JPH098376A - 圧電トランス及びその製造方法 - Google Patents

圧電トランス及びその製造方法

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JPH098376A
JPH098376A JP15582395A JP15582395A JPH098376A JP H098376 A JPH098376 A JP H098376A JP 15582395 A JP15582395 A JP 15582395A JP 15582395 A JP15582395 A JP 15582395A JP H098376 A JPH098376 A JP H098376A
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palladium
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piezoelectric
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Hiroyo Hakamata
洋代 袴田
Satoru Tagami
悟 田上
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    • H10N30/01Manufacture or treatment
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Abstract

(57)【要約】 【目的】PZT系圧電性セラミックからなる圧電体表面
に、駆動用電極および発電用電極を設けた単板構造の圧
電トランスにおいて、圧電トランスの効率、昇圧比を維
持しつつ、電極間の耐シルバー・マイグレーション性を
向上させる。 【構成】PZT系圧電性セラミックからなる圧電体表面
に設ける電極22を形成するための導電性ペーストとし
て、銀・パラジウム合金粉末含有のペーストを用いる。
焼成を680〜725℃の温度範囲で行うと、特に効果
が顕著である。更に、銀とパラジウムとの比率を、銀7
0Wt%:パラジウム30Wt%から銀80Wt%:パ
ラジウム20Wt%の範囲にすると、はんだ付け性が良
好で界面抵抗も適当な電極が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電トランス及びその
製造方法に関し、特に、PZT系圧電性セラミックから
なる圧電体表面に駆動用電極と発電用電極とを設けた単
板構造の圧電トランス及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の圧電トランスの製造にあたって
は、セラミック圧電体表面に駆動用電極および発電用電
極を形成する工程が必らず必要である。従来、その電極
形成の際には、銀100%含有の導電性ペーストを用い
て圧電体表面に電極パターンを形成した後、焼成するこ
とによって電極を形成することが、一般的に行われてい
る。
【0003】ところで、圧電トランスのみならず、例え
ば圧電アクチュエータのようなセラミックを材料とする
他の電子部品においても当然上記のような電極形成の必
要があるが、それら他の電子部品では導電性ペーストと
して、銀100%含有の導電性ペーストではなく、銀と
他の金属との合金を含有する導電性ペーストが用いられ
ている。例えば、特開昭62ー199001号公報に
は、正特性磁器半導体に設けられた一対の電極に、銀お
よびパラジウムの割合が銀40〜90Wt%,パラジウ
ム60〜10Wt%の導電性ペーストを使用している。
この磁器半導体では、チタン酸バリウム系のリング状の
正特性磁器半導体素の両表面にめっき処理を施した後、
平均粒径1μm以下の銀と平均粒径800オングストロ
ームのパラジウムとを含むペーストをスクリーン印刷
し、600℃,15分間の焼付けにより、電極を形成す
る。
【0004】又、特開平4ー96385号公報には、積
層セラミック圧電素子の内部電極として、銀70Wt
%,パラジウム30Wt%の混合電極を用いた圧電素子
が開示されている。
【0005】更に、特開平2ー114601号公報に
は、アルミナ基板とその基板上に蒸着された白金抵抗膜
とからなる温度センサにおいて、取出し電極を、銀とパ
ラジウムとほう珪酸鉛系ガラスの割合が83:10:7
のペーストを620℃で焼成することにより形成して、
