專利名稱：多層壓電驅(qū)動器的制造方法和多層壓電驅(qū)動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓電器件領域，特別涉及一種多層壓電驅(qū)動器的制造方法和多層壓電驅(qū)動器。
背景技術：
近年來，隨著微電子和微機械設備的發(fā)展，對體積小、位移量大、結構牢固、低電壓驅(qū) 動的微位移器件的需求非常迫切。
現(xiàn)有技術中具有上述特性和功能的多層壓電驅(qū)動器通常采用以下兩種方式來實現(xiàn)第一 種方式是將數(shù)個直至數(shù)百個極化好的壓電陶瓷片采用有機粘合劑沿著厚度方向交互層疊。這 種方法得到的多層壓電驅(qū)動器在工作時，由于有機粘合劑的存在會產(chǎn)生層與層之間的蠕變，
從而導致能量轉(zhuǎn)換的效率較低；第二種方式是在陶瓷的生坯片上涂覆內(nèi)部電極，沿著厚度方
向交互層疊，并經(jīng)煅燒而成一體化。在煅燒過程中，由于內(nèi)部電極與陶瓷之間相互滲透，容 易造成各種微觀缺陷，這種方法得到的多層壓電驅(qū)動器雖然能量轉(zhuǎn)換效率較高，但是可靠性 得不到保障。
發(fā)明內(nèi)容
為了使多層壓電驅(qū)動器既具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率又具有好的可靠性，本發(fā)明提供了一
種多層壓電驅(qū)動器及其制造方法。所述技術方案如下
一種多層壓電驅(qū)動器的制造方法，所述方法包括以下步驟
步驟l:將陶瓷粉體進行濕法研磨，加入粘合劑后流延成膜，沖片后燒制成多個陶瓷片；
步驟2:在所述每個陶瓷片的兩面上，印刷內(nèi)部電極層和內(nèi)部絕緣層；
步驟3:構成所述一體化的多層陶瓷的頂層和底層的兩片陶瓷片的厚度為0.3 3毫米厚，
且僅在單面印刷有內(nèi)部電極層和內(nèi)部絕緣層，以便與雙面印刷有內(nèi)部電極層和內(nèi)部絕緣層的
陶瓷片交互層疊。
步驟3:將所述多個印刷有內(nèi)部電極層和內(nèi)部絕緣層的陶瓷片沿著厚度方向交互層疊后， 燒制成一體化的多層陶瓷；
步驟4:在所述一體化的多層陶瓷的兩個相對側面上印刷和燒制外部電極；步驟5:對所述燒制好外部電極的一體化的多層陶瓷進行極化，制成多層壓電驅(qū)動器。
所述陶瓷粉體的顆粒度為0.5 2.0微米。
所述流延膜的厚度為10 200微米。
所述陶瓷片的燒制溫度為950 130(TC。
所述內(nèi)部絕緣層的寬度不小于IO微米。
所述一體化陶瓷的層數(shù)為2 1000。
所述一體化陶瓷的燒制溫度為600 110(TC。
所述一體化陶瓷的外部電極的燒制溫度為550 900°C。
所述內(nèi)部電極層中的導電材料為鈀與銀的合金，所述鈀的重量比為0 30%。
所述內(nèi)部絕緣層中的粘結材料為玻璃，所述玻璃的軟化點溫度為350 90(TC，成,分為 PbO、 BaO、 CaO、 Si02、 A1203、 ZnO、 B203、 Bi203、 MgO、 SrO、 K20和Na20中的至 少三種。
所述外部電極中的導電材料為重量比為100%的銀。
一種多層壓電驅(qū)動器，包括至少兩個交互層疊的內(nèi)電極壓電陶瓷體，相鄰的兩個內(nèi)電極 壓電陶瓷體之間通過內(nèi)部電極層接合，所述內(nèi)部電極層的一端有內(nèi)部絕緣層，另一端連接于 外部電極，相鄰的兩個內(nèi)部絕緣層分處內(nèi)電極壓電陶瓷體的兩端。
