專利名稱：積層壓電器件及其制法和壓電致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及積層壓電器件及其制法。具體地說，本發(fā)明涉及一種積層壓電器件，用于制作具有多個(gè)可分開驅(qū)動(dòng)之致動(dòng)單元的壓電致動(dòng)器，以及制造所述積層壓電器件的方法，還涉及包含這種積層壓電器件的壓電致動(dòng)器。
所述積層壓電器件31包括分層壓電體37，這是一個(gè)矩形的陶瓷燒結(jié)體，所述壓電體包括驅(qū)動(dòng)部分34和連接部分36。在驅(qū)動(dòng)部分34中，通過壓電層交替地互相放置多個(gè)第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和多個(gè)第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極33。在連接部分36中，通過壓電層互相放置多個(gè)連接內(nèi)電極35。所述驅(qū)動(dòng)部分34的壓電層是在它被極化之后響應(yīng)加給它的交變電壓而沿著被稱為d33方向的疊層方向伸縮的部分。
如

圖13A所示，該圖說明從其一個(gè)側(cè)面看到的積層壓電器件31，各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32的端部只從分層壓電體37的兩個(gè)相對側(cè)面37a和37b之一露出，也就是說，只從第一側(cè)面37a露出，同時(shí)，各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32的端部不從第二側(cè)面37b露出。如圖13B所示，該圖表示從其一個(gè)側(cè)面看到的積層壓電器件31，各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極33的端部從第二側(cè)面37b露出，同時(shí)，這些端部不從第一側(cè)面37a露出。每個(gè)連接內(nèi)電極35的兩個(gè)端部從分層壓電體37的第一側(cè)面37a和第二側(cè)面37b露出。
驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39每一個(gè)都通過預(yù)定寬度的縫隙40平行地形成在分層壓電體37的第一側(cè)面37a處。各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32與各連接內(nèi)電極35是分開的，處于與它們的相應(yīng)外電極38和39電導(dǎo)通。公用側(cè)外電極41被安置在分層壓電體37的第二側(cè)面37b處。各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極33和各連接內(nèi)電極35全都由此公用側(cè)外電極41電導(dǎo)通。
這里的公用側(cè)外電極41被形成于整個(gè)第二側(cè)面37b上方，而在第一側(cè)面37a的底部給出預(yù)定寬度之縫隙42之后，也即在通過該縫隙42與分層壓電體37的底面分開之后，形成驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39。于是，如圖14所示，積層壓電器件31的驅(qū)動(dòng)部分34具有如圖14所示的斷面結(jié)構(gòu)。
具有圖15所示外形之壓電致動(dòng)器用所述積層壓電器件31制成。具體地說，比如用粘接劑把積層壓電器件31固定到支撐基板46上，并在該積層壓電器件31之分層壓電體37的驅(qū)動(dòng)部分34內(nèi)形成多個(gè)狹縫47，這些狹縫47沿疊層方向從驅(qū)動(dòng)部分34的上表面延伸至下表面。
如圖15A所示，該圖表示從一側(cè)看到的壓電致動(dòng)器45，通過由各狹縫47分開各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極33以及各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38，將驅(qū)動(dòng)部分34分成多個(gè)驅(qū)動(dòng)分部，為的是提供多個(gè)可分開驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)單元48。顯然，利用這些狹縫47，可使已被互相放置于驅(qū)動(dòng)部分34中的各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極33被分開。
這里，由于各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38也被分開，所以形成多組與所述分開的致動(dòng)單元48對應(yīng)的外電極49?？梢杂酶鳘M縫47分開所述壓電致動(dòng)器45的連接部分36與驅(qū)動(dòng)部分34之間的部分。圖15B表示從另一側(cè)看到的該壓電致動(dòng)器45。
