하여 전극을 형성하였다. 보다 구체적으로는 압전체를 마련하여 이를 소결하고, 소결된 압전체의 상부 및 하부 각각에 글래스 프릿이 혼합된 금속 페이스트를 도포한 후, 전극을 열처리한다. 여기서 압전체와 전극 계면 사이에 위치된 글래스 프릿은 접착제로서 작용하여, 소결 중 압전체와 금속 전극 간의 접합력(또는 접착력)을 증가시킨다.
그런데, 상술한 압전 소자의 경우 압전체의 소결 온도가 1100℃ 이상의 고온으로, 글래스 프릿을 함유한 금속 전극 예를 들어 은(Ag) 금속 전극의 소성 가능한 온도가 950℃ 이하로 다르기 때문에, 압전체의 소결과 전극의 소성 2단계의 열처리 단계를 거쳐야 하므로, 공정이 복잡하고 길어지는 문제가 있다.
또한, 예컨대 글래스 프릿이 포함된 전극을 도포한 후, 압전체 및 전극을 동시 소성하는 경우, 압전체의 소결 온도와 전극의 소성 온도가 다르기 때문에, 압전체의 압전 기능이 저하되거나 하는 요인 등으로, 압전 소자의 특성이 저하될 수 있다.
또한, 글래스 프릿이 함유된 금속 전극은 소성 후, 표면에 글래스가 용출 될 수 있고, 이에 따라 와이어 접합 시 용출 된 글래스에 와이어가 부착될 경우 접합력이 낮아 단락 될 수 있다.
(선행기술문헌)
한국등록특허 0852162
본 발명은 제조 공정 단계 및 제조 시간을 감소시킨 압전 소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 압전체와 전극을 동시 소성하여 제조된 압전 소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 압전체의 성능 저하 없이, 압전체와 도전체 간의 접합력을 향상시킨 압전 소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 압전 소자는 압전 특성을 가지는 압전체; 및 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 형성되며, 상기 압전체로부터 용출시킨 Pb를 포함하는 전극;을 포함한다.
상기 압전체는 상기 전극의 소성 온도에 대응하는 온도에서 소결 가능한 압전 재료를 포함한다.
상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 전극을 도포한 후에, 상기 압전체와 상기 전극을 동시에 열처리하여, 상기 압전체의 소결 및 상기 전극의 소성을 실시함으로써, 상기 압전체의 Pb를 상기 전극으로 용출시킨다.
상기 전극은 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 도포되는 베이스를 포함하고, 상기 압전체로부터 용출시킨 Pb를 상기 베이스의 그레인 바운더리(grain boundary)에 위치시켜, 상기 베이스와 반응하여 상기 베이스와 결합된다.
상기 압전체가 복수개로 마련되어 상하 방향으로 적층되고, 복수의 상기 압전체 각각의 일면 및 타면 각각에 상기 전극이 형성되며, 복수의 상기 압전체 각각에 형성된 전극은 상기 압전체로부터 용출시킨 Pb를 포함한다.
본 발명에 따른 압전 소자는 압전 특성을 가지는 압전체; 및 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 형성되며, 내부에 복수의 압전 입자가 분산된 전극;을 포함한다.
상기 전극은, 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 형성되며, 내부에 복수의 압전 입자가 분산된 제 1 도전부; 및 상기 제 1 도전부 상에 형성된 제 2 도전부;를 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 도전부 각각은 상기 압전체로부터 용출시킨 Pb를 포함한다.
상기 복수의 압전 입자 중, 일부는 상기 압전체의 일면 및 타면 각각과 접촉되도록 위치되며, 상기 압전체의 일면 및 타면 각각으로부터 상기 전극이 형성되는 방향으로 돌출된 압전 입자는 압전 돌기이다.
상기 압전 입자의 평균 입경은 0.1㎛ 내지 10㎛인 것이 바람직하다.
상기 압전 입자는 상기 압전체와 동일한 재료를 포함한다.
상기 전극은 3㎛ 내지 25㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
상기 압전체 및 압전 입자는 상기 전극의 소성 온도에 대응하는 온도에서 소결 가능한 압전 재료를 포함한다.
상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 상기 제 1 도전부 및 제 2 도전부를 도포한 후에, 상기 압전체와 상기 제 1 및 제 2 도전부를 동시에 열처리하여, 상기 압전체의 소결 및 상기 제 1 및 제 2 도전부의 소성을 실시함으로써, 상기 압전체의 Pb를 상기 제 1 및 제 2 도전부로 용출시킨다.
상기 압전체가 복수개로 마련되어 상하 방향으로 적층되고, 복수의 상기 압전체 각각의 일면 및 타면 각각에 상기 전극이 형성되며, 복수의 상기 압전체 각각에 형성된 전극은 내부에 분산된 상기 복수의 압전 입자를 포함한다.
본 발명에 따른 압전체는 압전 특성을 가지는 본체; 및 상기 본체의 측면으로부터 내측 방향으로 함몰 형성되며, 상하 방향으로 연장된 홈;을 포함한다.
상기 본체의 내측 방향으로의 상기 홈의 길이는 상기 본체의 폭 방향 길이의 40% 이하인 것이 바람직하다.
상기 본체의 둘레 방향으로의 상기 홈의 길이는 상기 본체의 둘레 방향 길이의 15% 이하인 것이 바람직하다.
상기 홈은 상기 압전체의 둘레 방향으로 상호 이격되도록 복수개로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 압전 소자는 압전 특성을 가지며, 측면에 상하 방향으로 연장된 홈을 구비하는 압전체; 및 상기 압전체의 일면에서 상기 홈 주변 영역에 형성된 제 1 도전막과, 상기 압전체의 일면에서 상기 제 1 도전막과 이격되도록 형성된 제 2 도전막을 구비하는 제 1 전극; 상기 압전체의 타면에 형성된 제 2 전극; 상기 압전체에 마련된 상기 홈 내부에 형성되어, 상기 제 1 전극의 제 1 도전부 및 상기 제 2 전극과 연결된 연결 전극;을 포함한다.
상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극 각각은, 상기 압전체로부터 용출시킨 Pb를 포함한다.
상기 압전체는 상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극의 소성 온도에 대응하는 온도에서 소결 가능한 압전 재료를 포함한다.
상기 홈은 상기 압전체의 측면의 연장 방향으로 상호 이격되도록 복수개가 형성되며, 상기 연결 전극은 상기 복수개의 홈 각각의 내부에 형성된다.
상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극 중 적어도 하나는 내부에 분산된 복수의 압전 입자를 포함한다.
상기 상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극 중 적어도 하나는, 상기 압전체에 직접 접촉되도록 형성되며, 상기 복수의 압전 입자가 분산된 제 1 도전부; 및
상기 제 1 도전부 상에 형성된 제 2 도전부;를 포함한다.
상기 복수의 압전 입자 중, 일부는 상기 압전체의 표면과 접촉되도록 위치되며, 상기 압전체의 표면 각각으로부터 상기 전극이 형성되는 방향으로 돌출된 압전 입자는 압전 돌기이다.
상기 압전 입자의 평균 입경은 0.1㎛ 내지 10㎛이다.
상기 압전체 및 압전 입자는 상기 전극의 소성 온도에 대응하는 온도에서 소결 가능한 압전 재료를 포함한다.
본 발명에 따른 압전 소자의 제조 방법은 압전체를 마련하는 과정; 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 전극을 도포하는 과정; 및 상기 압전체 및 상기 전극을 열처리하여, 상기 압전체의 소결 및 상기 전극의 소성을 동시에 실시하는 과정;을 포함한다.
상기 압전체의 소결 및 상기 전극의 소성을 동시에 실시하는데 있어서, 상기 압전체에 포함된 Pb를 상기 전극으로 용출시킨다.
상기 압전체를 마련하는 과정에 있어서, 상기 전극의 소성 온도와 대응하는 온도에서 소결 가능한 압전 재료로 제조한다.
상기 압전체의 소결 및 상기 전극의 소성을 동시에 실시하는 과정에 있어서,
상기 압전체 및 전극을 800℃ 내지 950℃의 온도에서 열처리한다.
상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 전극을 도포하는 과정에 있어서, 복수의 압전 입자가 분산된 전극 형성용 재료를 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 도포하여, 전극을 형성한다.
상기 전극을 형성하는 과정은, 상기 복수의 압전 입자가 분산된 전극 형성용 재료를 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 도포하여 제 1 도전부를 형성하는 과정; 상기 제 1 도전부 상에 전극 형성용 재료를 도포하여, 제 2 도전부를 형성하는 과정;을 포함한다.
상기 제 1 도전부를 형성하기 위한 전극 형성용 재료는 도전성의 베이스에 압전 분말을 혼합하여, 상기 베이스에 상기 복수의 압전 입자가 분산되도록 제조한다.
상기 제 1 도전부를 형성하는 전극 형성용 재료 전체를 100 중량%라고 할 때, 상기 압전 분말이 1 중량% 내지 20 중량% 함유되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 압전 소자의 제조 방법은 측면으로부터 내측 방향에 상하 방향으로 연장 형성된 홈을 구비하는 압전체를 마련하는 과정; 및 상기 홈의 상측 개구가 위치하는 상기 압전체 일면과, 상기 홈의 하측 개구가 마련된 위치하는 상기 압전체의 타면 각각에 전극 형성용 재료를 도포하면서, 상기 홈에 상기 전극 형성용 재료를 충진시켜, 상기 압전체의 일면에 제 1 전극, 상기 압전체의 타면에 제 2 전극, 상기 홈 내부에 제 1 전극과 제 2 전극을 연결하는 연결 전극을 형성하는 과정;을 포함한다.
상기 압전체, 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극을 열처리하여, 상기 압전체의 소결과, 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극의 소성을 동시에 실시하는 과정을 포함한다.
상기 압전체의 일면에 전극 형성용 재료를 도포하여 상기 제 1 전극을 형성하는데 있어서, 상기 압전체의 일면에서 상기 홈 주변 영역에 상기 전극 형성용 재료를 도포하여 제 1 도전막을 형성하고, 상기 압전체의 일면에서 상기 제 1 도전막과 이격되도록 상기 전극 형성용 재료를 도포하여, 제 2 도전막을 형성하며, 상기 연결 전극은 상기 제 1 도전막과 연결되고, 상기 제 2 도전막과 절연된다.
