一种大场强高可靠压电陶瓷元件及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种大场强高可靠压电陶瓷元件，包括位于底层的铜基片，中间层压电陶瓷，连接固定压电陶瓷在铜基片上的黏胶层，所述铜基片上连接有第一引脚，所述压电陶瓷上下表面涂覆有不超过压电陶瓷直径的银电极层，所述银电极层上通过导电胶还连接有金属基片，所述金属基片上焊接有第二引脚。相应的，本发明专利技术还提供了该压电陶瓷元件的一种应用。本发明专利技术通过导电胶在银电极层上连接有一金属基片，将第二引脚焊接于金属基片上，避免锡焊连引脚时与银电极层直接接触，产生热冲击导致压电陶瓷产生裂纹，从而有效改善了压电泵的性能可靠性，提高了压电水泵的使用电场强度和寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电陶瓷及电子器件领域，特别涉及一种大场强高可靠压电陶瓷元件及其应用。
技术介绍
利用压电效应制成的压电陶瓷片，现已广泛应用于蜂鸣器、超声波和传感器等领域。现在有不少科技工作者正在研究利用压电陶瓷片作为动力驱动元件制造压电泵，压电泵的流量和压力与压电陶瓷片的驱动电压几乎是成正比例关系。压电水泵是压电泵中的一个分支，可以应用水族、电子产品、医疗等领域。目前，市场上的压电水泵，产生的流量在500ml/min以下，流量低，压力低，难以满足需求。为提高其水泵的流量 ，达到≥500ml/min的标准，会采用提高其电场强度（其电场强度是500伏/mm , 170伏/0.35mm），在陶瓷厚度恒定的情况下，会提高其工作电压，从而提高电场强度。传统的压电陶瓷片一般包括位于底层的金属基片、中间的压电陶瓷以及压电陶瓷上的银电极层，并通过焊接引脚分别与银电极层和金属基片引出连接。传统的压电元件很多是采用无铅焊锡（350±10℃，2秒焊接）或有铅锡焊焊接（260℃或更高），通常焊点直径3-4mm，焊点高度1-1.5mm。在元件的金属层表面进行高温焊接时，虽然焊接时间的短暂，但仍会对压电陶瓷产生较大的热冲击。经分析，因焊接时对压电陶瓷带来的热冲击，会对金属层焊接的陶瓷体引起较大的应力，造成一些明显或隐性的损伤及缺陷，在较大的场强（300伏/mm或更大）下持续工作（振动）时，会由于压电陶瓷内部裂纹或缺陷，从而会沿有损裂纹的地方进行扩大。由于现有的压电片在焊接时会因热冲击导致产生可见或不可见的裂纹，在压电片持续工作时，特别是在高电场强度下持续工作，导致压电器件的失效，影响产品的正常使用。此外，受限于上述问题，目前的压电水泵中压电元件的耐压一般为170V/0.35mm（为了保持压电元件的综合性能，其厚度通常为0.35mm固定规格）。因此，在使用压电水泵时，不得不采用降压电路降低其使用电压为170V及以下，这一方面需要增加降压电路的成本，另外一方面也增加了泵体结构的复杂性。因此，如何改善压电陶瓷元件的结构，避免焊接时产生裂纹，提高压电泵的使用寿命以及性能可靠性成为目前的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大场强高可靠压电陶瓷元件，通过导电胶在银电极层上连接有一金属基片，将第二引脚焊接于金属基片上，避免锡焊连引脚时与银电极层直接接触，产生热冲击导致压电陶瓷产生裂纹，从而有效改善了压电泵的性能可靠性，提高了压电水泵的使用电场强度和寿命。为了实现本专利技术的技术目的，本专利技术采用如下技术方案。一种大场强高可靠压电陶瓷元件，包括位于底层的铜基片，中间层压电陶瓷，连接固定压电陶瓷在铜基片上的黏胶层，所述铜基片上连接有第一引脚，所述压电陶瓷上下表面涂覆有不超过压电陶瓷直径的银电极层，所述银电极层上通过导电胶还连接有金属基片，所述金属基片上焊接有第二引脚。进一步，所述第一引脚、第二引脚采用锡焊或铅锡焊分别连接于铜基片和金属基片上。第一引脚和第二引脚的作用为引出线，但为了方便下游厂家安装，一般而言，第一引脚和第二引脚分别位于铜基片的边缘和金属基片的边缘处。银电极层也可以选用其它的电极层，如Ag/Pd电极层、Pd电极层、Pt电极层等，但是由于Pd与Pt较银价格更高，如无特殊要求（例如高温），一般采用银电极层。银电极层的直径应小于等于压电陶瓷的直径。进一步，所述银电极层的厚度为20-50μm，此处银电极层厚度太薄则会导致压电陶瓷被银不充分，压电陶瓷可靠性不能得到保证；银电极层厚度过厚，则将大幅度提升银电极层的成本，因此优选20-50μm，既能保证压电陶瓷的可靠性，又能兼顾成本要求。优选的，所述金属基片为铜基片、不锈钢基片或镍基片中的一种。优选的，所述压电陶瓷的组成为Pb1-x-ySb x Mny（ZraTi1-a）O3，其中0＜x≤0.15，0＜y≤0.1，0.51＜a≤0.6。采用该组份制成的压电陶瓷具有较好的压电性能和机电耦合系数，Kp可达0.85。