雖然未示出，作為壓電致動(dòng)器外部配置的由驅(qū)動(dòng)信號源引出(drawnout)的柔性印刷電路與所述包含多個(gè)致動(dòng)單元48的壓電致動(dòng)器45相連。通過將交變電壓加于每組外電極49與公用側(cè)外電極41之間，或者實(shí)際上加于每組外電極49與每個(gè)連接側(cè)外電極39之間，使每個(gè)致動(dòng)單元48受到驅(qū)動(dòng)，所述連接側(cè)外電極39通過每個(gè)連接內(nèi)電極35與公用側(cè)外電極41相連。
如上所述，在用于制作壓電致動(dòng)器45的積層壓電器件31中，各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和各連接側(cè)外電極39被安置在分層壓電體37的第一側(cè)面37a處，而公用側(cè)外電極41被安置在分層壓電體37的第二側(cè)面37b處。如圖16所示，當(dāng)形成這些外電極38、39和41時(shí)，提供沉積掩膜50完全覆蓋住所述分層壓電體37除所述側(cè)面37a和37b之外的部分。在將所述分層壓電體37放置在沉積掩膜50內(nèi)部之后，實(shí)現(xiàn)電極形成過程，即蒸鍍或?yàn)R射的過程。圖16中所示各箭號指示薄膜沉積的方向。
不過，當(dāng)將所述分層壓電體37放置在沉積掩膜50內(nèi)部時(shí)，在它們之間形成縫隙51，并且在薄膜沉積時(shí)，沉積掩膜50會(huì)經(jīng)受熱變形，以致僅可能得到±0.1mm量級的薄膜沉積精度。如圖14所示，被沉積在高度H為1.0mm之所述積層壓電器件31的第一側(cè)面37a上的各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和各連接側(cè)外電極39，須以寬度W為0.1mm之縫隙42與分層壓電體37的底面分開。于是，就出現(xiàn)有如下面所述的那些問題。
由于不能達(dá)到較高的薄膜沉積精度，就會(huì)使縫隙42的寬度W變大或變小，致使安置驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39各部分的高度變大或變小。當(dāng)安置驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38各部分的高度變大時(shí)，就使縫隙42的寬度W也變大，則各外電極38和第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32就不像圖17所示那樣處于互相電導(dǎo)通，以致產(chǎn)生電導(dǎo)通故障。
另一方面，當(dāng)安置驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38各部分的高度變小時(shí)，如圖18所示，驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38就不能被用于制成壓電致動(dòng)器45的各狹縫47充分地分開，以致在各組外電極49之間發(fā)生短路。為了克服這些必須要解決的問題，通過在積層壓電器件31之分層壓電體37的底面與最下面一個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和33之間設(shè)置較大的分隔距離(在較下面的外層部分處)，即使達(dá)不到沿高度方向良好的薄膜沉積精度，也可能難于發(fā)生電導(dǎo)通故障或短路。
然而，當(dāng)采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，作為其較下面的外層部分厚度增大的結(jié)果，不僅使積層壓電器件31變大，還因?yàn)楸仨毶钌畹厍懈罡骺p隙47，而使機(jī)械加工性能大大降低。另外，要從較薄的較下面的外層部分制得各裂隙，就會(huì)使積層壓電器件31容易受到損傷。
此外，在這種積層壓電器件31中，使各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和各連接側(cè)外電極39被形成與分層壓電體37的側(cè)面37a同樣高，以致如圖19所示那樣，用于將積層壓電器件31固定到支撐基板46上的粘接劑帶52，會(huì)因表面張力而滲出到各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39的表面上。在所述粘接劑帶52堆疊在所述外電極38和39上的情況下，在把柔性印刷電路焊到各組外電極49和各連接側(cè)外電極39上時(shí)，就變得難于與焊劑粘接。