所述壓電陶瓷片的層數(shù)為2 1000。 所述內(nèi)部絕緣層的寬度不小于IO微米。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點
1、 制造成本低，采用電容級純度的原材料即可制造出本發(fā)明的陶瓷介質(zhì)以及玻璃枯料， 采用流延制膜工藝，陶瓷介質(zhì)的厚度一致性有較大改善，并且可通過改變生坯的層疊數(shù)量而 任意選擇，陶瓷介質(zhì)致密度高，電性能優(yōu)良且一致性好，有利于規(guī)?；a(chǎn)。
2、 由于不采用有機粘合劑，消除了壓電陶瓷層與層之間的蠕變，能量轉(zhuǎn)換效率得到了較 大提高。
3、 由于燒制溫度比現(xiàn)有技術中燒結的溫度約低20(TC以上，而且內(nèi)部電極與陶瓷之間的 相互滲透小，微觀缺陷較少，可靠性得到了保障。
4、 通過本發(fā)明的工藝方法，解決了電氣性能和可靠性不能同時得到滿足的矛盾，為該產(chǎn) 品的市場普及提供了質(zhì)量保證和產(chǎn)量保證。
5圖1是本發(fā)明提供的多層壓電驅(qū)動器的制造方法流程圖2是本發(fā)明提供的多層壓電驅(qū)動器的厚度方向斷面示意圖3是本發(fā)明提供的多層壓電驅(qū)動器的電壓一微位移曲線圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進 一步地詳細描述。
本發(fā)明提供了一種多層壓電驅(qū)動器的制造方法，在單個陶瓷片上印刷內(nèi)部電極層和內(nèi)部 絕緣層，沿著厚度方向?qū)⒍鄠€陶瓷片交互層疊，并經(jīng)燒制而成一體化的多層陶瓷，然后在多 層陶瓷上印刷外部電極，然后整體極化，制成多層壓電驅(qū)動器。其中內(nèi)部電極層能保持內(nèi)部 電極連續(xù)性且具有足夠粘結力，內(nèi)部絕緣層能保持所需的絕緣性且具有足夠粘結力。 參見圖l，本發(fā)明提供的多層壓電驅(qū)動器的制造方法，具體包括如下步驟 步驟l:將顆粒度為0.5 2.0微米的多層壓電驅(qū)動器的陶瓷粉體進行濕法研磨；加入粘
合劑后流延成膜，流延膜厚度為10 200微米；沖片后按20 300片疊合整齊，平放于承燒 板上，在950 130(TC下燒成單個陶瓷片，保溫時間0.5 2.5小時。重復上述過程得到多個 陶瓷片。
步驟2:在得到的多個陶瓷片中的每個陶瓷片的兩面上，位于邊緣處印刷內(nèi)部絕緣層并 烘干，其余處印刷內(nèi)部電極層并烘干。內(nèi)部絕緣層的寬度根據(jù)需要可以進行調(diào)整， 一般不小 于10微米。
其中，內(nèi)部電極層中的導電材料為鈀與銀的合金，其中，鈀的重量比為0 30%。 將鈀粉、銀粉以及其他無機粉末加入到乙基纖維素、無水乙醇、環(huán)己酮中，經(jīng)研磨制成
適宜于絲網(wǎng)印刷的內(nèi)電極槳料。
內(nèi)部絕緣層中的粘結材料為玻璃，該玻璃的軟化點的溫度為350 90(TC，成分為PbO、
BaO、 CaO、 Si02、 A1203、 ZnO、 B203、 Bi203、 MgO、 SrO、 K20和Na20中的至少三種。
通過選擇玻璃的軟化點就能達到燒制后的內(nèi)部絕緣層既具有足夠大的粘結強度又具有足夠高
的絕緣性。
步驟3:將上述多個印刷有內(nèi)部絕緣層和內(nèi)部電極層的陶瓷片沿著厚度方向交互層疊后，