상기 압전체의 소결과, 상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극의 소성을 동시에 실시하는데 있어서, 상기 압전체의 Pb가 상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극으로 용출시킨다.
상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극을 형성하는데 있어서, 복수의 압전 입자가 분산된 전극 형성용 재료를 마련하여, 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 도포하고, 상기 홈에 충진시켜, 상기 복수의 압전 입자를 포함하도록 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극을 형성한다.
상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극을 형성하는데 있어서, 상기 복수의 압전 입자가 분산된 전극 형성용 재료를 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 도포하고, 상기 홈에 충진시켜, 상기 압전체의 일면 및 타면과, 상기 홈의 내벽면 각각에 제 1 도전부를 형성하는 과정; 상기 제 1 도전부 상에 전극 형성용 재료를 도포하여, 제 2 도전부를 형성하는 과정; 을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 압전체에 전극을 형성한 후에, 압전체의 소결과 전극의 소성을 동시에 실시하여 제조한다. 이에, 압전 소자의 제조 단계 및 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 압전체의 Pb를 전극으로 용출시켜, 압전체와 전극 간의 접합력 및 전극과 와이어 간의 접합력이 향상되는 효과가 있다.
또한, 복수의 압전 입자를 분산시켜 전극을 형성함으로써, 압전체와 전극 간에 복수의 돌기가 형성되도록 하며, 복수의 압전 입자로 인해 전극과 압전체간의 접촉 표면적이 넓어져, 접합력이 향상된다. 이때, 전극 내에 분산되는 재료가 압전체와 동일한 압전 재료를 포함하므로, 압전체의 소결 시에, 전극 내 압전 입자와 압전체 간의 반응이 일어나지 않는다. 이에 따라 종래와 같이, 접합력 향상을 위해 추가된 재료로 인한 압전체의 기능 저하 문제가 발생되지 않는다.
그리고, 압전체에 제 1 전극과 제 2 전극을 연결하는 연결 전극을 형성하는데 있어서, 압전체에 연결 전극이 형성될 홈을 먼저 마련하고, 제 1 및 제 2 전극형성시에 연결 전극을 동시에 형성한다. 따라서, 연결 전극의 형성을 위한 공정 단계 및 공정 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 소자를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법에 의한 Pb의 용출을 개념적으로 도시한 단면도
도 4는 제 1 실시예의 변형예에 따른 전 소자를 나타낸 단면도
도 6는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전 소자를 나타낸 단면도
도 7은 도 6의 제 1 도전부의 일부를 확대 도시한 도면
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도
도 9은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 소자를 나타낸 입체도
도 10는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 소자의 압전체를 나타낸 입체도
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 소자의 상면도(도 11a) 및 저면도(도 11b)
도 12는 도 9의 A-A'를 따라 절단한 절단 정면도
도 13은 제 3 실시예의 제 1 변형예에 따른 압전 소자를 나타낸 단면도
도 14는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도
도 15는 제 3 실시예의 제 2 변형예에 따른 압전 소자를 도시한 입체도
도 16은 제 3 실시예의 제 2 변형예에 따른 압전체를 도시한 입체도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명은 공정 시간을 단축시키고, 압전체와 도전체 간의 접합력을 향상시킬 수 있는 압전 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 압전 소자는 초음파 특성을 이용하거나 초음파를 발생시켜, 거리나, 두께, 물체의 움직임을 검출하는 초음파 센서에 적용될 수 있다.
초음파 센서는 차량의 후방 감지 센서 또는 사각지대의 물체 감지 센서 등에 활용될 수 있다. 또 다른 예로, 초음파 센서는 초음파 용접기와 초음파 세척기 등에 이용되는 고음압용과, 생산 제어, 비파괴 검사, 침입 검사 등에 적용되는 저음압용이 있다.
이러한 초음파 센서는 일반적으로 센서 케이스, 센서 케이스의 내부에서 바닥면에 부착된 압전 소자, 압전 소자에 연결된 전원 공급용 와이어, 와이어와 연결된 단자, 단자로 전원을 공급하는 전원 공급 케이블을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 압전 소자에 대해 설명한다. 이때, 설명되는 실시예들에 따른 압전 소자는 초음파 센서, 보다 구체적으로는 차량의 후방 감지 센서에 적용될 수 있다. 물론 실시예들에 따른 압전 소자는 차량의 후방 감지 센서에 한정되지 않고, 다양한 초음파 센서에 적용될 수 있으며, 초음파 센서 외에, 압전 소자를 구비하는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 소자를 나타낸 단면도이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법에 의한 Pb의 용출을 개념적으로 도시한 단면도이다. 도 4는 제 1 실시예의 변형예에 따른 전 소자를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 소자에서 전극의 표면 사진이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 소자는 압전체와 전극을 동시 소성하고, 압전체와 전극 간의 접합력 및 전극과 와이어 간의 접합력을 향상시킨 압전 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 소자는 압전 특성을 가지며, 소정 두께를 가지는 압전체(100), 압전체(100)의 일면과 타면(他面) 각각에 형성된 전극(200: 200a, 200b)을 포함한다. 그리고, 본 발명의 압전 소자의 전극(200a, 200b)은 Pb를 포함하는데, 전극(200a, 200b) 내 Pb(201)는 압전체(100)와 전극(200a, 200b) 간의 접합력과, 전극(200a, 200b)과 전원 인가용 와이어 간의 접합력을 향상시키는 역할을 한다.
이러한, 제 1 실시예에 따른 압전 소자는 도 2에 도시된 바와 같이, 압전체(100)를 준비하는 과정(S100), 압전체(100) 상에 전극(200a, 200b)을 도포하는 과정(S200), 압전체(100)와 전극(200a, 200b)을 동시에 열처리하는 과정(S300)을 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자에 대해 보다 상세히 설명한다.
압전체(100)는 압전 특성을 가지는 재료를 소정의 면적 및 두께를 가지도록 성형하여 형성한다. 그리고, 실시예에 따른 압전체(100)는 그 횡단면의 형상이 사각형 또는 원형일 수 있다. 물론 압전체(100)의 형상은 이에 한정되지 않고, 목적하는 다양한 형상으로 제조될 수 있다.
실시예에 따른 압전체(100)는 후속 설명되는 전극(200a, 200b)의 소성 시에 동시 소결 가능한 압전 재료로 형성된다. 즉, 압전체(100)는 낮은 융점을 가지고 있으며, 전극(200a, 200b)으로서 사용되는 금속 재료 예컨대, Ag, Ag/Pd, 및 Cu와 같은 금속 재료와 저온에서 동시에 소결 가능하고, 저온의 소결 공정에서도 압전 특성이 저하되지 않는 압전 재료를 사용한다.
실시예에서는 Pb, Zr, Ti를 포함하는 압전 재료 즉, PZT 계(Pb(Zr,Ti)O3) 압전 재료에 Pb, Ni, Nb, Zn을 포함하는 압전 재료 즉, PZNN 계(Pb(Ni,Zn,Nb)O3) 압전 재료를 고용한 재료를 이용하여 형성된 압전체(100)를 사용한다. PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 압전 재료는 보다 구체적으로 예시하면, {0.41Pb(Ni1/3 Nb2/3)O3 -0.36PbTiO3 -0.23PbZrO3}의 압전 재료에 ZnO가 1 내지 9mol% 첨가된 조성을 가진다. 압전 재료의 다른 예로, PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 압전 재료는 {0.41Pb(Ni1/3 Nb2 / 3)O3 - 0.36PbTiO3 -0.23PbZrO3}의 압전 재료에 3mol%의 산화아연(ZnO)과 0.5 내지 3 mol%의 산화구리(CuO)가 첨가된 조성물일 수 있다.
상술한 바와 같은 PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 압전 재료는 800℃ 내지 950℃(800℃ 이상, 950℃이하)의 온도에서 소결이 가능하며, 상기 온도(800℃ 내지 950℃)에서 소결 시에도 압전 재료 특성이 저하되지 않는다.
실시예에 따른 압전체(100)는 PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 압전 재료로 이루어진 복수의 그린 시트(green sheet)를 마련하고, 상기 복수의 그린 시트를 적층하여 일명 그린바(green bar) 형태의 압전체(100)를 형성한다. 물론 압전체(100)는 이에 한정되지 않고, PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 압전 재료로 이루어지며, 목적하는 두께의 일체형의 블록(block)으로 이루어질 수도 있다.
전극(200: 200a, 200b)은 상술한 압전체(100)의 일면 및 타면 각각에 형성되며, 하나의 전극(200a)은 (+) 전류가 인가되는 전극이고, 다른 하나의 전극(200b)은 (-) 전류가 인가되는 전극이다.
보다 구체적인 예로, 압전체(100)의 상부면 및 하부면 각각에 전극(200a, 200b)이 형성되는데, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 압전체(100)의 상부 및 하부 각각에 형성된 전극을 제 1 전극(200a) 및 제 2 전극(200b)이라 명명한다. 즉, 실시예에 따른 압전 소자는 압전체(100), 압전체(100)의 상부면 및 하부면 각각에 형성된 상부 및 하부 전극(200a, 200b)을 포함한다.
예컨대, 압전체(100)의 상부면에 형성된 제 1 전극(200a)에 (+) 전류가 인가되는 와이어가 연결되고, 제 2 전극(200b)의 하부에는 알루미늄(Al) 케이스가 부착되며, 알루미늄(Al) 케이스로부터 (-) 전류가 인가되는 와이어가 연결된다. 그리고 제 1 전극(200a) 및 제 2 전극(200b)에 연결되는 와이어는 솔더링과 같은 용접 방법으로 연결될 수 있다.
전극(200: 200a, 200b)은 Ag, Ag/Pd, 및 Cu 중 어느 하나로 형성되며, 실시예에서는 예컨대, Ag를 이용하여 형성한다. 즉, 페이스트(pate) 상태의 Ag를 압전체의 일면 및 타면 예컨대, 상부면 및 하부면 각각에 도포하여 상부 전극 및 하부 전극(200a, 200b)을 형성한다.