按照本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，一種積層壓電器件，它包括分層的壓電體，這種壓電體包括驅(qū)動(dòng)部分和連接部分，所述驅(qū)動(dòng)部分中通過壓電層互相交替地放置有多個(gè)第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極，所述連接部分中通過壓電層互相放置有多個(gè)連接內(nèi)電極；其中至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極分別由第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和各連接內(nèi)電極電導(dǎo)通，它們基本上平行地排布在所述分層壓電體的兩個(gè)相對表面之一處；并且其中至少一個(gè)公用側(cè)外電極處于與第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和各連接內(nèi)電極電導(dǎo)通，它被安置在所述分層的壓電體的另一側(cè)表面處。在這種積層壓電器件中，由狹縫確定多個(gè)可分開驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)單元，所述狹縫分開驅(qū)動(dòng)部分的各驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極，并且它沿著疊層方向從驅(qū)動(dòng)部分的上表面延伸至其下表面。另外，在所述分層壓電體的一個(gè)側(cè)面內(nèi)形成切口部分，驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極平行地布置在所述分層壓電體內(nèi)，使所述切口部分基本上與各驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和連接內(nèi)電極平行，所述切口部分的深度使該切口部分能夠從所述分層壓電體的底面延伸至所述狹縫底端上方的位置，但不能使該切口部分達(dá)到各驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極。
在本優(yōu)選實(shí)施例中，切口部分被安置在積層壓電器件之分層壓電體一側(cè)的表面中，由于該切口部分的深度使得它能夠從所述分層壓電體的底面延伸至所述狹縫底端上方的位置，但不能達(dá)到驅(qū)動(dòng)部分的各驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極，從而使其基本上與各驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和各連接內(nèi)電極平行。另外，驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極被安置在所述分層壓電體一個(gè)側(cè)面的除所述切口部分之外的部分。具體地說，在該積層壓電器件中，連接側(cè)外電極和驅(qū)動(dòng)外電極確定壓電致動(dòng)器的一組外電極，上述布置使得能夠通過該切口部分被可靠地與所述分層壓電體的底面分隔開一定間隔，也就是分隔開一個(gè)與該切口部分深度相配的間隔。
因此，不會(huì)增大或減小安置所述驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極的各部分的高度，從而不致發(fā)生所述各外電極與各驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極之間的電導(dǎo)通故障以及各組外電極之間的短路。當(dāng)在所述分層壓電體的一側(cè)表面中形成所述切口部分時(shí)，用于將所述積層壓電器件固定到支撐基板上的粘接劑帶就會(huì)聚集在該切口部分內(nèi)部，從而得到不使這種粘接劑帶滲出到驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極的表面的優(yōu)點(diǎn)。
按照本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例，一種制作上述第一優(yōu)選實(shí)施例積層壓電器件的方法，它包括如下步驟制作母板，該板中依次平行地形成多個(gè)分層壓電體，它們通過分隔過程而被分開；在相應(yīng)的區(qū)域形成多個(gè)切槽，這些槽確定多個(gè)與各分層壓電體對應(yīng)的切口部分，從而成為在母板上形成的多個(gè)分層壓電體；通過分開母板分隔各分層壓電體；在以相對于蒸鍍源或?yàn)R射源為傾斜的狀態(tài)支撐被分隔的各分層壓電體之后，通過蒸鍍或?yàn)R射，形成所述驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極。
按照本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例，一種制作上述第一優(yōu)選實(shí)施例積層壓電器件的方法，它包括如下步驟沿疊層方向互相放置多個(gè)分層壓電體，這些壓電體已經(jīng)通過分開母板而被分隔開，所述的母板中依次平行地形成有所述多個(gè)分層的壓電體；在每個(gè)分層壓電體上形成驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極；并且在已被互相放置的相應(yīng)分層壓電體中形成多個(gè)內(nèi)切槽，這些內(nèi)切槽確定與各分層壓電體對應(yīng)的切口部分。
