压电元件及其制造方法技术

一种压电元件包含具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷，且具有沿厚度方向选中并取向的Ｃ轴。在该压电体陶瓷中，垂直于所选中和沿其取向的Ｃ轴形成直线形电极。给在压电体陶瓷的两个端面上暴露的电极覆盖导电材料和绝缘材料。在沿宽度方向排列的电极的两侧上，沿相反的方向对压电体陶瓷进行极化。此外，在形成导电材料和绝缘材料的面上形成外部电极，从而这两组电极以交叉指型电极的形式排列。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电谐振器，尤其涉及用作通信滤波器和时钟发生器中的振荡器的压电元件。作为一种常规的压电元件，公知的是垂直于压电体陶瓷(具有分层钙钛矿结构)的取向轴对压电体陶瓷进行极化而制造的压电元件。在这种压电元件中，在压电体陶瓷的两个端面上都形成电极。可通过施加极化方向的电场来激励压电振动。此外，本专利技术的专利技术人已提出这种类型的压电元件，其中在单片压电体陶瓷的前、后主表面上形成交叉指型电极以进行激励。此压电元件不使用具有大量步骤的层叠过程。相应地，该压电元件可在工业上方便地利用，且具有高度可靠性，它在优化电极界面与陶瓷的耦合方面没有问题。参考通过在具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷的两个端面上都形成电极并沿垂直于取向轴的方向极化而制造的压电元件，压电元件必须具有沿电场施加方向延伸的片状或杆状结构。这种结构的问题是静电电容低，阻抗高，从而难于实现电路的阻抗匹配。此外，相对于在单片压电体陶瓷的一个主表面(后主表面)上形成交叉指型电极的压电元件而言，在高频下使用该压电元件时，必须减小元件的厚度以对整个元件进行极化。这样所引起的问题是，在高频下使用该压电元件时，不能增强该元件的机械可靠性。相应地，本专利技术的一个主要目的是提供这样一种压电元件，即使在该元件使用具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷时，它也具有低阻抗、高机电系数以及高频低损耗特性。此外，本专利技术的另一个目的是提供一种制造以上压电元件的方法。为了实现以上的目的，依据本专利技术，提供了一种压电元件，它包括具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷，该压电体陶瓷至少沿其晶轴的C轴取向，基本上垂直于C轴的取向对此压电体陶瓷进行极化，在基本上平行于压电体陶瓷的极化方向的各平面上设置多个电极，在压电体陶瓷中，多个电极如此排列，从而连到某一电位的电极与连到另一电位的电极包含相邻的部分。最好，多个电极以交叉指型电极的形式排列。可沿C轴的取向在多级上设置多个电极。在此情况下，把相互重叠的电极连到同一电位。最好，在相互重叠的一些电极与相互重叠的另一些电极之间沿两个相反的方向对压电体陶瓷进行极化。此外，依据本专利技术，提供了一种制造压电元件的方法，该方法包括以下步骤形成具有分层钙钛矿结构的压电体材料，以制备生板材(green sheet)；印刷电极糊，从而多个印刷的电极糊在生板材上基本上相互平行地排列；层叠生板材，从而印刷的电极糊分别插入压电体材料之间，从而形成一层叠体；以及烧制该层叠体，其后，对经烧制的层叠体进行极化，在压电体材料的C轴的取向基本上平行于层叠体的层叠方向后，基本上垂直于C轴的取向对压电体材料进行极化。在本专利技术的压电元件中，使用具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷，至少选择晶轴的C轴并沿该轴取向，基本上垂直于该取向轴对此压电体陶瓷进行极化，在平行于极化方向的平面上设置多个电极。从而，可基本上垂直于压电体陶瓷的C轴来施加电场。此外，压电体陶瓷的极化方向的一个分量基本上垂直于被选中并沿其取向的C轴。因此，可实现单模式压电振动。最好，多个电极以交叉指型电极的形式排列，从而沿以上方向施加电场。在此压电元件中，可沿C轴的取向在多级上设置电极。此时，相互重叠的电极连到同一电位。因而，可沿与极化方向相同的区域中的同一方向来施加电场。此外，最好，在相互重叠的一些电极与相互重叠的另一些电极之间沿两个相反的方向对压电体陶瓷进行极化。从而，形成这样的区域，其中沿垂直于所选中并沿其取向的C轴的相反方向对陶瓷进行极化。分别沿与极化方向相同的方向施加电场，从而可获得单模式压电振动。