압전체(100)에 전극(전극 형성용 재료)(200a, 200b)이 도포되면, 압전체(100)와 전극(200a, 200b)을 함께 또는 동시에 소성한다. 즉, 본 실시예에 따른 압전 소자는 도 2에 도시된 바와 같이, 압전체(100)를 준비하는 과정(S100), 압전체(100) 상에 전극(200a, 200b)을 도포하는 과정(S200), 압전체(100)와 전극(200a, 200b)을 동시에 열처리하는 과정(S300)으로 제조된다.
전극(200a, 200b)이 형성된 압전체(100)를 800℃ 내지 950℃의 온도로 열처리하면, 압전체(100)가 소결되고, 전극(200a, 200b)은 소성된다. 이렇게 800℃ 내지 950℃의 동일한 온도에서 압전체(100)의 소결과 전극(200a, 200b)의 소성을 동시에 실시할 수 있는 것은, 본 발명에 따른 압전체(100)가 일반적인 PZT 계의 압전체에 비해 낮은 저온 즉, 800℃ 내지 950℃에서 소결이 가능하기 때문이다.
그리고, 본 발명의 전극(200a, 200b)은 Pb(201)를 포함하는데, 상기 전극(200a, 200b) 내 Pb(201)는 압전체(100)로부터 전극(200a, 200b)으로 용출된 Pb(201)이다.
본 발명에서와 같이 압전체(100)에 전극(200a, 200b)을 도포한 후, 압전체(100)와 전극(200a, 200b)을 동시에 소성할 때, 압전체(100)에 함유된 Pb가 전극으로 용출된다(도 3a 및 도 3b 참조). 전극(200a, 200b)으로 용출된 Pb 중 일부는 산소(O)와 반응하여 PbO로 휘발되고, 나머지 Pb는 휘발되지 않고, 잔류한다. 이때, 휘발되지 않고 전극(200a, 200b)에 잔류하는 Pb(201)는 Ag의 그레인 바운더리에서 Pb와 반응하여, 상기 Ag 조직과 결합되거나 합금된다(도 5 참조). 이렇게 전극(200a, 200b)이 Ag 뿐만아니라, 용출된 Pb(201)를 포함하고 있고, 상기 Pb(201)는 압전체(100)를 구성하는 물질 중 하나이기 때문에, 전극(200a, 200b)이 압전체(100)와 상이한 재료인 Ag만을 포함할 때에 비해, 압전체(100)와의 접합력이 향상된다.
그리고, 전극(200a, 200b)으로 용출된 Pb(201) 중 제 1 전극(200a)의 상부 표면 및 제 2 전극(200b)의 하부 표면에 위치된 Pb(201)는 이후 와이어(wire)와 연결되는데, 예컨대, 솔더링 등과 같은 방법일 수 있다. 여기서, 전극(200a, 200b) 표면으로 용출된 Pb의 융점이 약 327℃(순수 Pb의 융점 327℃)로 낮기 때문에, Pb의 융점 온도에서 전극과 와이어 간의 접합이 가능하다. 즉, 종래에는 전극이 Ag 만으로 구성되어 있고, 와이어의 융점이 800℃ 내지 900℃로 높기 때문에, 고온에서 전극과 와이어 간의 접합이 이루어지지만, 본원발명의 경우 전극으로 용출된 Pb로 인해 종래에 비해 낮은 온도에서 전극과 와이어 간의 접합이 가능하다. 그리고 종래의 글래스 프릿을 함유한 금속 전극에 비해 접합력이 향상된다.
상기에서는 솔러링 방법으로 와이어를 제 1 및 제 2 전극(200a, 200b)에 연결하는 방법을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 와이어와 제 1 및 제 2 전극(200a, 200b)을 연결할 수 있는 다양한 방법의 적용이 가능하다.
한편, 종래 압전 소자의 압전체의 소결 온도는 약 1100℃ 이상으로 높기 때문에, 압전체의 소결과 전극의 소성을 동시에 실시할 수 없다. 즉, 종래에는 압전체를 마련하고, 이를 약 1100℃ 이상에서 소결한 후, 소결된 압전체에 전극을 도포하고, 전극을 저온 600 내지 950℃의 온도에서 열처리하여 소성한다. 이렇게 압전체와 전극의 열처리를 따로 하는 이유는 종래의 압전체는 600 내지 950℃의 낮은 온도에서 소결되지 않으며, 전극은 1100℃로 열처리 시에 대부분 용융, 휘발되어 전극으로서의 기능을 하지 못하기 때문이다.
그리고, 압전체를 1100℃에서 소결할 때, 압전체 상에 전극이 형성되어 있지 않기 때문에, 본 발명과 같이 압전체의 Pb가 전극으로 용출되지 않는다. 또한, 전극을 600 내지 950℃에서 소성 시에, 압전체는 상기 600 내지 950℃의 낮은 온도에서 소결 반응하지 않을뿐더러, 이미 전 단계에서 소결 반응이 종료된 상태이기 때문에, 전극 소성시에 압전체의 소결 반응이 일어나지 않고, 이에 압전체의 Pb가 전극으로 용출되지 않는다.
즉, 종래와 같은 압전체를 이용하여, 압전체의 소결 후에 전극을 형성하여 상기 전극을 소성하여 제조된 압전 소자는 전극 내에 용출된 Pb를 포함하지 않는다.
하지만, 본 발명에서는 압전체(100)에 전극(200a, 200b)을 도포한 후에, 압전체(100)의 소결과 전극(200a, 200b)의 소성을 동시에 실시하기 때문에, 압전체(100)의 Pb를 전극(200a, 200b)으로 용출시킬 수 있다. 그리고, 용출된 Pb(201)는 압전체(100)와 전극(200a, 200b) 간의 접합력과 전극(200a, 200b)과 와이어 간의 접합력을 향상시킨다.
상술한 제 1 실시예에서는 하나의 압전체(100)를 구비하는 압전 소자를 예를 들어 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 도 4에 도시된 바와 같이, 압전체(100a, 100b, 100c, 100d)가 복수개로 마련되어 적층되는 멀티 레이어 구조의 압전 소자일 수도 있다.
즉, 제 1 실시예의 변형예에 따른 압전 소자는 상하 방향으로 적층된 복수의 압전체(100a, 100b, 100c, 100d)와, 복수의 압전체(100a, 100b, 100c, 100d) 사이에 각기 형성된 복수의 전극(200: 200a, 200b, 200c, 200d)을 포함한다. 이때, 압전체가 복수개로 마련되므로, 전극(200: 200a, 200b, 200c, 200d)은 2개 이상으로 마련될 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위하여, 복수의 압전체(100a, 100b, 100c, 100d) 중, 상측에서 가장 최외각에 위치된 압전체(100c)의 상부면에 형성된 전극을 제 1 전극(200a), 하측에서 가장 최외각에 위치된 압전체(100a)의 하부면에 형성된 전극을 제 2 전극(200b), 그리고 압전체와 압전체 사이에 형성된 전극을 내부 전극(200c, 200d)으로 명명한다.
또한, 내부 전극(200c, 200d)이 상하 방향으로 복수개가 구비되는데, 실시예에 따른 내부 전극은 예컨대, 2개로 형성되다. 이하, 2개의 내부 전극(200c, 200d) 중, 제 2 전극(200b)과 상대적으로 인접한 내부 전극을 제 1 내부 전극(200c), 제 1 전극(200a)과 상대적으로 인접한 내부 전극을 제 2 내부 전극(200d)으로 명명한다.
상술한 정의를 반영하여 변형예에 따른 압전 소자를 다시 설명하면, 상하 방향으로 적층된 복수의 압전체(100a, 100b, 100c, 100d)와, 최상부의 압전체(100c)의 상부면에 형성된 제 1 전극(200a), 최하부의 압전체(100a)의 하부면에 형성된 제 2 전극(200b), 압전체와 압전체 사이에 형성된 제 1 및 제 2 내부 전극(200c, 200d), 일단이 제 1 전극(200a)과 연결되고, 상기 제 1 전극(200a)으로부터 압전체가 적층된 방향으로 연장 형성되어 타단이 제 1 내부 전극(200c)과 연결된 제 1 관통 전극(300a), 일단이 제 2 전극(200b)과 연결되고, 상기 제 2 전극(200b)으로부터 압전체가 적층된 방향으로 연장 형성되어 제 2 내부 전극(200d)과 연결된 제 2 관통 전극(300b)을 포함한다.
여기서 제 1 관통 전극(300a)은 제 1 압전체(100a), 제 1 내부 전극(200c) 및 제 2 압전체(100b)를 관통하도록 연장 형성되어, 일단이 제 2 전극(200b)과 연결되고, 타단이 제 2 내부 전극(200d)과 연결되며, 제 1 내부 전극(200c)과는 연결되지 않는다.
그리고, 제 2 관통 전극(300b)은 제 3 압전체(100c), 제 2 내부 전극(300b) 및 제 2 압전체(100b)를 관통하도록 연장 형성되어, 일단이 제 1 전극(200a)과 연결되고, 타단이 제 1 내부 전극(300a)과 연결되며, 제 2 내부 전극(200d)과는 연결되지 않는다.
이러한 멀티 구조의 압전 소자의 제조시에도, 복수의 압전체(100a, 100b, 100c, 100d)에 제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b), 내부 전극(200c, 200d) 및 관통 전극(300a, 300b)을 형성한 후에, 800℃ 내지 950℃의 온도에서 열처리하여, 복수의 압전체(100a, 100b, 100c, 100d)의 소결 및 제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b), 내부 전극(200c, 200d) 및 관통 전극(300a, 300b)의 소성을 동시에 실시한다.
이때, 압전체(100a, 100b, 100c, 100d)에 함유된 Pb가 제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b), 내부 전극(200c, 200d) 및 관통 전극(300a, 300b)으로 용출된다. 그리고 전극(제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b), 내부 전극(200c, 200d) 및 관통 전극(300a, 300b))(200)으로 용출된 Pb(201)에 의해 압전체(100a, 100b, 100c, 100d)와의 접합력이 향상된다.
그리고, 제 1 전극(200a) 및 제 2 전극(200b)은 솔더링 방법으로 와이어와 접합 연결되는데, 이때, 제 1 전극(200a)의 상부 표면 및 제 2 전극(200b)의 하부 표면으로 용출된 Pb(201)에 의해 와이어와의 본딩이 보다 용이하여, 접합력이 향상된다.
