CN103227278A

CN103227278A - 层叠型压电元件

Info

Publication number: CN103227278A
Application number: CN2013100313463A
Authority: CN
Inventors: 小泽里志; 伊藤州儿; 田口春男
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2033-01-28
Also published as: US20130193810A1; CN103227278B; JP5842635B2; US9123880B2; JP2013157406A

Abstract

本发明所涉及的层叠型压电元件是具有层叠有多个压电体层（2）和内部电极（3,4）的元件主体（10）、与内部电极（3,4）相电连接并且形成于元件主体（10）的表面的外部电极（5,6）、绝缘层（7）、电阻层（8）的层叠型压电元件。绝缘层（7）在元件主体（10），至少覆盖由电压施加而产生机械位移的部分中内部电极（3,4）露出于元件主体（10）的表面的部分。电阻层（8）以连接外部电极（5,6）之间的形式形成并具有低于绝缘层（7）的电阻值。

Description

层叠型压电元件

技术领域

本发明涉及层叠型压电元件。更为详细来说，涉及能够使迁移的防止以及起因于热释电效应（Pyroelectric effect）的特性劣化的抑制的两者均成立的层叠型压电元件。

背景技术

压电元件是利用压电效应以及逆压电效应而使机械位移和电气位移相互地变换的元件。这样的压电元件通过对压电陶瓷进行成形·烧成并获得元件主体，将电极形成于其并施加直流电场，使自发极化的方向一致而获得。

因为由压电元件获得的机械位移是微小的，所以压电元件例如作为用于要求精密而且正确的控制的驱动器而被运用于各种各样的产品。具体来说，可以列举透镜驱动用、HDD的头部驱动用、喷墨打印机的头部驱动用、燃料喷射阀驱动用等的用途。

另外，在为了增大所获得的位移而层叠压电体层来制作层叠型压电元件的情况下，夹入压电体层的内部电极的端部露出于元件主体的表面。在此情况下，由于空气中等的水分而会有在极性不同的内部电极之间产生迁移的担忧。

另外，这样的压电元件例如在被用于便携用电子器械等的情况下，由于周围的环境变化而遭受温度变化。

如果遭受这样的温度变化的话，则由于热释电效应而引起的极化成为问题。特别是在温度下降的过程中，在压电元件中由于热释电效应而会产生与自发极化相反方向的极化并且极化率下降。因为该下降的极化率即使温度再度上升也不会恢复，所以如果重复温度下降的过程的话，则极化率逐渐地下降并且不会获得所希望的位移，因而会有特性发生劣化的问题。

为了应对这样的问题，下述的专利文献1中记载有“在层叠型压电体，由迁移防止用外装材料覆盖露出于其侧面的内部电极并进一步使导电性颗粒分散于该外装材料的压电元件”。

另外，在下述的文献1中记载有“根据该压电元件，由迁移防止用外装材料，能够防止迁移并且能够抑制由于热释电效应引起的极化率的下降”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2007/052599号

然而，为了使外装材料的电阻值为能够防止迁移并且能够抑制极化率的下降的范围而有必要考虑构成外装材料的树脂的电阻值的变动或导电性颗粒的含有量等，会有难以调整电阻值的问题。

另外，在外装材料中导电性颗粒发生凝聚的情况下，会有凝聚的部分的电阻值局部地降低并通过该部分而发生短路的问题。特别是内部电极之间的距离（压电体层的厚度）越小则该问题越显著。

再有，如果使外装材料具有多个功能的话，则有可能不能够充分地防止水分的透过。另外，在烧成后切断压电元件的集合体而获得各个压电元件的时候，所切断的内部电极沿着切断刀刃的进入方向延伸，从而会有有可能产生电阻值的不均匀等的问题。

发明内容

本发明是有鉴于如以上所述那样的实际状况而做出的悉心研究的结果，其目的在于，提供一种能够可靠地实现迁移防止以及起因于热释电效应的特性劣化的抑制、而且容易实现压电体层的薄层化的高可靠性的层叠型压电元件。