はんだ喰われが少なくしかもはんだ付け性が良好な電極
を得ている。
【0006】このように、銀100%含有の導電性ペー
ストではなく、パラジウムを含む銀・パラジウム合金含
有の導電性ペーストを用いるのは、パラジウムを含まな
い銀100%の導電性ペーストでは、一対の対向する電
極間に電位差を与えた場合、その一対の電極のうちの正
極から負極へ電極中の銀が素子表面を伝わって移動する
という、いわゆるシルバー・マイグレーション現象が生
じるからである。この現象は、高温,高湿の雰囲気中
で、特に著しく発生する。
【0007】又、パラジウムの含有は、はんだを使用す
る際の「はんだ喰われ」防止にも効果があることが認め
られている。
【0008】尚、一般に、銀・パラジウム合金含有のペ
ーストを用いる場合には、銀100%含有のペーストを
用いる場合より高温域での焼成が必要である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、PZ
T系圧電トランスの電極形成には、従来、銀100%含
有の導電性ペーストが用いられていた。そしてこの導電
性ペーストに替えて、銀・パラジウム合金含有の導電性
ペーストを用いる場合には、導電性ペーストの焼成温度
を従来よりも高温にしなければならない。
【0010】ところがPZT系の圧電性セラミックスを
用いた圧電トランスでは、電極形成の焼成を高温域で行
うと、トランスとしての性能がセラミック材料および寸
法などの構造から割り出された性能より低下する。特
に、トランスの効率および昇圧比が悪化してしまう。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電トランス
は、PZT系の圧電性セラミックからなる長板状の圧電
体を駆動部および発電部の二つの領域に区分し、それぞ
れの領域に対して圧電体表面に、駆動部に対しては外部
からの電圧を入力するための駆動用電極を設け、発電部
に対しては変圧した電圧を外部へ取り出すための発電用
電極を設けた構造の圧電トランスにおいて、前記駆動用
電極および前記発電用電極が、銀とパラジウムとの合金
を含む導電性膜から成ることを特徴とする。
【0012】そして、前記銀とパラジウムとの合金にお
ける銀対パラジウムの比率が、重量比で、銀70Wt
%:パラジウム30Wt%から銀80Wt%:パラジウ
ム20Wt%であることを特徴とする。
【0013】上記の圧電トランスは、前記圧電体表面
に、銀とパラジウムとの合金粉末を含む導電性塗料を用
いて、前記駆動用電極および発電用電極のパターンを形
成したのち焼成して前記駆動用電極および発電用電極を
形成する工程を含む圧電トランスの製造方法において、
前記導電性塗料の焼成を、680℃以上725℃以下の
温度範囲で実施することを特徴とする圧電トランスの製
造方法によって製造される。
【0014】
【作用】本発明における圧電トランスを製造するとき
は、電極材料としての銀・パラジウム合金粉末含有の導
電性ペーストを、680〜725℃で焼成する。一般
に、パラジウムを含む導電性ペーストはパラジウムの還
元反応が450〜680℃付近で起ることから、高温域
の850℃程度で焼成することが行われている。しかし
本発明の適用対象である圧電トランスはその電気的特性
が電極焼成温度に依存する傾向があり、高い焼成温度は
電気的特性の劣化を招く。焼成温度が725℃以上では
目標性能であるトランス効率94%以上、昇圧比15倍
以上を満足できない。一方、マイグレーション性も電極
焼成温度に依存する傾向があり、焼成温度が低くなると
耐マイグレーション性も低くなる。680℃以下では耐
マイグレーション性は、銀電極並みとなってしまう。
又、パラジウムの還元反応温度680℃以下では電極中
に酸化パラジウムが混合するため、はんだ濡れ性が悪
い。よって、圧電トランスの電気的特性、耐マイグレー
ション性、はんだ付け性から、銀・パラジウム合金含有
の導電性ペーストを使用するPZT系圧電トランスの電
極形成には、680〜725℃の温度範囲での焼成が最
も適している。
【0015】更に、合金中のパラジウムの含有量が20
Wt%以上になると耐マイグレーション性は向上するも
のの、界面抵抗はパラジウムの量が約40Wt%を超え
ると徐々に増加することが知られている。又、パラジウ
ム含有量の増加によりはんだ濡れ性は劣化する。よっ
て、本発明では、銀とパラジウムとの重量混合比率が銀
70〜80Wt%,パラジウム30〜20Wt%の導電
性ペーストを用いる。
【0016】