도 6는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전 소자를 나타낸 단면도이다. 도 7은 도 6의 제 1 도전부의 일부를 확대 도시한 도면이다. 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자는 압전 특성을 가지며, 소정 두께를 가지는 압전체(100), 압전체(100)의 일면과 타면(他面) 각각에 형성된 전극(200a, 200b)을 포함한다. 보다 구체적인 예로, 실시예에 따른 압전 소자는 압전체(100), 압전체(100)의 상부면 및 하부면 각각에 형성된 상부 및 하부 전극(200a, 200b)을 포함한다.
압전체(100)는 앞에서 설명한 제 1 실시예에 따른 압전체(100)와 동일한 압전 재료를 이용하여 제조된 압전체를 사용한다. 즉, 제 2 실시예에 따른 압전체(100)는 PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 압전 재료로 이루어진다. 이러한 압전체는 800℃ 내지 950℃(800℃ 이상, 950℃ 이하)의 온도에서 소결이 가능하며, 상기 온도(800℃ 내지 950℃)에서 소결 시에도 압전 재료 특성이 저하되지 않는다.
그리고, 압전체(100)는 PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 압전 재료로 이루어진 복수의 그린 시트(green sheet)를 마련하고, 상기 복수의 그린 시트를 적층하여 이른바, 그린바(green bar) 형태의 압전체를 형성하거나, PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 압전 재료로 이루어지며, 목적하는 두께의 일체형의 블록(block)으로 이루어질 수도 있다.
전극(200a, 200b)은 상술한 압전체(100)의 일면 및 타면 각각에 형성되며, 하나의 전극은 (+) 전류가 인가되는 전극이며, 다른 하나의 전극은 (-) 전류가 인가되는 전극이다. 예컨대, 압전체(100)의 상부면에 형성된 제 1 전극(200a)에 (+) 전류가 인가되는 와이어가 연결되고, 제 2 전극(200b)의 하부에는 초음파 센서의 케이스 예컨대, 알루미늄(Al) 케이스가 부착되며, 알루미늄(Al) 케이스로부터 (-) 전류가 인가되는 와이어 단자가 연결될 수 있다.
전극(200a, 200b)은 상술한 바와 같이 압전체(100)의 일면 및 타면 각각에 형성되는데, 본 발명의 실시예에 따른 전극(200a, 200b)은 복수의 압전 입자(202)와, 용출된 Pb(201)를 포함한다. 즉, 제 2 실시예에 따른 전극(200a, 200b)은 압전체(100)의 표면 상에 또는 표면과 접하도록 형성되며, 복수의 압전 입자(202)를 포함하는 제 1 도전부(210)와, 제 1 도전부(210) 상에 형성된 제 2 도전부(220)를 포함한다. 그리고 제 1 도전부(210)와 제 2 도전부(220)각각은 압전체(100)로부터 용출된 Pb(201)를 포함한다.
제 1 도전부(210)와 제 2 도전부(220)를 포함하는 전극(200)의 총 두께가 3 내지 25㎛, 바람직하게는 5 내지 15㎛로 형성한다.
예컨대, 소성 후, 전극의 전체 두께가 25㎛를 초과하는 경우, 그 만큼 그 무게가 증가하고, 이에 압전체(100)로 가해지는 하중이 증가하여, 압전체(100)가 전기적 신호에 의한 기계적인 변형 효과가 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 또한, 전극(200a, 200b)의 두께가 두꺼워지는 만큼 재료의 소모량이 커지기 때문에, 비용적인 측면에서 단점이 있다. 반대로 전극(200a, 200b)의 총 두께가 3㎛ 미만인 경우, 저항이 높아, 전극으로서의 기능이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 제 1 도전부(210)와 제 2 도전부(220)를 적층하여, 3 내지 25㎛의 두께로 전극(200a, 200b)을 형성한다.
제 1 도전부(210)는 도전성의 베이스(211)와, 베이스(211) 내에 분산된 복수의 압전 입자(202)와, 압전체(100)로부터 용출된 Pb(201)를 포함한다. 실시예에 따른 베이스(211)는 금속 예컨대 은(Ag)이나, 이에 한정되지 않고, Ag/Pd, 및 Cu 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
베이스(211)에 분산되어 있는 복수의 압전 입자(202)는 베이스(211)의 소성 온도와 대응하는 소결 온도 즉, 800℃ 내지 950℃에서 소결 가능한 압전 재료를 이용한다. 보다 구체적으로 압전 입자(202)는 압전체(100)에 사용되는 재료와 대응하는 압전 재료로서, PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 재료로 이루어진 압전 입자(202)를 사용한다.
통상적으로 분말(또는 파우더)은 복수의 미세한 입자의 집합체를 의미한다. 이에, 본원에서 설명하는 복수의 압전 입자(202)는 압전 분말(또는 압전 파우더)을 이루는 구성을 의미하며, 압전 분말을 베이스(211)에 분산시킴으로써, 복수의 압전 입자(202)가 분산된 제 1 도전부(210)가 형성된다.
즉, 도포가 용이한 페이스트 상태의 베이스(211)와 압전 분말을 혼합하여, 베이스(211)에 복수의 압전 입자(202)가 분산되도록 한다. 그리고 이를 압전체(100)의 일면 및 타면 각각에 도포하면 제 1 도전부(210)가 형성된다.
압전체(100) 상에 제 1 도전부(210)를 도포하여 형성하면, 복수의 압전 입자(202) 중 일부는 압전체(100)의 표면 즉, 압전체(100)의 일면 및 타면과 접하도록 위치하고 있고, 다른 일부의 압전 입자는 상기 압전체(100)의 일면 및 타면으로부터 이격되도록 위치하고 있다.
이 중, 압전체(100)의 일면 및 타면과 접하도록 위치된 압전 입자(202a)들을 압전체(100)의 일면 및 타면을 기준으로 다시 설명하면, 압전체(100)의 일면 및 타면 각각으로부터 전극이 형성되는 방향으로 돌출된 형태이다. 즉, 압전체(100)의 일면 및 타면 각각으로부터 전극(200)이 형성되는 방향으로 돌출된 압전 입자(200a)는 돌기(이하 압전 돌기(202a))가 된다. 그리고 복수의 압전 돌기(202a)들은 전극(200a, 200b)과 압전체(100)가 직접 및 간접적으로 접촉되는 표면적을 증가시켜, 전극(200a, 200b)과 압전체(100) 간의 접합력을 향상시키는 역할을 한다.
보다 상세히 설명하면, 제 1 도전부(210)가 압전체(100) 상에 형성될 때, 압전체(100)의 표면과 대향하는 베이스(211) 중 일부는 베이스(211)의 표면과 직접 접촉되고, 다른 일부는 압전 돌기(202a)와 접하도록 형성된다. 다시 말하면, 제 1 도전부(210) 또는 베이스(211)의 하부면은 압전체(100)의 표면뿐만 아니라, 압전체(100) 표면으로부터 돌출된 형태의 압전 입자 즉, 압전 돌기(202a)와도 접촉된다. 이에, 압전체(100)와 직접 또는 간접적으로 접합 또는 밀착되는 제 1 도전부(210) 또는 베이스(211) 하부의 표면적이 압전 돌기(202a)가 없는 종래에 비해 증가되며, 표면적이 증가한 만큼 압전체(100)와의 밀착력 또는 접합력이 향상되는 효과가 있다.
실시예에서는 압전 입자(202)로 그 평균 입경이 0.1 내지 5㎛인 것을 사용한다. 이는, 압전 입자(202)가 소성 과정을 거치게 되면, 성장하여 평균 입경이 커질 수 있기 때문이며, 소성 후에 압전 입자(202)의 평균 입경이 0.1 내지 10㎛가 되도록 0.1 내지 5㎛의 평균 입경을 가지는 압전 입자(202)들을 가지는 압전 분말을 사용한다.
예컨대, 소성 전 상태의 압전 입자(202)의 평균 입경이 5㎛를 초과하는 경우, 소성 후에 압전 입자(202)의 평균 입경이 10㎛를 초과할 수 있다. 이렇게 되면, 10㎛를 초과하는 압전 입자(202)가 외부로 돌출되지 않도록 전극의 전체 두꺼워져야 하며, 이는 압전체(100)의 기계적 변형 성능 즉, 압전능을 떨어뜨리고, 전극(200a, 200b) 형성을 위한 비용을 상승시키는 요인이 된다.
따라서, 본 발명에서는 0.1㎛ 내지 5㎛의 평균 입경의 압전 입자(202)들로 구성된 압전 분말을 사용하여, 소성 후에 0.1㎛ 내지 10㎛의 평균 입경을 가지도록 한다.
또한, 상술한 바와 같은 압전 분말을 포함하는 제 1 도전부(210)를 형성하는데 있어서, 실시예에서는 5㎛ 이하, 바람직하게는 1 내지 5㎛로 형성한다.
예를 들어, 제 1 도전부(210)의 두께가 5㎛를 초과하도록 형성하는 경우, 압전 분말을 포함하는 제 1 도전부(210) 형성용 재료의 도포가 용이하지 않을 수 있다.
제 2 도전부(220)는 제 1 도전부(210) 상에 형성되며, 제 1 도전부(210)의 베이스(211)와 동일한 재료, 즉, Ag, Ag/Pd, 및 Cu와 중 어느 하나로 형성할 수 있다. 그리고 제 2 도전부(220)는 2 내지 20㎛, 바람직하게는 2 내지 10㎛의 두께로 형성한다.
이렇게, 본 발명의 실시예에 따른 전극(200a, 200b)은 압전체(100)와 직접 접촉하며, 복수의 압전 입자(202) 또는 압전 돌기(202a)를 포함하는 제 1 도전부(210)와, 제 1 도전부(210) 상에 형성된 제 2 도전부(220)로 이루어진 2중 구조로 형성된다. 이러한 전극(200a, 200b)은 제 1 도전부(210) 및 제 2 도전부(220)의 적층 구조에 의해 3 내지 25㎛, 바람직하게는 5 내지 15㎛로 형성된다.