按照本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例，一種制作上述第一優(yōu)選實(shí)施例積層壓電器件的方法，它包括如下步驟沿疊層方向互相放置多個(gè)分層壓電體，這些壓電體已經(jīng)通過分開母板而被分隔開，所述的母板中依次平行地形成有所述多個(gè)分層的壓電體；在已經(jīng)被互相放置的相應(yīng)各分層壓電體中形成內(nèi)切槽，各內(nèi)切槽成為各對應(yīng)的分層壓電體的切口部分；在以相對于蒸鍍源或?yàn)R射源處于傾斜的狀態(tài)支撐各分層壓電體之后，通過蒸鍍或?yàn)R射，形成所述驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極。
當(dāng)采用任何一種制作積層壓電器件方法時(shí)，可以非常容易地形成第一優(yōu)選實(shí)施例積層壓電器件的各分層壓電體的切口部分。另外，可以在這些分層壓電體上同時(shí)形成要在每個(gè)分層壓電體一側(cè)的整個(gè)表面上形成的驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極。
按照本發(fā)明的第五優(yōu)選實(shí)施例，一種用第一優(yōu)選實(shí)施例積層壓電器件制成的壓電致動(dòng)器，它包括多個(gè)可分開驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)單元，通過狹縫分隔各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極形成這些致動(dòng)單元，所述第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極互相放置在驅(qū)動(dòng)部分中。由所述狹縫分隔所述壓電器件的驅(qū)動(dòng)部分，所述狹縫沿著疊層方向從該驅(qū)動(dòng)部分的上表面延伸至其下表面。
從以下參照附圖詳細(xì)描述各優(yōu)選實(shí)施例，將使本發(fā)明的其它技術(shù)特征、要點(diǎn)、特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)變得愈為清晰。
圖10說明在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例積層壓電器件中形成驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極的另一種方法；圖11說明在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例積層壓電器件中形成驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極的又一種方法；圖12是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例另一種制作分層壓電體方法的分解透視圖；圖13A和13B是普通積層壓電器件外形的透視圖；圖14是普通積層壓電器件驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)的水平截面圖；圖15A和15B是用普通積層壓電器件制成之壓電致動(dòng)器的外形透視圖；圖16說明在普通積層壓電器件中形成外電極的方法；圖17說明普通積層壓電器件的問題；圖18說明普通積層壓電器件的另一問題；圖19說明普通積層壓電器件的又一問題。
圖1A和1B是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例積層壓電器件的外形透視圖。圖2是本優(yōu)選實(shí)施例積層壓電器件之驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)的水平截面圖。圖3A和3B是用圖1A和1B的積層壓電器件制成之壓電致動(dòng)器的外形透視圖。圖4是表示把本優(yōu)選實(shí)施例積層壓電器件固定到支撐基板上狀態(tài)的水平截面圖。圖1至4中的參考標(biāo)號1表示積層壓電器件，參考標(biāo)號2表示壓電致動(dòng)器，而參考標(biāo)號3表示切口部分。
各優(yōu)選實(shí)施例的壓電致動(dòng)器2和積層壓電器件1的全部結(jié)構(gòu)不同于上述帶有切口部分3的有關(guān)舉例的結(jié)構(gòu)。圖1至4中，那些與圖13至19所示部件相同或相應(yīng)的部件，使用相同的參考標(biāo)號。