为了达到上述目的，本发明所涉及的层叠型压电元件具有：层叠有多个压电体层、第1内部电极以及极性与第1内部电极不同的第2内部电极的元件主体、与第1内部电极相电连接并且被形成于元件主体的表面的第1外部电极、与第2内部电极相电连接并且被形成于元件主体的表面的第2外部电极、绝缘层、电阻层。

绝缘层在元件主体，至少覆盖由电压施加而产生机械位移的部分中第1内部电极以及第2内部电极露出于元件主体的表面的部分。另外，电阻层以电连接第1外部电极和第2外部电极的形式形成并具有低于绝缘层的电阻值。

在本发明中，由绝缘层覆盖内部电极露出于元件主体的表面的部分中的至少上述的部分。由此，能够防止来自于外部的水分的浸入并且能够可靠地防止在极性不同的内部电极之间所发生的迁移。

再有，在本发明中，电连接极性不同的外部电极之间的电阻层与绝缘层分别形成。该电阻层的电阻值低于绝缘层，本发明所涉及的压电元件即使遭受温度下降的过程并且产生与自发极化的方向相反方向的极化，也能够通过电阻层可靠地对所产生的电荷进行放电。其结果，根据本发明所涉及的电压元件，即使放置在发生温度变化的环境中，也能够抑制极化率的降低。

如以上所述，通过由绝缘层防止迁移，并由电阻层抑制极化率的降低，从而能够获得可靠性高的层叠型压电元件。

优选电阻层不接触于第1内部电极以及第2内部电极。由此，能够完全地防止通过电阻层的短路。电阻层也可以覆盖绝缘层的表面的一部分。

优选电阻层覆盖第1外部电极以及/或者第2外部电极的至少一部分。由此，能够可靠地对电阻层和外部电极进行物理连接以及电连接。因此，电阻层与外部电极的接合由于锚定效应而变得牢固，而且能够可靠地对由热释电效应而产生的电荷进行放电。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的层叠型压电元件的概略立体图。

图2是沿着图1中的II-II线切断的概略截面图。

图3是沿着图1中的III-III线切断的概略截面图。

图4是用于说明形成电阻层的地方的概略立体图。

图5是为了说明形成电阻层的地方的概略立体图。

图6是表示元件主体的棱线部的形状的概略平面截面图。

具体实施方式

以下，根据附图来说明本发明的实施方式。

如图1以及图2所示，本实施方式所涉及的层叠型压电元件1，具备具有交替地层叠有压电体层2和内部电极3,4的构成的四角柱形状的元件主体10。在该元件主体10的相对的2个侧面10a,10b，分别形成有外部电极。即，在侧面10a，形成有第1外部电极5，在侧面10b，形成有与第1外部电极5极性不同的第2外部电极6。

另外，在与形成有外部电极5,6的侧面10a,10b不同的相对的侧面10c,10d，内部电极3,4的端部露出，在这些表面上，分别形成有绝缘层7。然后，在至少任意一方的绝缘层7的表面上，以电连接第1外部电极5和第2外部电极6的形式形成电阻层8。

在本实施方式中，如图3所示，内部电极3,4具有第1内部电极3a~3c、第2内部电极4a~4c。第1内部电极3a~3c具有与第1外部电极5的内侧电连接的一端，其另一端延伸直至第2外部电极6的内侧附近但不连接于第2外部电极6。第2内部电极4a~4c经由压电体层2与第1内部电极3a~3c交替地层叠，具有与第2外部电极6的内侧电连接的一端，其另一端延伸直至第1外部电极5的内侧附近但不连接于第1外部电极5。

在本实施方式中，在元件主体10，配置于最外的内部电极（最外内部电极）为第1内部电极3c和第2内部电极4a。还有，在图示中，第1内部电极3a~3c和第2内部电极4a~4c的层叠数合计为6层，实际上是多层层叠，其层叠数并没有特别的限定。