상술한 바와 같이, 제 2 실시예에서는 제 1 도전부(210)의 복수의 압전 입자(202) 즉, 복수의 압전 돌기(202a)로 인해, 제 1 도전부(210)와 압전체(100) 간의 접합 표면적이 넓어져, 전극(200a, 200b)과 압전체(100) 간의 접합력이 향상된다.
또한, 제 2 실시예에서는 압전체(100)에 제 1 도전부(210) 및 제 2 도전부(220)로 이루어진 전극(200a, 200b)을 도포한 후, 상기 압전체(100)의 소결 및 전극(200a, 200b)의 소성을 동시에 진행하기 때문에, 압전체(100)의 Pb가 제 1 및 제 2 도전부(210, 220)로 용출되어, 용출된 Pb(201)로 인해 압전체(100)와 전극(200a, 200b) 간의 접합력이 향상된다.
즉, 제 2 실시예에서는 압전체(100)의 일면 및 타면 각각에 제 1 도전부(210)와 제 2 도전부(220)를 도포하여, 전극(200a, 200b)을 형성한 후에, 압전체(100)와 전극(200a, 200b)을 동시에 소성한다. 이에, 압전체(100)와 전극(200a, 200b)을 800℃ 내지 950℃의 온도에서 동시에 열처리 할 때, 도 3b에서 설명한 바와 같이, 압전체(100)에 함유된 Pb가 전극(200a, 200b)으로 용출된다. 즉, 전극(200a, 200b) 도포 후 압전체(100)의 소결 및 전극(200a, 200b)의 소성을 동시에 진행하는데, 이때, 압전체(100) 내 Pb가 제 1 도전부(210) 및 제 2 도전부(220)로 용출된다.
용출된 Pb(201) 중, 휘발되지 않고, 잔류하는 Pb는 박막 형태로 형성된 제 1 및 제 2 도전부(210, 220)의 그레인 바운더리에서 Pb와 반응하여, 제 1 도전부(210)의 베이스(211) 및 제 2 도전부(220)에 결합되거나, 합금 형태가 된다. 실시예에 따른 제 1 도전부(210)의 베이스(211) 및 제 2 도전부(220)는 예컨대, Ag로 이루어지는데, 제 1 도전부(210)의 Ag 박막(베이스(211))의 그레인 바운더리와, Ag 박막인 제 2 도전부(220)의 그레인 바운더리로 도 4에 도시된 바와 같이 Pb가 용출되어, Ag와 반응하여, Ag와 결합된다.
또한, 제 2 도전부(220)로 용출된 Pb(201) 중 제 1 전극(200a)의 제 2 도전부(220)의 상부 표면 및 제 2 전극(200b)의 제 2 도전부(220)의 하부 표면에 위치된 Pb(201)는 이후 와이어(wire)와 연결되는데, 예컨대, 솔더링 등과 같은 방법일 수 있다. 여기서, 전극(200a, 200b) 표면으로 용출된 Pb의 융점이 약 327℃(순수 Pb의 융점 327℃)로 낮기 때문에, Pb의 융점 온도에서 전극과 와이어 간의 접합이 가능하다. 즉, 종래에는 전극이 Ag 만으로 구성되어 있고, 와이어의 융점이 800℃ 내지 900℃로 높기 때문에, 고온에서 전극과 와이어 간의 접합이 이루어지지만, 본원발명의 경우 전극으로 용출된 Pb로 인해 종래에 비해 낮은 온도에서 전극과 와이어 간의 접합이 가능하다. 그리고 종래의 글래스 프릿을 함유한 금속 전극에 비해 접합력이 향상된다.
따라서, 제 2 실시예에 따른 압전 소자는 압전체(100)로부터 제 1 도전부(210)로 용출된 Pb(201) 뿐만아니라, 제 1 도전부(210)의 복수의 압전 돌기(202a)로 인해, 압전체(100)와 전극(200a, 200b) 간의 접합력이 향상된다. 또한, 제 2 도전부(220)로 용출된 Pb로 인해, 와이어와의 본딩 접합력이 향상되는 효과가 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 소정 두께로 제조된 압전체(100)를 마련한다(S100). 여기서, 압전체(100)는 800℃ 내지 950℃의 온도에서 소결 가능한 압전 재료 즉, PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 압전 재료로 형성된 복수의 그린 시트를 복수번 적층하여 마련할 수 있다.
그리고 압전체(100)의 일면 및 타면 예컨대, 압전체(100)의 상부면 및 하부면 각각에 전극용 재료를 도포한다(S200). 즉, 압전체(100)의 상부면 및 하부면 각각에 압전 입자(202)를 포함하는 제 1 도전부(210)를 도포하고(S210), 제 1 도전부(210) 상에 제 2 도전부(220)를 도포한다(S220).
제 1 도전부(210)의 형성을 위해, 먼저, 도전성의 베이스(211) 예컨대 은(Ag) 페이스트를 마련하고, 여기에 PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 압전 재료로 이루어진 압전 분말을 혼합한다. 이때, 압전 분말을 이루는 압전 입자(202)들의 평균 입경이 0.1 내지 5 ㎛인 압전 분말을 사용한다. 그리고, 제 1 도전부(210) 전체를 100 중량% 라고 할 때, 압전 분말이 1 내지 20 중량% 함유되도록 혼합한다.
한편, 압전 분말이 1 중량% 미만으로 혼합되는 경우, 제 1 도전부(210)와 압전체(100) 간의 밀착력을 충분히 향상시킬 수 없는 문제가 있다. 반대로, 압전 분말이 20 중량%를 초과하도록 혼합되는 경우, 전극(200a, 200b)의 도전성 저하 또는 저항이 증가하여, 전극(200a, 200b)으로서의 기능이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 압전 분말이 1 내지 20 중량% 포함되도록 베이스(211)와 혼합하여, 제 1 도전부(210)용 재료를 마련한다.
이렇게, 베이스(211)와 압전 분말을 혼합하여, 페이스트 상태의 제 1 도전부(210) 형성용 재료가 마련되면, 이를 압전체(100)의 일면 및 타면에 도포한다. 이때, 제 1 도전부(210)는 1㎛ 내지 5㎛의 두께를 가지도록 형성한다.
압전체(100)의 일면 및 타면 각각에 제 1 도전부(210)가 형성되면, 제 1 도전부(210) 상에 제 2 도전부(220)를 형성한다. 예를 들어, 제 1 도전부(210)의 베이스(211)와 동일한 재료인 은(Ag) 페이스트를 마련하고, 이를 제 1 도전부(210) 상에 도포하여 2㎛ 내지 20㎛ 두께의 제 2 도전부(220)를 형성한다(S220).
이렇게 본 발명에서는 복수의 압전 입자(202)가 분산되도록 제 1 도전부(210)를 형성한 후, 상기 제 1 도전부(210) 상에 제 2 도전부(220)를 형성하여 전극(200a, 200b)을 형성한다.
그리고, 압전체(100) 상에 전극(200a, 200b)이 형성된 압전 소자를 800℃ 내지 950℃에서 열처리하면, 압전체(100)가 소결 및 전극(200a, 200b)의 소성이 동시에 이루어진다. 이때, 압전체(100)의 소결 및 전극의 소성 시간은 800℃ 내지 950℃범위의 온도에서 예컨대, 30분 내지 10 시간일 수 있다.
이렇게 압전체(100)의 소결 및 전극의 소성을 실시하면, 압전체(100)와 전극(200a, 200b)이 상호 접합된다. 이때, 압전체(100)의 소결 시에, 상기 압전체(100)의 Pb가 제 1 도전부(210) 및 제 2 도전부(220)로 용출되며, 제 1 도전부(210)로 용출된 Pb로 인해, 압전체(100)와 제 1 도전부(210) 간의 접합력이 종래에 비해 향상된다. 또한, 압전체(100)의 일면 및 타면과 직접 접촉되도록 형성된 제 1 도전부(210)의 압전 돌기(202a)로 인해, 제 1 도전부(210)와 압전체(100) 일면 및 타면 간의 접촉 표면적이 증가함에 따라, 제 1 도전부(210)와 압전체(100) 간의 접합력이 증가한다. 그리고 압전체(100)와의 접합력이 향상된 제 1 도전부(210) 상에 제 2 도전부(220)가 형성되므로, 결국 이는 전극(200a, 200b)과 압전체(100) 간의 접합력이 향상된다.
다음으로, 압전 소자를 Al 케이스 상에 배치시킨 후, 제 1 전극(200a) 및 제 2 전극(200b)과 Al 케이스 사이에 전원 인가를 위한 와이어를 연결한다. 이때, 솔더링 방법으로 와이어를 연결하는데, 상부 및 하부 전극(200a, 200b) 각각의 제 2 도전부(220)로 용출된 Pb로 인해, 와이어와의 본딩 접합력이 종래에 비해 향상되는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 압전체(100)를 제조한 후에 상기 압전체(100)를 열처리하지 않고, 바로 전극(200a, 200b)을 인쇄한 후에, 압전체(100)와 전극(200a, 200b)을 동시에 열처리함으로써, 압전체(100)를 소결하고, 전극(200a, 200b)을 소성시켜, 종래에 비해 공정 단계 및 공정 시간을 단축하는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 제 1 도전부(210)는 종래와 같은 글래스 프릿이 아닌, 압전 분말(즉, 압전 입자(202)) 사용하기 때문에, 소성 과정에서 압전체(100)와의 반응이 일어나지 않으며, 이에 따라 접합력 향상을 위해 전극(200a, 200b)에 분산된 재료(즉, 압전 입자(202))에 의한 압전체(100)의 성능이 저하되지 않는다.
한편, 예를 들어, 800℃ 내지 950℃에서 소결 가능한 압전 재료로 압전체를 제조하고, 압전체의 일면 및 타면 각각에 글래스 프릿이 도포된 금속 예컨대 은(Ag) 페이스트를 도포하여 전극을 형성한 후, 압전체와 전극을 동시 소성시킬 수있다. 그러나, 이 경우, 압전체와 상이한 재료인 글래스 프릿이 상기 압전체와 반응하여, 압전체의 압전능을 떨어뜨리는 문제가 있다.