其中所述压电陶瓷Pb1-x-ySb x Mny（ZraTi1-a）O3，其中0＜x≤0.15，0＜y≤0.1，0.51＜a≤0.6的制备方法如下：（a） 配料：按照化学式Pb1-x-ySb x Mny（ZraTi1-a）O3，其中0＜x≤0.15，0＜y≤0.1，0.51＜a≤0.6，称取分析纯的Pb3O4、Sb2O5、Mn3O4、ZrO2和TiO2为原料；（b）并将所述原料于球磨罐中球磨混合2.5小时，其中，原料：去离子水：球磨介质为1:2.5:1，转速为750rpm，所述球磨介质为ZrO2球，得到混合后的粉体；（c） 预烧：将步骤（b）得到的混合后的粉体于氧化铝坩埚内密封，在950℃~1050℃反应2.5h，得到预烧后粉体；（d）并将所述预烧后粉体于球磨罐中球磨混合4小时，其中，原料：去离子水：球磨介质为1:2.5:1，转速为750rpm，所述球磨介质为ZrO2球，得到超细粒度（＜1 微米＝的粉体；（e） 成型及排塑：将步骤（d）得到的粉体在60~100℃烘干后流延成膜，冲制成直径为25mm，厚度为12.5±0.5μm坯体，将坯体以3℃/min的升温速率升温至200℃，再以2℃/min的升温速率继续升温至400℃，保温30min后，再以5℃/min的升温速率升温至650℃，保温15min，排出坯体中有机物；（f） 烧结：将步骤（e）得到的排出有机物后的坯体在步骤（b）中预烧后的粉体中于1210℃埋烧2小时，升温速度为5℃/min；（g） 被电极：将步骤（f）得到的烧结后的坯体经超声水洗后烘干被银电极，于780℃保温10min后自然冷却，得到被电极制品；（h） 极化：将步骤（g）得到的被电极制品于100℃的空气中，施加1.4kV/mm的直流电场，极化10min，得到压电陶瓷。优选的，所述银电极层按质量百分比计，包括95%-98%的银粉和2%-5%的玻璃相。所述银粉的粒径为20-500nm，银粉颗粒过大，将会造成银电极层的银颗粒数过少，从而导致银电极层的被覆性能不稳定。一种大场强高可靠压电陶瓷元件的一种应用：按要求，将压电陶瓷元件接驳好第一引脚、第二引脚，装上外壳制成压电泵。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种用于压电泵的压电陶瓷元件，与现有技术相比，具有如下优点。1.通过对压电陶瓷元件结构的优化改进，在银电极层上通过导电胶连接有金属基片，通过将第二引脚焊接于金属基片上，避免锡焊连引脚时与银电极层直接接触，产生热冲击导致压电陶瓷产生裂纹，从而有效改善了压电泵的性能可靠性，提高了压电水泵的使用电场强度和寿命；2.通过对压电陶瓷元件结构的改善，有效提高了压电泵的电场工作强度，省去了现有技术中压电泵中降压电路的使用，有效降低了压电泵的成本；3.通过电场工作强度的提高，有效提高了压电水泵的流量，采用本专利技术中的压电陶瓷元件改进的压电水泵，流量可达1000ml/min，与现有产品相比，提升幅度在60%以上；4.采用本专利技术中的压电陶瓷元件改进的压电泵，产品可靠性大幅度提升，产品使用寿命得到提高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍：图1是本专利技术的结构示意图之一；图2是本专利技术的结构示意图之二。图中： 1-铜基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大场强高可靠压电陶瓷元件，包括位于底层的铜基片（1），中间层压电陶瓷（3），连接固定压电陶瓷（3）在铜基片（1）上的黏胶层（2），所述铜基片（1）上连接有第一引脚（11），所述压电陶瓷（3）上下表面涂覆有不超过压电陶瓷（3）直径的银电极层（4），其特征在于：所述银电极层（4）上通过导电胶还连接有金属基片（5），所述金属基片（5）上焊接有第二引脚（51）。

【技术特征摘要】
1.一种大场强高可靠压电陶瓷元件，包括位于底层的铜基片（1），中间层压电陶瓷（3），连接固定压电陶瓷（3）在铜基片（1）上的黏胶层（2），所述铜基片（1）上连接有第一引脚（11），所述压电陶瓷（3）上下表面涂覆有不超过压电陶瓷（3）直径的银电极层（4），其特征在于：所述银电极层（4）上通过导电胶还连接有金属基片（5），所述金属基片（5）上焊接有第二引脚（51）。2.根据权利要求1所述的一种大场强高可靠压电陶瓷元件，其特征在于：所述第一引脚（11）、第二引脚（51）采用锡焊或铅锡焊分别连接于铜基片（1）和金属基片（5）上。3.根据权利要求1所述的一种大场强高可靠压电陶瓷元件，其特征在于：所述银电极层的厚度为20-50μm。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜知水，欧明，俞真，文理，董进杰，
申请(专利权)人：广东捷成科创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44