叠层式压电元件及其制造方法技术

一种叠层式压电元件，包括多层压电材料层、多层导电层、一第一导通孔和一第二导通孔、以及多个绝缘部。压电材料层间隔设置于导电层之间。第一、二导通孔分别贯穿所述压电材料层和所述导电层，其中第一、第二导通孔内填充有一导电材料。绝缘部则一一对应地形成于导电层处，且相邻的两绝缘部分别位于第一、第二导通孔的外缘，使所在的导电层和导通孔内的导电材料电性隔绝。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种，且特别是有关于一种可减少 破损和减少体积的
技术介绍
压电材料在晶相上存在造成电荷分布不均的不对称中心，经过极化处理后，即可 将输入的电压转换成机械位移，或是使之形变而产生电流。若输入的电压为交流电，则材料 会随之振动并产生振波。反之，若按压压电片，使压电片产生形变位能，则弹放瞬间其位能 经由压电片转变为电能。由于特殊的材料特性，压电材料很适合应用在日常生活的许多元件中，而达到节 能和环保的目的。例如应用压电元件在小型电子产品的镜头时，如手机照相镜头，可由供 给一固定电压予放置在镜头下方的压电元件，使之产生一固定膨胀量，进而推动上方镜头 以进行对焦。若压电元件应用于超声波喷雾器时，可利用压电效应的高频振动原理，使压电 陶瓷片产生高频率震波而将水分子分裂为极小的雾状粒子送到空气中。另外，也可利用压 电效应使形变后的压电材料产生电流，例如将压电元件放置在汽车引擎的吸震材内，当引 擎震动时会连带振动压电材料使之形变，进而产生电流，达到回收部分能量的节能效果。其 它如喷墨打印机喷嘴的油量控制器、超声波医疗成像(medical image)或是侦测结构内部 情况的非破坏检测…等等，也是常见的民生或工业用品应用。然而，绝大部分的压电材料制 作的压电致动元件都是以包括了叠层多片压电材料的方式来增加驱动的变形量、或是产生 较大的电流，其原因不外乎是(1)因为压电材料变形量为非线性，以片状叠层容易控制其 变型量；(2)可以用较小的电压驱动同时得到较好的频率响应。请参照图1，其绘示一种积层型(stack type)压电致动元件的示意图。致动元件 中垂直叠层的多片压电材料片2之间电性连接，并经由两侧边电性导通所述压电材料片2。 当以低电压驱动该元件时，可使压电材料片2产生形变，而使整体高度自原叠层高度L膨胀 至(L+ Δ L)。在应用积层型压电致动元件时，传统上还需以一具壳体功能的导电包围结构或框 架来固定所述压电材料片。请参照图2，其绘示一种传统压电致动器(piezo-acturator)结 构的示意图。压电致动器包括多片垂直叠层的压电材料片2、夹置于所述压电材料片2之 间的电极层3、可固定所述压电材料片2的一框架4、和可电性导通多层电极层3的接触层 5。其中，框架4连接压电材料片2的侧面，并通过铜线7与一外部连接器6电性连接。如 图2所示，当施以一操作电压于连接器6时，若右半部和左半部的框架4分别与正极和负极 连接，则由上到下偶数层和奇数层的电极层3分别带正电和负电，因而在电极层3有交叠到 的中心区域M相应地产生电场，使对应于中心区域M的压电材料片2部分产生变形膨胀，膨 胀方向如箭头所示。而至于对应于边缘区域R的压电材料片2部分，由于没有电场作用，则 膨胀得很少。而压电材料片2两端由于被框架4限制住，也无法变形。然而，此种传统压电致动器结构，在实际应用时仍有许多缺点。由于压电材料片2的两端被框架4固定，当压电材料片2的中心部分变形膨胀时，在侧边的总高度是不会改变 的，因此压电材料片2在对应中心区域M和边缘区域R的交界处会产生拉伸应力(tensile stress)，压力分布相当不平均。所需要的变形量越高，相应而生的拉伸应力就越大，很容易 产生破裂的情况。而且，只有对应中心区域M的压电材料片2部分可以有效进行变形，电极 部分未交叠到的边缘区域R都无法有效进行压电效应。再者，为了固定叠层的压电材料片 2必须加上框架4的设计，也会使整体体积变得更大、更笨重
技术实现思路