하지만, 본 발명에서는 압전체(100)와 전극(200a, 200b)간의 접합력을 향상시키는 수단으로 압전 재료로 이루어진 압전 입자(202)를 사용하기 때문에, 압전체(100)와 전극(200a, 200b) 내 압전 입자(202) 간의 반응이 일어나지 않으므로, 접합력 확보를 위해 추가된 압전 입자(202)에 의해 압전체(100)의 압전능이 떨어지지 않는다.
상술한 제 2 실시예에서는 하나의 압전체(100)를 구비하는 압전 소자를 예를 들어 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 압전체가 복수개로 마련되어 적층되는 멀티 레이어 구조의 압전 소자일 수도 있다.
다만, 도 4에 도시된 제 1 실시예의 변형예에서, 제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b), 내부 전극(200c, 200d) 및 관통 전극(300a, 300b) 각각이 압전 입자(202)가 분산된 제 1 도전부(210)와 제 2 도전부(220)를 포함하도록 형성된다(미도시).
이 중, 제 1 및 제 2 내부 전극(200c, 200d) 각각은 2개의 압전체 사이에 위치하므로, 양 방향의 압전체와 접하는 방향에 제 1 도전부(210)가 형성되고, 2개의 제 1 도전부(210) 사이에 제 2 도전부(220)가 형성되도록 하는 것이 바람직하다(미도시).
도 9은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 소자를 나타낸 입체도이다. 도 10는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 소자의 압전체를 나타낸 입체도이다. 도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 소자의 상면도(도 11a) 및 저면도(도 11b)이다. 도 12는 도 9의 A-A'를 따라 절단한 절단 정면도이다. 도 13은 제 3 실시예의 제 1 변형예에 따른 압전 소자를 나타낸 단면도이다. 도 14는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 15는 제 3 실시예의 제 2 변형예에 따른 압전 소자를 도시한 입체도이다. 도 16은 제 3 실시예의 제 2 변형예에 따른 압전체를 도시한 입체도이다.
앞에서 상술한 제 1 및 제 2 실시예에 따른 압전 소자는 압전 소자를 예컨대 알루미늄 케이스(미도시) 상에 안착시키고, 제 1 전극(200a) 및 제 2 전극(200b) 각각에 와이어를 연결한다. 예컨대, 제 1 전극(200a)에 (+) 전류가 인가되는 와이어가 연결되고, (-) 전류가 인가되는 와이어는 케이스에 연결되어, 상기 케이스를 통해 제 2 전극과 통전된다.
상술한 바와 같이 (-) 전극용 와이어를 케이스에 연결하는 경우, 양산이 힘든 단점이 있다.
따라서, 제 3 실시예에서는 양산이 보다 용이하도록 (+) 및 (-) 전극용 와이어를 모두 압전 소자에 직접 연결하도록 구성한다.
도 9 내지 도 12을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 소자는 압전체(100)와, 압전체(100)의 일면(예컨대 상부면)에서 상호 이격되도록 형성된 제 1 도전막(211)과 제 2 도전막(212)을 포함하는 제 1 전극(200a)과, 압전체(100)의 타면(예컨대, 하부면)에 형성된 제 2 전극(200b)과, 제 1 전극(200a)의 제 1 도전막(211)과 제 2 전극(200b) 사이를 연결하도록 형성된 연결 전극(200e)을 포함한다.
여기서, 제 1 와이어는 제 1 전극(200a)의 제 2 도전막(212)에 연결되고, 제 2 와이어는 연결 전극(200e)에 연결된다. 이에, 제 1 와이어로 전달되는 전류 예컨대 (+) 전류는 제 1 전극(200a)의 제 2 도전막(212)으로 전달되고, 제 2 와이어로 전달되는 (-) 전류는 연결 전극(200e)을 통해 제 2 전극(200b)으로 전달된다.
이하, 도 9 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 소자에 대해 보다 상세히 설명한다.
압전체(100)는 앞에서 설명한 제 1 및 제 2 실시예에 따른 압전체(100)와 동일한 압전 재료를 이용하여 제조된 압전체(100)를 사용한다. 즉, 제 2 실시예에 따른 압전체(100)는 PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 압전 재료로 이루어진다. 이러한 압전체(100)는 800℃ 내지 950℃(800℃ 이상, 950℃이하)의 온도에서 소결이 가능하며, 상기 온도(800℃ 내지 950℃)에서 소결 시에도 압전 재료 특성이 저하되지 않는다.
그리고, 제 3 실시예에 따른 압전체(100)에는 이후 연결 전극(200e)이 형성될 홈(101)이 마련되어 있다.
즉, 압전체(100)는 압전 특성을 가지는 본체(102)와, 본체(102)의 측면으로부터 내측 방향으로 함몰 형성되며, 상하 방향으로 연장된 홈(102)을 포함한다. 여기서 홈(101)은 제 1 전극(200a)과 제 2 전극(200b)이 형성되는 방향과 교차하는 방향에 마련되어, 제 1 전극(200a)과 제 2 전극(200b)이 나열되는 방향으로 연장 형성된다. 즉, 도 10 및 도 11a에 도시된 바와 같이, 압전체(100)의 상부면 및 하부면과 교차하는 압전체(100)의 측면에 홈(101)이 마련되며, 상기 홈은 상하 방향으로 연장 형성되어 상측 및 하측과, 압전체(100)의 외측 방향으로 개구되어 있는 형상이다. 다르게 설명하면, 홈(101)은 압전체(100)의 측면으로부터 상기 압전체(100)의 내측 방향으로 빈 공간이 마련되며, 상측 및 하측이 개방된 형상이다. 이러한 홈(101)은 전극용 재료가 충진되어 연결 전극(200e)이 형성되는 공간이다.
또한, 본체(102)의 내측 방향으로의 홈(101)의 길이(H1)는 상기 본체(102)의 폭 방향 길이(B1)의 40% 이하일 수 있다.
또한, 본체(102)의 둘레 방향으로의 홈(101)의 길이(H2)는 상기 본체(102)의 둘레 방향 길이(B2)의 15% 이하일 수 있다.
전극(200a, 200b, 200e)은 압전체(100)의 상부면에 형성된 제 1 전극(200a), 압전체(100)의 하부면에 형성된 제 2 전극(200b), 그리고 압전체(100)의 측 방향에 형성된 연결 전극(200e)을 포함한다. 제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b) 및 연결 전극(200e) 각각은 Ag, Ag/Pd, 및 Cu 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
제 1 전극(200a)은 압전체(100)의 상부면에서 상호 이격되도록 형성된 2개의 도전막(211, 212)을 포함하며, 이격 공간을 통해 2개의 도전막이 상호 절연되어 있다.
이하 설명의 편의를 위하여 압전체의 상부면에서 2개의 도전막이 이격된 빈 공간을 "절연 영역"라 명명한다. 그리고 압전체(100) 일면 예컨대, 상부면은 절연 영역를 기준으로 양 방향으로 영역이 나뉘는데, 상기 절연 영역을 기준으로 나누어진 2개의 영역 중, 홈이 위치된 영역(또는 절연 영역의 일측 영역)을 제 1 영역(110a), 홈(101)이 절연 영역의 티측 영역을 제 2 영역(110b)으로 명명한다(도 10 참조).
그리고 압전체(100)의 상부면에서 홈(101)이 형성된 제 2 영역에 형성된 도전막을 제 1 도전막(211), 홈(101)이 형성되지 않은 제 2 영역(110b)에 형성되는 도전막을 제 2 도전막(212)이라 명명한다.
상술한 정의를 반영하여, 제 1 전극(200a)을 다시 살명하면, 제 3 실시예에 따른 제 1 전극(200a)은 압전체(100)의 상부면에서 상호 이격되도록 형성된 제 1 도전막(211)과 제 2 도전막(212)을 포함하며, 이격 공간인 절연 영역를 통해 제 1 도전막(211)과 제 2 도전막(212)이 상호 절연되어 있다. 여기서 제 1 도전막(211)은 압전체(100) 상부면의 제 1 영역(110a)에 형성되는데, 압전체(100)의 홈(101) 주변까지 형성되어, 후술되는 연결 전극(200e)과 통전되도록 연결된다. 이때, 연결 전극(200e)과 연결되는 제 1 도전막(211)이 제 2 도전막(212)에 비해 면적이 좁도록 형성되는 것이 바람직하다.
제 2 전극(200b)은 압전체(100)의 하부면에 형성되며, 가장자리의 적어도 일부가 연결 전극과 연결되도록 형성된다.
연결 전극(200e)은 압전체(100)의 측면에 마련된 홈(101)을 채우도록 형성되어, 제 2 전극(200b)과 제 1 전극(200a)의 제 1 도전막(211)을 상호 연결하도록 형성된다. 즉, 홈(101)에 형성된 연결 전극(200e)의 하부는 제 2 전극(200b)과 연결되고, 연결 전극(200e)의 상부는 제 1 전극(200a)의 제 1 도전막(211)과 연결된다. 따라서, 연결 전극(200e)에 와이어를 연결하여 전류를 흘리면, 연결 전극(200e)을 통해 제 2 전극(200b)으로 전달된다. 그리고, 연결 전극(200e)이 제 1 전극(200a)의 제 1 도전막(211)과 연결되어 있으나, 상기 제 1 도전막(211)이 제 2 도전막(212)과 이격되어 있으므로, 절연된다.
이러한 연결 전극(200e)은 압전체(100)의 상부면 및 하부면 각각에 제 1 전극(200a) 및 제 2 전극(200b)을 형성할 때, 동시에 형성된다. 즉, 압전체(100)의 상부면에 제 1 전극(200a) 재료 및 압전체(100)의 하부면에 제 2 전극용 재료를 도포하면, 그 중 일부가 홈으로 충진되어, 연결 전극(200e)을 형성한다. 따라서, 연결 전극(200e)을 별도의 공정으로 형성하는 과정이 생략되므로, 공정 단계 및 시간이 단축되는 효과가 있다.
즉, 종래에는 압전체를 마련한 후, 압전체의 상부면에 제 1 전극, 하부면에 제 2 전극을 형성한 후, 상기 압전체의 측면에 연결 전극을 형성하는 과정이 별도로 수행되었다.
하지만, 본 실시예에서는 제 1 전극(200a) 및 제 2 전극(200b)을 형성할 때, 압전체(100)에 마련된 홈으로 전극 형성용 재료가 흘러들어가 연결 전극이 형성되므로, 연결 전극(200e)을 형성하기 위한 공정 단계가 생략되며, 이로 인해 공정 시간이 단축되는 효과가 있다.