在该最外内部电极的层叠方向上，第1内部电极和第2内部电极所重复的部分（图3的α部分）为在将电压施加于压电元件的情况下产生机械位移的部分（压电活性部）。另外，除此之外的部分为即使将电压施加于压电元件也不产生机械位移的部分（压电不活性部）。

（绝缘层7）

在本实施方式中，绝缘层为包含于压电活性部（α的部分）的部分，并且至少覆盖第1内部电极以及第2内部电极露出于元件主体的表面的部分。即，在图3中，绝缘层7至少覆盖第1内部电极3a~3c以及第2内部电极4a~4c的重复部分α的长度L的部分。

因为极性不同的内部电极之间的距离越小则越容易产生迁移，所以通过由绝缘层7覆盖上述的α部分并防止水分浸入到内部电极所露出的α部分，从而能够防止迁移。

还有，在图3中，通过绝缘层7覆盖上述的α部分，从而极性相同的内部电极之间的距离（例如露出的电极4a,4b的距离）虽然比较近，但是因为极性不同的内部电极之间的距离（例如露出的电极4a,3a的距离）变远，所以能够取得迁移防止的效果。

在本实施方式中，如图1所示，绝缘层7优选在元件主体10的表面上覆盖第1内部电极5以及第2内部电极6露出的部分的全部。由此，能够更加可靠地防止迁移。另外，绝缘层也可以覆盖包含内部电极露出的部分的面的全部（图1的元件主体10的侧面10c以及10d）。另外，也可以设置多个绝缘层。绝缘层的厚度并没有特别的限制，例如可以是1~20μm左右。

绝缘层的材质，如果是绝缘性高且能够防止水分的浸入并能够防止内部电极之间的迁移的材料的话，则没有特别的限制。作为具体的材料，可以列举树脂、玻璃等。另外，绝缘层的电阻值，如果能够确保绝缘性的话，则没有特别的限制，但是，在本实施方式中，优选为10⁹Ω以上。另外，绝缘层7优选不包含导电颗粒等。

（电阻层8）

在本实施方式中，电阻层8，如图1所示，其两端部接触于外部电极（第1外部电极5以及第2外部电极6）上而形成，并物理连接以及电连接第1外部电极5以及第2外部电极6。

通过形成电阻层8，从而如以下所述，能够对由热释电效应而以与自发极化的方向相反方向的极化所产生的电荷进行放电。

压电元件，通常，在其制造工序中，以施加电压并进行伸缩的形式被极化处理，决定自发极化的方向。这样的压电元件如果放置于温度变化的环境中的话，则特别是在温度降低的情况下，由于热释电效应而在与自发极化的方向相反的方向上发生极化。由该极化产生的电荷因为以消除由自发极化所产生的电荷的形式进行工作，所以降低了由自发极化所产生的极化率。

为了抑制这样的极化率的降低，在本实施方式中，通过将电阻层8连接于极性不同的外部电极之间，从而使由热释电效应产生的电荷放电。电阻层8的电阻值因为低于绝缘层7，所以不用担心在绝缘层发生短路，并且能够在电阻层对由热释电效应产生的电荷进行放电。

还有，电阻层，在图3中，不优选直接覆盖第1内部电极3a~3c以及第2内部电极4a~4c的α部分。电阻层因为电阻值低于绝缘层，所以如果由电阻层覆盖上述的部分的话，则有可能在极性不同的内部电极之间发生短路。因此，在本实施方式中，电阻层8优选不直接地覆盖上述的部分。再有，如图1以及图2所示，优选在内部电极3,4露出于元件主体10的表面的部分与电阻层8之间存在绝缘层7。