如圖1A和1B所示，本優(yōu)選實(shí)施例的積層壓電器件1包括分層壓電體37，它最好為矩形的陶瓷燒結(jié)體，該壓電體包括驅(qū)動(dòng)部分34和連接部分36。在驅(qū)動(dòng)部分34中，多個(gè)第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32與第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極33通過壓電層互相交替地放置。在連接部分36中，多個(gè)連接內(nèi)電極35通過壓電層互相放置。如圖1A所示，該圖說明從一側(cè)看到的積層壓電器件1，所述互相放置在驅(qū)動(dòng)部分34中的各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32的端部只從分層壓電體37的兩個(gè)相對側(cè)面37a和37b之一露出，也就是說，只從第一側(cè)面37a露出，以致所述互相放置在驅(qū)動(dòng)部分34中的各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32的端部不從第二側(cè)面37b露出。這里，雖然只使連接部分36設(shè)置于分層的壓電體37的一側(cè)，但也可將連接部分36設(shè)在分層的壓電體37的兩側(cè)，而將驅(qū)動(dòng)部分34置于其間。
如圖1B所示，該圖表示從另一側(cè)看到的積層壓電器件1，各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極33的端部只從第二側(cè)面37b露出，以致這些端部不從第一側(cè)面37a露出。每個(gè)連接內(nèi)電極35的兩個(gè)端部從分層的壓電體37的第一側(cè)面37a和第二側(cè)面37b露出。驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39通過一定寬度的縫隙40基本上平行地被安置在第一側(cè)面37a處。各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32與各連接內(nèi)電極35是分開的，處于與外電極38和39電導(dǎo)通。
沿其中安置有驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39之分層壓電體37之第一側(cè)面37a的底緣形成切口部分3。切口部分3的寬度W使它能夠從分層的壓電體37的底面伸展到狹縫47底端的上方，也即延伸到狹縫47底端的上側(cè)，所述狹縫47是在用所述積層壓電器件1制成壓電致動(dòng)器2時(shí)候形成的。不過，切口部分3的寬度W不能使它達(dá)到互相被安置在驅(qū)動(dòng)部分34中的驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和33的最底層。切口部分3基本上與互相被置于分層的壓電體37內(nèi)的每個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和33及連接內(nèi)電極35平行。
具體地說，連接側(cè)外電極39和驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38排布在第一側(cè)面37a，以便通過切口部分3可靠地與分層壓電體37的底面分開一定間隔，也就是分開一個(gè)與切口部分3之深度W相配的間隔。因此，不使形成驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39位置的高度增大或減小，從而不致發(fā)生驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38與第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32之間以及連接側(cè)外電極39與各連接內(nèi)電極35之間的電導(dǎo)通故障。
設(shè)置公用側(cè)外電極41，以覆蓋住這里所用分層壓電體37的整個(gè)第二側(cè)面37b。各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極33和連接內(nèi)電極35都與公用側(cè)外電極41電導(dǎo)通。因此，設(shè)在第一側(cè)面37a處的連接側(cè)外電極39通過被互相安置在分層壓電體37之連接部分36內(nèi)的各連接內(nèi)電極35與公用側(cè)外電極41連接。結(jié)果，本優(yōu)選實(shí)施例積層壓電器件1的驅(qū)動(dòng)部分34具有圖2所示的斷面結(jié)構(gòu)。
采用積層壓電器件1并按照與有關(guān)實(shí)例同樣的工序，可以制成具有圖3所示外形的壓電致動(dòng)器2。具體地說，將壓電致動(dòng)器2構(gòu)造成，使得積層壓電器件1的驅(qū)動(dòng)部分34被沿疊層方向X從驅(qū)動(dòng)部分34之上表面到下表面形成的狹縫47所分隔，所述積層壓電器件1被用粘接劑或其它適宜的結(jié)合材料固定在支撐基板46上。由于彼此被放置在驅(qū)動(dòng)部分34中的第一和第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和33被各狹縫47所分開，所以就在驅(qū)動(dòng)部分34中確定多個(gè)可分開驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)單元48。