제 3 실시예에 따른 압전체는 상술한 바와 같이, 800℃ 내지 950℃의 온도에서 소결이 가능하다. 따라서, 압전체(100)에 제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b) 및 연결 전극(200e)이 형성되면, 압전체(100)와 전극(제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b) 및 연결 전극(200e))을 동시에 열처리한다. 즉, 압전체(100)에 전극이 형성된 후에, 800℃ 내지 950℃의 온도로 열처리하여, 압전체(100) 소결과 전극 소성을 동시에 실시한다.
이때, 압전체(100)의 Pb가 제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b) 및 연결 전극(200e)으로 용출되며, 용출된 Pb(201)로 인해, 제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b) 및 연결 전극(200e) 각각과 압전체 간의 접합력이 향상된다.
이하, 도 9 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 측 방향에 홈(101)이 형성된 소정 두께의 압전체(100)를 마련한다(S100). 압전체는 800℃ 내지 950℃의 온도에서 소결 가능한 압전 재료 즉, PZT 계에 PZNN계 재료가 고용된 압전 재료로 형성된 복수의 그린 시트를 복수번 적층하여 마련할 수 있다. 그리고, 제조된 압전체의 가장 자리를 가공하여, 압전체의 가장자리에 홈(101)을 형성한다.
물론, 복수의 그린 시트 각각을 가장자리에 홈이 형성된 형상으로 제조하고, 홈이 형성된 복수의 그린 시트를 적층하여, 홈(101)이 형성된 압전체(100)를 제조할 수도 있다.
이후, 압전체(100)의 상부면 및 하부면 각각에 전극용 재료 예컨대 Ag를 도포하여 전극을 형성한다(S200).
이때, 압전체(100)의 상부에서 전극용 재료를 도포하여 제 1 전극(200a)을 형성하는데 있어서, 절연 영역를 기준으로하여 영역이 구분된 제 1 영역(110a)과 제 2 영역(110b) 각각에 전극 형성 재료를 도포하여, 제 1 영역(110a)에 제 1 도전막(211), 제 2 영역(110b)에 제 2 도전막을 형성한다. 이에, 제 1 도전막(211)과 제 2 도전막(212)이 이격 공간 즉, 절연 영역을 통해 상호 절연되도록 형성된다.
또한, 압전체(100)의 하부에서 전극용 재료를 도포하여 제 1 전극(200a)을 형성하는데 있어서, 하부면 전체에 전극용 재료를 도포하는 것이 바람직하다.
이렇게, 압전체(100)의 상부면 및 하부면 각각에 전극용 재료를 도포할 때, 홈(101)의 상측 및 하측 위치에서도 전극용 재료를 도포한다. 즉, 압전체(100) 상부면의 제 1 영역(110a)에 전극용 재료를 도포할 때, 상기 제 1 영역(110a)에 마련된 홈(101)의 상측 개구와 대응하는 위치와, 압전체(100)의 하부면에 마련된 홈(101)의 하측 개구와 대응하는 위치에서도 전극용 재료를 도포하는 공정을 실시함으로써, 홈(101)으로 충진되도록 함으로써, 제 1 전극(200a) 및 제 2 전극(200b) 형성시에 연결 전극이 함께 또는 동시에 형성된다.
압전체(100) 상에 제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b) 및 연결 전극(200e)이 형성되면, 이를 800℃ 내지 950℃에서 열처리하면, 압전체(100)의 소결 및 전극의 소성이 동시에 이루어진다. 이때, 압전체(100)의 소결 및 전극의 소성 시간은 예컨대 30분 내지 10 시간일 수 있다.
이렇게 압전체(100)의 소결 및 전극의 소성을 실시하면, 압전체(100)와 전극(200a, 200b, 200e)이 상호 접합된다. 이때, 압전체의 소결 시에, 상기 압전체(100)의 Pb가 제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b) 및 연결 전극(200e)으로 용출되며, 용출된 Pb(201)로 인해, 압전체(100)와 제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b) 및 연결 전극(200e) 각각의 접합력이 종래에 비해 향상된다.
다음으로, 제 1 전극(200a) 및 연결 전극(200e)의 상부 각각에 솔더링 방법으로 와이어를 연결한다. 이때, 상제 1 전극(200a) 및 연결 전극(200e) 각각으로 용출된 Pb(201)로 인해, 와이어와의 본딩 접합력이 종래에 비해 향상되는 효과가 있다.
연결 전극(200e)을 구비하는 압전 소자는 상술한 단층 구조에 한정되지 않고, 도 16에 도시된 바와 같이, 제 1 도전부(211)와 제 2 도전부(212)를 포함하도록 제 1 전극(200a), 제 2 전극(200b) 및 연결 전극(200e) 형성할 수 있다.
제조 방법을 간략히 설명하면, 페이스트 형태의 베이스(211)에 압전 분말을 혼합한다. 그리고, 홈(101)이 형성된 압전체(100)가 준비되면, 먼저 복수의 압전 입자(202)가 분산된 베이스를 압전체의 상부면 및 하부면 각각에 도포한다. 이때, 압전체(100)의 상부면의 제 1 영역(110a) 및 제 2 영역(110b)과, 압전체(100)의 하부면 각각에 압전 입자(202)가 분산된 베이스(211)를 도포한다. 또한, 이때, 압전체(100)의 상부면의 제 1 영역(110a)에 마련된 홈(101)의 상측 개구와 대응하는 위치와, 압전체(100)의 하부면에 마련된 홈(101)의 하측 개구와 대응하는 위치에서도 베이스(211)를 도포하는 공정을 실시함으로써, 압전 입자(202)가 분산된 베이스(211)가 홈(101)으로 삽입되어 충진될 수 있도록 한다. 홈(101)으로 압전 입자(202)가 분산된 베이스(211)가 충진될 때, 홈의 내벽면을 따라 도포가 된다.
이에, 압전체(100)의 상부면 및 하부면과 홈(101)의 내벽면에 복수의 압전 입자(202)가 분산된 제 1 도전부(211)가 형성된다.
그리고, 압전체(100)의 상부면 및 하부면 각각에 형성된 제 1 도전부(211) 상에 전극 형성용 재료 예컨대 Ag를 도포하면, 상부면 및 하부면 각각에 형성된 제 1 도전부(211) 상에 제 2 도전부(212)가 형성된다, 그리고 이때, 전극용 재료가 홈(101)의 상측 개구 및 하측 개구를 통해 충진되므로, 홈(101)의 내벽면에 도포된 제 1 도전부(211) 상에 제 2 도전부(212)가 형성된다.
따라서, 도 12에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(200a) 및 제 2 전극(200b)뿐만 아니라, 연결 전극(200e) 역시 제 1 도전부(211)와 제 2 도전부(212)를 포함하도록 형성된다. 그리고, 제 1 전극(200a) 및 제 2 전극(200b)의 제 1 도전부(211) 형성시에 연결 전극(200e)의 제 1 도전부(211)가 동시에 형성되고, 제 1 전극(200a) 및 제 2 전극(200b)의 제 2 도전부(212) 형성시에 연결 전극(200e)의 제 2 도전부(212)가 동시에 형성된다. 따라서, 연결 전극(200e)의 제 1 도전부(211) 및 제 2 도전부(212)를 형성하기 위한 공정 단계 및 공정 시간을 추가하지 않고도, 연결 전극을 형성할 수 있다.
제 3 실시예 및 제 3 실시예의 제 1 변형예에서는 압전체(100)에 하나의 홈(101)이 마련되고, 하나의 연결 전극(200e)이 형성되는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 도 16에 도시된 바와 같이 압전체(100)에 복수의 홈(101)이 상호 이격되도록 마련될 수 있으며, 이에 도 15에 도시된 바와 같이 복수의 연결 전극(200e)이 압전체(100) 측면의 연장 방향으로 상호 이격되도록 형성될 수 있다.
상술한 제 1 내지 제 3 실시예들은 다양하게 조합되어 실시예 변형이 가능하다.
이와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 압전체(100)에 전극(200)을 형성한 후에, 압전체(100)의 소결과 전극(200)의 소성을 동시에 실시하여 제조한다. 이에, 압전 소자의 제조 단계 및 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 압전체(100)의 Pb가 전극으로 용출되어, 압전체(100)와 전극(200) 간의 접합력 및전극과 와이어 간의 접합력이 향상되는 효과가 있다.
또한, 복수의 압전 입자(202)를 분산시켜 전극(200)을 형성함으로써, 압전체(100)와 전극 간의 복수의 압전 돌기(202a)가 형성되도록 하며, 복수의 압전 입자(202)로 인해 전극(200)과 압전체(100) 간의 접촉 표면적이 넓어져, 접합력이 향상된다. 이때, 전극(200) 내 분산되는 재료가 압전체(100)와 동일한 압전 재료이므로, 압전체(100)의 소결 시에, 전극(200) 내 압전 입자(202)와 압전체(100) 간의 반응이 일어나지 않고, 이에 따라 종래와 같이, 접합력 향상을 위해 추가된 재료로 인한 압전체(100)의 기능 저하 문제가 발생되지 않는다.
그리고, 압전체(100)에 제 1 전극(200)과 제 2 전극(200)을 연결하는 연결 전극(200)을 형성하는데 있어서, 압전체(100)에 연결 전극(200)이 형성될 홈(101)을 먼저 마련하고, 제 1 및 제 2 전극(200a, 200b) 형성시에 연결 전극(200)을 동시에 형성한다. 따라서, 연결 전극(200)의 형성을 위한 공정 단계 및 공정 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 압전 소자 및 이의 제조 방법에 의하면, 압전체에 전극을 형성한 후에, 압전체의 소결과 전극의 소성을 동시에 실시하여 제조한다. 이에, 압전 소자의 제조 단계 및 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 압전체의 Pb를 전극으로 용출시켜, 압전체와 전극 간의 접합력 및 전극과 와이어 간의 접합력이 향상되는 효과가 있다.