从以下参考附图对本专利技术实施例的详细描述，将使本专利技术的上述目的、其它目的、特征和优点变得更加明显起来。附图说明图1是示出本专利技术压电元件的一个例子的透视图；图2示出在图1的压电元件中所使用的压电体陶瓷的一个端面；图3是图2所示压电体陶瓷的分解透视图；图4示出本专利技术压电元件的电极排列的另一个例子；图5示出本专利技术压电元件的电极排列的再一个例子；图6示出本专利技术压电元件的电极排列的又一个例子；图7示出本专利技术的压电元件中所使用的压电体陶瓷另一个例子的一个端面；图8是图7所示压电体陶瓷的分解透视图；图9示出在制造图1的压电元件中所使用的板材上的内部电极图案；图10示出在图9层叠板材的步骤中的板材层叠和电极的排列；图11示出切割通过烧结图10步骤中获得的层叠体而产生的烧结体以形成元件的方法；图12示出在通过图11步骤中的切割而获得的元件的切割面上形成导电材料和绝缘材料的方法；图13示出用于测量本专利技术例子中图12的元件的特性的电极连接；图14示出常规的多层型压电元件的一个例子；以及图15示出常规的杆状压电体的压电元件的一个例子。图1是示出本专利技术的压电元件的一个例子的透视图。压电元件10包含压电体陶瓷12。如图2所示，在压电体陶瓷12中形成多个电极14。所形成的这些电极14相互平行，从而在多个层16上沿宽度方向延伸。把这些层16层叠在一起，从而形成包含多个电极14的压电体陶瓷12。如此层叠这些层16，从而在各层16上形成的这些电极14沿厚度方向相互重叠。压电体陶瓷12具有分层钙钛矿结构，从晶轴中选择C轴并沿厚度方向取向。这里，C轴指晶体的长轴。即，在压电体陶瓷12中，C轴如此取向，从而变为垂直于电极14。此外，沿纵向对压电体陶瓷12进行极化。即，压电体陶瓷12的极化方向基本上垂直于所选中并沿其取向的C轴。此时，如图2中的箭头所示，如此对压电体陶瓷12进行极化，从而在沿压电体陶瓷12的厚度方向排列的电极14的两侧，极化方向相反。此外，给沿压电体陶瓷12的厚度方向排列的电极14分别覆盖导电材料18和绝缘材料20。在此情况下，在压电体陶瓷12的一个侧面上，导电材料18和绝缘材料20交替排列。在压电体陶瓷12的另一侧面上，给在压电体陶瓷的一个侧面上覆盖有导电材料18的电极覆盖绝缘材料20，而给覆盖有绝缘材料20的电极覆盖导电材料18。此外，如图1所示，沿压电体陶瓷12的宽度方向在两个端面上都形成外部电极22和24。相应地，内部电极14经由在压电体陶瓷12的一个侧面上形成的导电材料18电气连接到外部电极22。此外，内部电极14经由在压电体陶瓷12的另一侧面上形成的导电材料18电气连接到外部电极24。因而，在一侧连接到外部电极22的电极14与在另一侧连接到外部电极24的电极14以交叉指型电极的形式排列。在压电元件10中，可通过使信号输入到外部电极22和24来激励压电振动，从而在以交叉指的形式排列的电极14之间施加了一个电场。此时，基本上垂直于被选中并沿其取向的C轴，把电场加到具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷12上。因而，可激励单模式压电振动，并可增加机电系数。此外，由于所形成的电极14在压电体陶瓷12中相邻，所以可增加连接到外部电极22和24的电极14之间的静电容。因而，可提供具有低阻抗的压电元件。相应地，可容易地实现压电元件10与电路之间的阻抗匹配。此外，在压电元件10中，在电极14与相邻的电极14之间引起极化。相应地，与单片压电元件相对比，不必减小在高频下使用的元件的厚度，可保证高的机械强度。如图4所示，参考连接到两个外部电极22和24的交叉指形式的电极，可交替排列连接到电极22和24之一的两个梳齿状电极构成的一组电极与连接到电极22和24中另一个的两个梳齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电元件，包括具有分层钙钛矿结构的压电体陶瓷，该压电体陶瓷至少沿其晶轴的Ｃ轴取向，基本上垂直于Ｃ轴的取向对此压电体陶瓷进行极化，以及 设置在基本上平行于压电体陶瓷的极化方向的各平面上的多个电极， 多个电极如此排列，从而连到某一电位的电极与连到另一电位的电极包含相邻的部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安藤阳，林宏一，木村雅彦，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]