【実施例】次に、本発明の好適な実施例について、図面
を参照して説明する。先ず、第1の実施例として、PZ
T系圧電性セラミックを用いて、下記の製造工程によ
り、図2に示す構造の圧電トランスを作製した。
【0017】マンガン,アンチモンを第3成分とするP
ZT系の圧電性セラミック板21に、無機含有率77W
t%(このうち、銀およびパラジウムの重量混合比率
は、銀73Wt%,パラジウム27Wt%である)でビ
ヒクルとしてエチルセルロースを使用した銀・パラジウ
ム合金含有の導電性ペーストを厚膜スクリーン印刷法で
印刷した。その後、600〜850℃で焼成した電極2
2を形成した圧電トランスを作製した。電極形状は、図
2に示すとおりである。電極厚は、15μmである。
【0018】図2に示すトランスは、ローゼン型圧電ト
ランスの一つである。図2において、21はトランスの
セラミック部である。22はトランスの電極部で、この
部分を本実施例の製造方法で作製した。この圧電トラン
スは、低インピーダンスの2つの駆動部と、高インピー
ダンスの発電部とを有し、図中に太い矢印で示す方向に
分極処理されている。駆動部に圧電トランスの共振周波
数の交流電圧を印加すると、圧電横効果31モードおよ
び圧電縦効果33モードにより発電部から昇圧された高
い電圧が出力される。
【0019】本実施例の圧電トランスを分極後、負荷に
接続し、電極焼成温度と電気的特性との関係を測定し
た。図3はその測定回路の配線図である。負荷として
は、抵抗とコンデンサとから成る疑似負荷32を用い
た。
【0020】更に、対向電極に純水を滴下して行うウォ
タードロップ試験により、電極焼成温度と耐マイグレー
ション性の関係調査を併せて行った。試験片は上記と同
じセラミックと銀・パラジウム合金含有ペーストを使用
して作製した。焼成温度も上記と同じである。
【0021】上述の圧電トランスの焼成温度依存性およ
び耐マイグレーション性の焼成温度依存性を、図1に示
す。図1を参照して、銀・パラジウム合金含有ペースト
の耐マイグレーション性が焼成温度に依存することが、
分る。焼成温度680℃以下では、耐マイグレーション
性は銀並みとなってしまう。このため、マイグレーショ
ン抑制を目的として銀・パラジウム合金含有ペーストを
使用する利点が見出せなくなってしまう。これより、耐
マイグレーション性における銀・パラジウム合金含有ペ
ーストの利点を追求するならば、銀・パラジウム合金含
有ペーストの焼成温度は、680℃以上でなければなら
ない。尚、焼成温度700℃以下では耐マイグレーショ
ン性が格段に劣化するので、700℃以上での焼成が望
ましい。
【0022】又、図1から、圧電トランスの最も重要な
電気的特性である効率および昇圧比は、電極焼成温度が
上昇するに従って劣化して行くことが分る。本実施例で
作製した圧電トランスの目標性能は、効率94%以上、
昇圧比15倍以上であるが、725℃以上で焼成すると
前述の2つを満足させることは出来なくなる。これよ
り、目標性能以上のトランスを得ようとするならば、銀
・パラジウム合金含有ペーストの焼成温度は725℃以
下にしなければならない。
【0023】上述の耐マイグレーション性、圧電トラン
スとしての電気的特性の観点から、圧電トランスに銀・
パラジウム合金含有ペーストを使用して電極を形成する
際には、680〜725℃でペーストを焼成しなければ
ならない。
【0024】尚、本実施例において、焼成温度680℃
で作製した圧電トランスの特性は、効率94.8%、昇
圧比16倍、耐マイグレーション性は銀100%含有ペ
ーストの場合の約1.5倍であった。又、焼成温度70
0℃の場合は、効率94.5%、昇圧比15.8倍、耐
マイグレーション性は銀の約6倍であった。更に、72
5℃での特性は、効率94.6%、昇圧比15.5倍、
耐マイグレーション性は銀の約6倍であった。これらの
圧電トランスを高温高湿動作試験(温度85℃,湿度9
5%RH)に供したところ、シルバー・マイグレーショ
ンによる絶縁破壊発生は皆無であった。
【0025】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。この実施例では、銀・パラジウム合金の重量混合
比率を変更した導電性ペーストを用いて、幾何学的構造
が第1の実施例と同一の圧電トランスを作製した。銀と
パラジウムとの比率は、銀70Wt%:パラジウム30
Wt%であり、焼成温度は、725℃である。図3の測
定回路に従い、電気的特性を測定したところ、トランス