Claims (42)

  1. 압전 특성을 가지는 압전체; 및
    상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 형성되며, 상기 압전체로부터 용출시킨 Pb를 포함하는 전극;
    을 포함하는 압전 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전체는 상기 전극의 소성 온도에 대응하는 온도에서 소결 가능한 압전 재료를 포함하는 압전 소자.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 전극을 도포한 후에, 상기 압전체와 상기 전극을 동시에 열처리하여, 상기 압전체의 소결 및 상기 전극의 소성을 실시함으로써, 상기 압전체의 Pb를 상기 전극으로 용출시킨 압전 소자.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 전극은 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 도포되는 베이스를 포함하고, 상기 압전체로부터 용출시킨 Pb를 상기 베이스의 그레인 바운더리(grain boundary)에 위치시켜, 상기 베이스와 반응하여 상기 베이스와 결합된 압전 소자.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전체가 복수개로 마련되어 상하 방향으로 적층되고,
    복수의 상기 압전체 각각의 일면 및 타면 각각에 상기 전극이 형성되며,
    복수의 상기 압전체 각각에 형성된 전극은 상기 압전체로부터 용출시킨 Pb를 포함하는 압전 소자.
  6. 압전 특성을 가지는 압전체; 및
    상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 형성되며, 내부에 복수의 압전 입자가 분산된 전극;
    을 포함하는 압전 소자.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전극은,
    상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 형성되며, 내부에 복수의 압전 입자가 분산된 제 1 도전부; 및
    상기 제 1 도전부 상에 형성된 제 2 도전부;
    를 포함하는 압전 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 도전부 각각은 상기 압전체로부터 용출시킨 Pb를 포함하는 압전 소자.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 압전 입자 중, 일부는 상기 압전체의 일면 및 타면 각각과 접촉되도록 위치되며,
    상기 압전체의 일면 및 타면 각각으로부터 상기 전극이 형성되는 방향으로 돌출된 압전 입자는 압전 돌기인 압전 소자.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 압전 입자의 평균 입경은 0.1㎛ 내지 10㎛인 압전 소자.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 압전 입자는 상기 압전체와 동일한 재료를 포함하는 압전 소자.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 전극은 3㎛ 내지 25㎛의 두께를 가지는 압전 소자.
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 압전체 및 압전 입자는 상기 전극의 소성 온도에 대응하는 온도에서 소결 가능한 압전 재료를 포함하는 압전 소자.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 상기 제 1 도전부 및 제 2 도전부를 도포한 후에, 상기 압전체와 상기 제 1 및 제 2 도전부를 동시에 열처리하여, 상기 압전체의 소결 및 상기 제 1 및 제 2 도전부의 소성을 실시함으로써, 상기 압전체의 Pb를 상기 제 1 및 제 2 도전부로 용출시킨 압전 소자.
  15. 청구항 6 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전체가 복수개로 마련되어 상하 방향으로 적층되고,
    복수의 상기 압전체 각각의 일면 및 타면 각각에 상기 전극이 형성되며,
    복수의 상기 압전체 각각에 형성된 전극은 내부에 분산된 상기 복수의 압전 입자를 포함하는 압전 소자.
  16. 압전 특성을 가지는 본체; 및
    상기 본체의 측면으로부터 내측 방향으로 함몰 형성되며, 상하 방향으로 연장된 홈;
    을 포함하는 압전체.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 본체의 내측 방향으로의 상기 홈의 길이는 상기 본체의 폭 방향 길이의 40% 이하인 압전체.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 본체의 둘레 방향으로의 상기 홈의 길이는 상기 본체의 둘레 방향 길이의 15% 이하인 압전체.
  19. 청구항 16 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 압전체의 둘레 방향으로 상호 이격되도록 복수개로 형성된 압전체.
  20. 압전 특성을 가지며, 측면에 상하 방향으로 연장된 홈을 구비하는 압전체; 및
    상기 압전체의 일면에서 상기 홈 주변 영역에 형성된 제 1 도전막과, 상기 압전체의 일면에서 상기 제 1 도전막과 이격되도록 형성된 제 2 도전막을 구비하는 제 1 전극;
    상기 압전체의 타면에 형성된 제 2 전극;
    상기 압전체에 마련된 상기 홈 내부에 형성되어, 상기 제 1 전극의 제 1 도전부 및 상기 제 2 전극과 연결된 연결 전극;
    을 포함하는 압전 소자.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극 각각은, 상기 압전체로부터 용출시킨 Pb를 포함하는 압전 소자.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 압전체는 상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극의 소성 온도에 대응하는 온도에서 소결 가능한 압전 재료를 포함하는 압전 소자.
  23. 청구항 20 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 압전체의 측면의 연장 방향으로 상호 이격되도록 복수개가 형성되며,
    상기 연결 전극은 상기 복수개의 홈 각각의 내부에 형성된 압전 소자.
  24. 청구항 20 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극 중 적어도 하나는 내부에 분산된 복수의 압전 입자를 포함하는 압전 소자.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극 중 적어도 하나는,
    상기 압전체에 직접 접촉되도록 형성되며, 상기 복수의 압전 입자가 분산된 제 1 도전부; 및
    상기 제 1 도전부 상에 형성된 제 2 도전부;
    를 포함하는 압전 소자.
  26. 청구항 24에 있어서,
    상기 복수의 압전 입자 중, 일부는 상기 압전체의 표면과 접촉되도록 위치되며,
    상기 압전체의 표면 각각으로부터 상기 전극이 형성되는 방향으로 돌출된 압전 입자는 압전 돌기인 압전 소자.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 압전 입자의 평균 입경은 0.1㎛ 내지 10㎛인 압전 소자.
  28. 청구항 26에 있어서,
    상기 압전체 및 압전 입자는 상기 전극의 소성 온도에 대응하는 온도에서 소결 가능한 압전 재료를 포함하는 압전 소자.
  29. 압전체를 마련하는 과정;
    상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 전극을 도포하는 과정; 및
    상기 압전체 및 상기 전극을 열처리하여, 상기 압전체의 소결 및 상기 전극의 소성을 동시에 실시하는 과정;
    을 포함하는 압전 소자의 제조 방법.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 압전체의 소결 및 상기 전극의 소성을 동시에 실시하는데 있어서, 상기 압전체에 포함된 Pb를 상기 전극으로 용출시키는 압전 소자의 제조 방법.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 압전체를 마련하는 과정에 있어서,
    상기 전극의 소성 온도와 대응하는 온도에서 소결 가능한 압전 재료로 제조하는 압전 소자의 제조 방법.
  32. 청구항 30에 있어서,
    상기 압전체의 소결 및 상기 전극의 소성을 동시에 실시하는 과정에 있어서,
    상기 압전체 및 전극을 800℃ 내지 950℃의 온도에서 열처리하는 압전 소자의 제조 방법.
  33. 청구항 29 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 전극을 도포하는 과정에 있어서,
    복수의 압전 입자가 분산된 전극 형성용 재료를 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 도포하여, 전극을 형성하는 압전 소자의 제조 방법.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 전극을 형성하는 과정은,
    상기 복수의 압전 입자가 분산된 전극 형성용 재료를 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 도포하여 제 1 도전부를 형성하는 과정;
    상기 제 1 도전부 상에 전극 형성용 재료를 도포하여, 제 2 도전부를 형성하는 과정;
    을 포함하는 압전 소자의 제조 방법.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 제 1 도전부를 형성하기 위한 전극 형성용 재료는 도전성의 베이스에 압전 분말을 혼합하여, 상기 베이스에 상기 복수의 압전 입자가 분산되도록 제조하는 압전 소자의 제조 방법.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 제 1 도전부를 형성하는 전극 형성용 재료 전체를 100 중량%라고 할 때, 상기 압전 분말이 1 중량% 내지 20 중량% 함유되도록 하는 압전 소자의 제조 방법.
  37. 측면으로부터 내측 방향에 상하 방향으로 연장 형성된 홈을 구비하는 압전체를 마련하는 과정; 및
    상기 홈의 상측 개구가 위치하는 상기 압전체 일면과, 상기 홈의 하측 개구가 마련된 위치하는 상기 압전체의 타면 각각에 전극 형성용 재료를 도포하면서, 상기 홈에 상기 전극 형성용 재료를 충진시켜, 상기 압전체의 일면에 제 1 전극, 상기 압전체의 타면에 제 2 전극, 상기 홈 내부에 제 1 전극과 제 2 전극을 연결하는 연결 전극을 형성하는 과정;
    을 포함하는 압전 소자의 제조 방법.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 압전체, 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극을 열처리하여, 상기 압전체의 소결과, 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극의 소성을 동시에 실시하는 과정을 포함하는 압전 소자의 제조 방법.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 압전체의 일면에 전극 형성용 재료를 도포하여 상기 제 1 전극을 형성하는데 있어서,
    상기 압전체의 일면에서 상기 홈 주변 영역에 상기 전극 형성용 재료를 도포하여 제 1 도전막을 형성하고, 상기 압전체의 일면에서 상기 제 1 도전막과 이격되도록 상기 전극 형성용 재료를 도포하여, 제 2 도전막을 형성하며,
    상기 연결 전극은 상기 제 1 도전막과 연결되고, 상기 제 2 도전막과 절연된 압전 소자의 제조 방법.
  40. 청구항 38에 있어서,
    상기 압전체의 소결과, 상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극의 소성을 동시에 실시하는데 있어서, 상기 압전체의 Pb가 상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극으로 용출시키는 압전 소자의 제조 방법.
  41. 청구항 37 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극을 형성하는데 있어서,
    복수의 압전 입자가 분산된 전극 형성용 재료를 마련하여, 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 도포하고, 상기 홈에 충진시켜, 상기 복수의 압전 입자를 포함하도록 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극을 형성하는 압전 소자의 제조 방법.
  42. 청구항 41에 있어서,
    상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 연결 전극을 형성하는데 있어서,
    상기 복수의 압전 입자가 분산된 전극 형성용 재료를 상기 압전체의 일면 및 타면 각각에 도포하고, 상기 홈에 충진시켜, 상기 압전체의 일면 및 타면과, 상기 홈의 내벽면 각각에 제 1 도전부를 형성하는 과정;
    상기 제 1 도전부 상에 전극 형성용 재료를 도포하여, 제 2 도전부를 형성하는 과정;
    을 포함하는 압전 소자의 제조 방법.
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