电阻层8，如果以电连接极性不同的外部电极之间的形式形成的话，则形成的地方没有限定。例如，如图4所示，电阻层8可以遍及元件主体10的侧面的全周地形成，如图5所示，也可以形成于元件主体10的上面或者下面和各个侧面的一部分。再有，也可以设置多个电阻层。电阻层的厚度没有特别的限制，例如可以是1~20μm左右。

电阻层8的材质，如果是电阻值低于绝缘层7且能够对由热释电效应产生的电荷进行放电的材料的话，则没有特别的限制。作为具体的材料，可以列举具有规定的电阻值的树脂、含有碳等的导电性颗粒的绝缘性树脂、金属氧化物等。另外，也可以将具有规定的电阻值的薄膜卷到元件主体的侧面来形成电阻层。再有，可以由溅射膜等来形成电阻层。另外，也可以使导电性颗粒等包含于绝缘层中所使用的绝缘性树脂等来降低电阻值而作为电阻层。

电阻层的电阻值，可以根据压电元件的特性等适当决定，但是，在本实施方式中，优选为10⁴~10⁸Ω左右。电阻层的电阻值可以通过变更材料的种类或者组合多个材料来进行调整，也可以通过变更电阻层的宽度或厚度等的尺寸来进行调整。因此，在本实施方式中，能够容易地对应于所希望的值来调整电阻层的电阻值。

如以上所述，在本实施方式中，分别分开地设置用于防止迁移的绝缘层、用于抑制由于热释电效应而发生的极化率的降低的电阻层。由此，能够基于绝缘层所具有的高绝缘性而可靠地防止迁移。而且，因为容易调整电阻层的电阻值，所以即使是在以一定程度产生电阻值的不均性的情况下，也能够可靠地使由热释电效应产生的电荷放电。因此，能够提高本实施方式所涉及的层叠型压电元件的可靠性。

元件主体10的形状并没有特别的限制，通常被制成长方体状。另外，如图6所示，在长方体的角部或者棱线部优选带有圆角（R部）。由此，在后面所述的压电元件的制造方法中，形成电阻层变得容易。

压电体层2的材质，如果是显示出压电效应或者逆压电效应的材料的话，则没有特别的限制，例如可以列举PbZr_x、Ti_1-xO₃、BaTiO₃等。另外，可以含有用于特性提高等的成分，其含有量可以对应于所希望的特性而适当决定。

压电体层2的厚度并没有特别的限制，在本实施方式中，优选为5~50μm左右。在本实施方式所涉及的压电元件中，抑制极化率的下降的电阻层与防止迁移的绝缘层分开地设置。因此，即使是在电阻层中电阻值小的部分局部地存在的情况下，也不会发生内部电极之间的短路。因此，即使是在使压电体层薄层化的情况下，也能够可靠地防止迁移。

作为构成内部电极3,4的导电材料，并没有特别的限制，例如由Ag、Pd、Au、Pt等的贵金属以及其合金（Ag-Pd等）、或者Cu、Ni等的贱金属以及其合金等构成。

外部电极5,6的材质也没有特别的限定，可以使用与构成内部电极的导电材料相同的材料。再有，也可以将上述各种金属的镀层或者溅射层形成于外侧。

（层叠型压电元件的制造方法）

接着，对本实施方式所涉及的层叠型压电元件的制造方法的一个例子进行说明。作为制造该层叠型压电元件的方法，并没有特别的限制，可以使用公知的方法，在以下的说明中，例示使用薄片法的情况。

首先，准备形成有在烧成后成为第1内部电极以及第2内部电极的规定图形的内部电极膏体膜的生片、以及不具有内部电极膏体膜的生片。

生片包含构成上述的压电体层的材料。还有，在该材料中也可以包含不可避免的杂质。

然后，使用该材料，并由公知的技术制造生片。具体来说，例如，首先，在由湿式混合等的手段均匀地混合构成压电体层的材料的原料之后，使之干燥。接着，在适当选定的烧成条件下进行预烧成，对于预烧粉进行湿式粉碎。然后，将粘结剂添加到粉碎了的预烧粉末中并进行浆料化。接着，用刮刀法或者丝网印刷法等的手段使浆料薄片化，之后，使之干燥从而获得生片。