効率は94.4%,昇圧比は15.3倍であった。
【0026】耐マイグレーション性は、銀100%含有
ペーストを用いた場合の約6.5倍であった。この実施
例の圧電トランスを高温高湿動作試験に供したところ、
絶縁破壊による不良は皆無であった。
【0027】更に、本発明の第3の実施例について、説
明する。この実施例では、銀とパラジウムとの比率が銀
80Wt%:パラジウム20Wt%の導電性ペーストを
725℃で焼成して電極を形成した圧電トランスの電気
的特性を測定した。トランスの効率は94.4%,昇圧
比は15.8倍であった。
【0028】耐マイグレーション性は、銀100%含有
ペーストの場合の約1.5倍であった。本実施例は第1
の実施例,第2の実施例に比べて、耐マイグレーション
性では劣るが製造コストを比較すると、パラジウムの含
有率が低い分ペーストが安価である。本実施例の圧電ト
ランスを高温高湿動作試験に供したところ、絶縁破壊に
よる不良の発生は皆無であり、十分実用に耐えることが
確められた。
【0029】尚、これまでの実施例で用いたローゼン型
圧電トランスはほんの一例であり、この型以外のトラン
スにおいても、実施例におけると同様の効果が得られる
ことを確認した。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、PZT系圧電性セラミックを用いた圧電トランスの
電極を、銀・パラジウム合金粉末含有の導電性ペースト
の焼成により形成する。これにより、本発明によれば、
耐シルバー・マイグレーション性に優れ、しかも圧電ト
ランスとしての電気的特性、特に効率および昇圧比の高
い圧電トランスを提供できる。その効果は、導電性ペー
ストの焼成を680〜725℃の温度範囲で行うと、特
に顕著である。
【0031】又、上述の銀・パラジウム合金中の銀とパ
ラジウムとの比率を、銀70%:パラジウム30%から
銀80%:パラジウム20%の範囲にすると、はんだ付
け性が良好でしかも界面抵抗も適当な電極が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における、耐マイグレーション
性、トランス効率および昇圧比の、電極焼成温度依存性
を示す図である。
【図2】本発明の実施例による圧電トランスの斜視図で
ある。
【図3】本発明の実施例による圧電トランスの電気的特
性測定に用いた回路の回路図である。
【符号の説明】
21 圧電セラミック 22 銀・パラジウム合金含有電極 31 駆動電源 32 疑似負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02M 5/04 H01L 41/22 Z

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 PZT系の圧電性セラミックからなる長
    板状の圧電体を駆動部および発電部の二つの領域に区分
    し、それぞれの領域に対して圧電体表面に、駆動部に対
    しては外部からの電圧を入力するための駆動用電極を設
    け、発電部に対しては変圧した電圧を外部へ取り出すた
    めの発電用電極を設けた構造の圧電トランスにおいて、 前記駆動用電極および前記発電用電極が、銀とパラジウ
    ムとの合金を含む導電性膜から成ることを特徴とする圧
    電トランス。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の圧電トランスにおいて、
    前記銀とパラジウムとの合金における銀対パラジウムの
    比率が、重量比で、銀70Wt%:パラジウム30Wt
    %から銀80Wt%:パラジウム20Wt%であること
    を特徴とする圧電トランス。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の圧電トラン
    スを製造する方法であって、前記圧電体表面に、銀とパ
    ラジウムとの合金粉末を含む導電性塗料を用いて、前記
    駆動用電極および発電用電極のパターンを形成したのち
    焼成して前記駆動用電極および発電用電極を形成する工
    程を含む圧電トランスの製造方法において、 前記導電性塗料の焼成を、680℃以上725℃以下の
    温度範囲で実施することを特徴とする圧電トランスの製
    造方法。
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