如圖4所示，由于在積層壓電器件1的分層壓電體37之第一側(cè)面37a中設(shè)置切口部分3，所以將積層壓電器件1固定到支撐基板46上的粘接劑帶52就堆積到所示切口部分3中，從而不會(huì)滲出到驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39的表面上。如圖3A所示，該圖示出從其一側(cè)看到的多層致動(dòng)器2，由于驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38也被各狹縫47所分隔，所以就給出多組外電極49與各分開的致動(dòng)單元48對應(yīng)。
所述壓電致動(dòng)器2的連接部分36與驅(qū)動(dòng)部分34之間的部分可為各狹縫47所分開。圖3B表示從其另一側(cè)看到的所述壓電致動(dòng)器2。
雖然未予示出，但從一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號源引出的一個(gè)柔性印刷電路，這個(gè)電路從外面安裝給多層致動(dòng)器2，它被連接到所述包含多個(gè)致動(dòng)單元48的壓電致動(dòng)器2。將一交變電壓加在每組外電極49與公用側(cè)外電極41之間，或者實(shí)際上是加在每組外電極49與各連接側(cè)外電極39之間，而這些連接側(cè)外電極39通過個(gè)連接內(nèi)電極35與公用側(cè)外電極41相連。于是，壓電致動(dòng)器2的每個(gè)致動(dòng)單元48被分開驅(qū)動(dòng)，就像相關(guān)的實(shí)例中那樣。
接下去將參照圖5-9描述制作上述優(yōu)選實(shí)施例積層壓電器件1的方法。圖5是說明制作積層壓電器件之分層壓電體本身的方法的分解透視圖。圖6是表示同時(shí)制作多個(gè)分層壓電體的方法的分解透視圖。圖7是表示其上有依次平行地形成多個(gè)分層壓電體的母板主要部分的分解透視圖。圖8是用于說明一種改型的分隔所述母板方法的母板主要部分?jǐn)嗝鎴D。圖9說明在積層壓電器件中形成各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極及連接側(cè)外電極的方法。
在制作積層壓電器件1的分層壓電體37時(shí)，首先提供圖5所示的三類未加工的片5、6和7。具體地說，提供未加工的片5，該片中形成導(dǎo)電圖樣8(確定各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32)和導(dǎo)電圖樣9(確定各相應(yīng)的連接內(nèi)電極35)；提供未加工的片6，該片中形成導(dǎo)電圖樣10(成為各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極33)和導(dǎo)電圖樣9(成為各相應(yīng)的連接內(nèi)電極35)；還提供未加工的片7，其上不形成任何圖樣。
最好以壓電材料，如PZT材料制成這些這些未加工的片5、6和7，它們被做成從平面看基本上為矩形的形狀。最好通過絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電糊形成導(dǎo)電圖樣8、9和10，所述導(dǎo)電糊的主要成分比如為銀(Ag)。導(dǎo)電圖樣8的樣子是它的一端到達(dá)未加工的片5的一個(gè)長邊，而另一端卻不達(dá)到該未加工的片5的另一長邊。
導(dǎo)電圖樣9的樣子是它的兩端分別達(dá)到未加工的片5和6的長邊。導(dǎo)電圖樣10的樣子是它的一端不達(dá)到未加工的片6的一個(gè)長邊，而它的另一端到達(dá)該未加工的片6的另一長邊?？梢酝ㄟ^略為偏離具有同樣形狀之圖樣的位置形成導(dǎo)電圖樣8和9。
當(dāng)按照圖5所示順序互相交替地重復(fù)放置所給出的一定數(shù)目未加工的片5、6和7，并使這些未加工的片5、6和7沿疊層方向X被壓粘在一起時(shí)，就形成一個(gè)中間產(chǎn)品的層狀體塊11。導(dǎo)電圖樣8和10的端部自中間產(chǎn)品的層狀體塊11相對的側(cè)面之一露出，而導(dǎo)電圖樣9和10的端部從中間產(chǎn)品的層狀體塊11的另一側(cè)面露出。此后，再使中間產(chǎn)品的層狀體塊11經(jīng)過烘烤，即制成分層的壓電體37。
一個(gè)一個(gè)地制作各分層壓電體37時(shí)，使用參照圖5所述的制作分層壓電體37的方法。實(shí)際上，通過下面所描述的程序同時(shí)制作多個(gè)分層壓電體37。具體地說，有如圖6所示那樣，首先給出一個(gè)面積較大的未加工的片12，該片上有基本上為平行地形成的多組導(dǎo)電圖樣8和9；還給出一個(gè)面積較大的未加工的片13，該片上有基本上為平行地形成的多組導(dǎo)電圖樣9和10。然后，當(dāng)把一定數(shù)目的未加工的片12和13互相交替地放置時(shí)，再沿疊層方向壓粘它們，則制成一塊處于半成品狀態(tài)的母板，該母板的尺寸與基本上為平行設(shè)置的多個(gè)分層體塊11相應(yīng)。