接着，通过由印刷法等的手段将含有上述的导电材料的内部电极膏体涂布于生片之上，从而获得形成有规定图形的内部电极膏体膜的生片。

接着，重叠这些生片，并施加压力而进行压接，在经过干燥工序等的必要的工序之后，进行切断，从而获得坯料的元件主体的集合体。

接着，在规定条件下烧成该集合体，在获得集合体的烧结体之后，使用切割器等将该烧结体切断成窄条状。将成为第1外部电极以及第2外部电极的电极形成于所获得的窄条状烧结体，将直流电压施加于该电极而进行压电体的极化处理。之后，将极化处理后的窄条状烧结体切断成各个元件主体，从而获得内部电极的端部露出于侧面的元件主体。在本实施方式中，对所获得的元件主体进行滚筒研磨而将元件主体的角部以及棱线部加工成R面。

接着，将绝缘层形成于元件主体的侧面，并覆盖内部电极所露出的部分。在本实施方式中，涂布绝缘性树脂而形成绝缘层。在形成了绝缘层之后，形成电阻层。在本实施方式中，将含有导电性颗粒的绝缘性树脂涂布于元件主体的侧面而形成电阻层。即，将电阻层形成于绝缘层之上。此时，因为在元件主体的角部及棱线部带有圆角，所以例如如果增加含有导电性颗粒的绝缘性树脂的涂布量来涂布于元件主体的侧面的话，则如图6所示，通过该绝缘性树脂的一部分从涂布有该绝缘性树脂的侧面滴落到邻接的其它的侧面，覆盖第1外部电极以及第2外部电极的一部分，从而形成电阻层。其结果，电阻层与外部电极被牢固地物理接合以及电气接合。经过以上的工序，从而获得图1所表示的层叠型压电元件1。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，本发明丝毫不限定于以上所述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内，当然能够以各种各样的方式进行实施。

例如，元件主体的形状并不限定于长方体，可以是多角柱形状，也可以是圆柱形状。另外，例如，图3所表示的一方的内部电极3的端部（与外部电极5的连接部的相反侧）也可以以露出于元件主体10的表面的形式被引出，并露出于电连接另一方的内部电极4与外部电极6的面。在此情况下，以内部电极3的露出端部与外部电极6不发生短路的形式，由绝缘性树脂覆盖内部电极3的露出部分。关于另一方的内部电极4也相同。

另外，外部电极，如果与内部电极相电连接的话，则所形成的地方没有特别的限制，在元件主体的各个面，可以被形成于所邻接的面。再有，在相同面上可以形成多个极性相同的外部电极，也可以形成多个极性不同的外部电极。

电阻层也可以以经由绝缘层来覆盖元件主体的整个表面的形式进行形成。

Claims

1.一种层叠型压电元件，其特征在于：

具有：

元件主体，层叠有多个压电体层、第1内部电极以及极性与所述第1内部电极不同的第2内部电极；

第1外部电极，与所述第1内部电极相电连接并被形成于所述元件主体的表面；

第2外部电极，与所述第2内部电极相电连接并被形成于所述元件主体的表面；

绝缘层，在所述元件主体上，至少覆盖由电压施加而产生机械位移的部分中所述第1内部电极以及所述第2内部电极露出于所述元件主体的表面的部分；以及

电阻层，以电连接所述第1外部电极和所述第2外部电极的形式形成，并具有低于所述绝缘层的电阻值。

2.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于：

所述电阻层不接触于所述第1内部电极以及所述第2内部电极。

3.如权利要求1所述的层叠型压电元件，其特征在于：

所述电阻层覆盖所述第1外部电极以及/或者所述第2外部电极的至少一部分。

4.如权利要求2所述的层叠型压电元件，其特征在于：