本专利技术是有关于一种，使制造后的叠层式压电元件 在应用时可令压电材料整面性均勻地变形，而减少损坏和破裂的机率，并使外观更为简化， 大幅缩小整体体积。根据本专利技术，提出一种叠层式压电元件，包括多层压电材料层、多层导电层、一第 一导通孔和一第二导通孔、以及多个绝缘部。压电材料层间隔设置于导电层之间。第一、二 导通孔分别贯穿所述压电材料层和所述导电层，其中第一、第二导通孔内填充有一导电材 料。绝缘部则一一对应地形成于导电层处，且相邻的两绝缘部分别位于第一、第二导通孔的 外缘，使所在的导电层和导通孔内的导电材料电性隔绝。根据本专利技术，提出一种多层叠层式压电元件，由多个压电单元叠层而成。其中，每 一压电单元是包括一压电材料层、一第一导电层和一第二导电层、一第一导通孔和一第二 导通孔、一第一绝缘部和一第二绝缘部。其中，压电材料层具有一上表面和一下表面。第 一、二导电层分别位于压电材料层的上下表面。第一、二导通孔分别贯穿压电材料层的两 侧，其中第一、第二导通孔内填充有一导电材料。第一、第二绝缘部分别形成于压电材料层 的上下表面的第一、第二导电层上，并位于所在的第一、第二导通孔的外缘，以隔绝所在的 导电层和导通孔内的导电材料。在一实施例中，第一、二导通孔可分别贯穿第一导电层、压 电材料层和第二导电层的两侧。再者，在此多层叠层式压电元件中，每一压电单元的第一、 第二绝缘部其中之一与相邻的另一压电单元的第一、第二绝缘部其中之一相互对应和接 触。根据本专利技术，提出一种多层叠层式压电元件的制造方法。首先，制作多个压电单 元；其中每一个压电单元包括一压电材料层，具有一上表面和一下表面；一第一导电层和 一第二导电层，分别位于该压电材料层的该上下表面；一第一导通孔和一第二导通孔，分 别贯穿该第一导电层、该压电材料层和该第二导电层的两侧；和一第一绝缘部和一第二绝 缘部，分别形成于该压电材料层的该上下表面的该第一、第二导电层上，并位于所在的该第 一、第二导通孔的外缘。接着，叠层所述压电单元，使每一压电单元的该第一、第二绝缘部其 中之一与相邻的另一压电单元的该第一、第二绝缘部其中之一相互接触，叠层后所述第一 导通孔和一第二导通孔构成一第一通道和一第二通道。然后，分别填入一导电材料于该第 一通道和该第二通道，使具该导电材料的该第一、第二通道分别贯穿所述压电单元。根据本专利技术，再提出一种多层叠层式压电元件的制造方法。首先，制作多个第一、 第二绝缘压电体，且每该第一、第二绝缘压电体包括一压电材料层，具有一上表面和一下 表面；一导电层，位于该压电材料的该上表面；和一第一绝缘材料和一第二绝缘材料，分别 形成于该第一、第二绝缘压电体的该导电层处的一左半部和一右半部。接着，且交错地叠层所述第一、第二绝缘压电体，以形成一叠层元件。之后，在对应于所述第一、第二绝缘材料 处，对该叠层元件进行钻孔以形成一第一通道和一第二通道，且该第一、第二通道的大小是 小于所述第一、第二绝缘材料的大小，使钻孔后可在所述第一、第二绝缘压电体的所述导电 层处分别形成一第一绝缘部和一第二绝缘部。然后，分别填入一导电材料于该第一通道和 该第二通道，使具该导电材料的该第一、第二通道分别贯穿所述绝缘压电体根据本专利技术，又提出一种多层叠层式压电元件的制造方法。首先，制作多个第一、 第二压电体，且每该第一、第二压电体包括一压电材料层，具有一上表面和一下表面；和 一导电层，是位于该压电材料的该上表面，且该第一、第二压电体的该导电层分别具有一第 一开口和一第二开口，且该第一开口对应地位于该压电材料的左半部，该第二开口对应地 位于该压电材料的右半部。之后，交错地叠层所述第一、第二压电体，以形成一叠层元件。接 着，在对应于所述第一、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电单元结构，包括：一压电材料层，具有一上表面和一下表面；一第一导电层和一第二导电层，分别位于该压电材料层的该上下表面；一第一导通孔，贯穿该压电材料层；一第二导通孔，贯穿该压电材料层；至少一绝缘部，形成于该第一、第二导电层其中之一层处，并围绕该第一、第二导通孔其中之一，以隔绝该导通孔和所在的该导电层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文志，蔡宗甫，傅焕钧，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]