燒制成一體化的多層陶瓷。陶瓷片的個數(shù)在2 1000片之間，并在600 110(TC下燒制成一 體化的多層陶瓷，該一體化的陶瓷的層數(shù)也在2 1000之間。
另外，由于內(nèi)部電極層和內(nèi)部絕緣層是同時燒制的，因此在步驟2中選擇玻璃的軟化點及其成分時，應使這兩種漿體的燒制溫度盡可能相同或相近。
步驟4:對上述一體化的陶瓷進行表面研磨、拋光等機械加工后，在一體化的陶瓷的兩 個相對側面上各印刷和燒制兩個外部電極。每個外部電極都與所在陶瓷側面上引出的所^"內(nèi)
部電極相連。外部電極的燒制溫度一般在550 90(TC。 其中，外部電極中的導電材料為重量比為100%的銀。
步驟5:對上述燒制好外部電極的一體化陶瓷進行整體極化，制成多層壓電驅(qū)動器。 參見圖2，本發(fā)明還提供了一種多層壓電驅(qū)動器，具體包括至少兩個交互層疊的內(nèi)電極 壓電陶瓷體1，相鄰的兩個內(nèi)電極壓電陶瓷體之間通過內(nèi)部電極層2接合，內(nèi)部電極層2的 一端有內(nèi)部絕緣層3，另一端連接有外部電極4，相鄰的兩個內(nèi)部絕緣層3分處內(nèi)電極壓電陶 瓷體l的兩端。
其中，內(nèi)電極壓電陶瓷體l的個數(shù)為2 1000個，內(nèi)部絕緣層3的寬度不小于10微米。
本實施例中，多層壓電驅(qū)動器的結構為長方體，如圖2所示。多層壓電驅(qū)動器的尺f為 7X7X15mm，層疊數(shù)量為150層。
本實施例采用PZT系軟性壓電陶瓷配方作為多層壓電驅(qū)動器的材料，材料性能參數(shù)徑 向機電耦合系數(shù)Kp=0.68，介電常數(shù)e 33/ e『2500，介電損耗tg S =0.4%，應變常數(shù) d33=750PC/N，機械品質(zhì)因數(shù)Qn^100，并且在自由狀態(tài)機械共振時具有高的機械強度。
本發(fā)明提供的多層壓電驅(qū)動器能量轉(zhuǎn)換效率得到了較大提高，電性能優(yōu)良且一致性好。 圖3為本發(fā)明提供的多層壓電驅(qū)動器的電壓一微位移曲線圖，橫坐標為電壓，縱坐標為微位 移，上下兩條曲線分別為對多層壓電驅(qū)動器加電壓和減電壓時得到的微位移曲線。從圖中可 以看出，本發(fā)明提供的多層壓電驅(qū)動器的微位移量比常規(guī)產(chǎn)品大一倍以上。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之 內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。 '
權利要求
1、一種多層壓電驅(qū)動器的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟步驟1將陶瓷粉體進行濕法研磨，加入粘合劑后流延成膜，沖片后燒制成多個陶瓷片；步驟2在所述每個陶瓷片的兩面上，印刷內(nèi)部電極層和內(nèi)部絕緣層；步驟3將所述多個印刷有內(nèi)部電極層和內(nèi)部絕緣層的陶瓷片沿著厚度方向交互層疊后，燒制成一體化的多層陶瓷；步驟4在所述一體化的多層陶瓷的兩個相對側面上印刷和燒制外部電極；步驟5對所述燒制好外部電極的一體化的多層陶瓷進行極化，制成多層壓電驅(qū)動器。
2、 根據(jù)權利要求l所述的多層壓電驅(qū)動器的制造方法，其特征在于，所述陶瓷粉體的顆 粒度為0.5 2.0微米。
3、 根據(jù)權利要求l所述的多層壓電驅(qū)動器的制造方法，其特征在于，所述流延膜的厚度 為10 200微米。
4、 根據(jù)權利要求1所述的多層壓電驅(qū)動器的制造方法，其特征在于，所述陶瓷片的燒制 溫度為950 1300°C。
5、 根據(jù)權利要求1所述的多層壓電驅(qū)動器的制造方法，其特征在于，所述內(nèi)部絕緣層的 寬度不小于10微米。
6、 根據(jù)權利要求l所述的多層壓電驅(qū)動器的制造方法，其特征在于，所述一體化陶瓷的 層數(shù)為2 1000。
7、 根據(jù)權利要求1所述的多層壓電驅(qū)動器的制造方法，其特征在于，所述一體化陶瓷的 燒制溫度為600 1100。C。
8、 根據(jù)權利要求1所述的多層壓電驅(qū)動器的制造方法，其特征在于，所述一體化陶瓷的 外部電極的燒制溫度為550 90(TC。
9、 根據(jù)權利要求1所述的多層壓電驅(qū)動器的制造方法，其特征在于，所述內(nèi)部電極層中 的導電材料為鈀與銀的合金，所述鈀的重量比為0 30%。
10、 根據(jù)權利要求1所述的多層壓電驅(qū)動器的制造方法，其特征在于，所述內(nèi)部絕緣層 中的粘結材料為玻璃，所述玻璃的軟化點溫度為350 900°C，成分為PbO、 BaO、 CaO、 Si02、 A1203、 ZnO、 B203、 Bi203、 MgO、 SrO、 K20和Na20中的至少三種。
11、 根據(jù)權利要求1所述的多層壓電驅(qū)動器的制造方法，其特征在于，所述外部電極中 的導電材料為重量比為100%的銀。
12、 一種多層壓電驅(qū)動器，其特征在于，包括至少兩個交互層疊的內(nèi)電極壓電陶瓷體， 相鄰的兩個內(nèi)電極壓電陶瓷體之間通過內(nèi)部電極層接合，所述內(nèi)部電極層的一端有內(nèi)部絕緣 層，另一端連接于外部電極，相鄰的兩個內(nèi)部絕緣層分處內(nèi)電極壓電陶瓷體的兩端。
13、 根據(jù)權利要求12所述的多層壓電驅(qū)動器，其特征在于，所述壓電陶瓷片的層數(shù)力2 1000。
14、 根據(jù)權利要求12所述的多層壓電驅(qū)動器，其特征在于，所述內(nèi)部絕緣層的寬度不小 于IO微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多層壓電驅(qū)動器的制造方法和多層壓電驅(qū)動器，屬于壓電器件領域。方法包括將陶瓷粉體進行濕法研磨，加入粘合劑后流延成膜，沖片后燒制成多個陶瓷片，在每個陶瓷片的兩面上印刷內(nèi)部電極層和內(nèi)部絕緣層，將多個陶瓷片交互層疊后燒制成一體化多層陶瓷，在兩個相對側面上印刷燒制外部電極，然后整體極化制成多層壓電驅(qū)動器。多層壓電驅(qū)動器包括至少兩個交互層疊的內(nèi)電極壓電陶瓷體，相鄰的兩個內(nèi)電極壓電陶瓷體之間通過內(nèi)部電極層接合，內(nèi)部電極層的一端有內(nèi)部絕緣層，另一端連接于外部電極，相鄰的兩個內(nèi)部絕緣層分處內(nèi)電極壓電陶瓷體的兩端。本發(fā)明中的多層壓電驅(qū)動器能量轉(zhuǎn)換效率有較大提高，且微觀缺陷較少，可靠性得到了保障。
文檔編號H01L41/09GK101552318SQ200910084238
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權日2009年5月14日
發(fā)明者姜知水, 明 歐, 維 田 申請人:田 維;歐 明;姜知水