這之后，當(dāng)被制成的這塊母板經(jīng)過烘烤時(shí)，則有如圖7所示那樣制成比如母板15，該母板具有多個(gè)經(jīng)分隔過程而被分開的分層壓電體37，這些壓電體37是依次平行地形成的(圖7只示出母板15的主要部分)。繼而，當(dāng)通過磨光或者通過表面研磨將被制得的母板15的上表面及下表面整平，并沿著預(yù)定的間隔線Y和Z分隔母板15，所述的間隔線分開與各分層壓電體37對應(yīng)的每塊面積，得到已經(jīng)由分隔過程分開的每個(gè)分層壓電體37。圖7中的雙向箭號X指示所述疊層方向。
當(dāng)互相放置圖6所示的未加工的片12和13并且在烘烤過程之后分隔所得到的疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，如圖6所表示的那樣，有時(shí)將分隔線Y和Z從其目標(biāo)位置移開。于是，有時(shí)會(huì)在分層壓電體37的內(nèi)部形成電極部分(未示出)，這些電極部分包含與相鄰的導(dǎo)電圖樣8和10相應(yīng)的分隔端部8a和10a。不過，從實(shí)踐的觀點(diǎn)看，這種電極部分的形式并不引起任何麻煩。
這里，在按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的制作積層壓電器件方法中，在分隔母板15之前，在各相應(yīng)區(qū)域內(nèi)形成一定深度W的內(nèi)切槽16，它們成為各相應(yīng)分層壓電體的切口部分3。在形成這些內(nèi)切槽16之后，利用比如切粒器或以金屬線鋸開，或者其它適宜的器具分隔母板15，以便得到各分層壓電體37。于是，沿著相應(yīng)分層壓電體37的第一側(cè)面37a的底緣形成各切口部分3。
由于為形成各內(nèi)切槽16而實(shí)行的切割具有約為±10μm的良好的高度方向切割精度，所以以這樣的精度在所述分層壓電體37中形成切口部分3是非常好的。如果以這樣良好的精度形成所述切口部分3，可使分層壓電體37的較下的外層部分比有關(guān)舉例中的薄大約200μm的值。因此，可以制得非常小的積層壓電器件1。
這里雖然是在分隔母板15之前在成為分層壓電體37的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)形成內(nèi)切槽16的，但也可采用其它程序。例如，可以實(shí)行有如圖8(表示分隔母板15方法的改型)所示的那種程序。具體地說，按照這種改型，當(dāng)分隔母板15時(shí)，在形成一定深度W的內(nèi)切槽16之后，所述內(nèi)切槽16確定所述切口部分3，在使用切割刀片23時(shí)成為分層壓電體37的對應(yīng)區(qū)域內(nèi)，使所述切割刀片23略為水平地偏移，以便驅(qū)動(dòng)母板15被完全切割。圖8中的參考標(biāo)號24表示切割帶，這被用于支撐未被分隔的母板15和已分隔的分層壓電體37。
這之后有如圖9所示，在被分開的分層壓電體37已經(jīng)受到支撐之后，其中已使所述壓電體37傾斜一定的角度，當(dāng)通過蒸鍍把適于形成外電極的材料粘結(jié)到分層壓電體37的第一側(cè)面37a上時(shí)，形成驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39，這些外電極與各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和各連接內(nèi)電極35電導(dǎo)通。具體地說，這時(shí)的分層壓電體37內(nèi)，所述切口部分3從蒸鍍源21移開，同時(shí)第一側(cè)面37a以傾斜的狀態(tài)受到支撐，從而面對所述蒸鍍源21。這里雖然蒸鍍源21為點(diǎn)源形式，但該蒸鍍源21的形式并不限于此，而使它可以具有面源形式。
當(dāng)?shù)谝粋?cè)面37a處于傾斜狀態(tài)時(shí)，由分層壓電體37的第一側(cè)面37a使得從蒸鍍源21看不到所述切口部分3，以致不在切口部分3處形成各電極。在與各相應(yīng)的第一側(cè)面37a相對之每個(gè)第二側(cè)面37b處形成公用側(cè)外電極41之后，其中在第一側(cè)面37a處形成各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和各連接側(cè)外電極39，當(dāng)為使驅(qū)動(dòng)部分34的移動(dòng)層極化，而把電壓加于所述各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和各連接側(cè)外電極39之間時(shí)，就完成本優(yōu)選實(shí)施例的積層壓電器件1。每個(gè)外電極38、39和41都并非必須通過蒸鍍而被形成，以致可以通過濺射或者其它適宜的過程而形成它們。
制作積層壓電器件1的方法并不限于根據(jù)圖5-9所描述的方法，也可以采用以下根據(jù)圖10-12所描述的另一種方法。圖10說明按照本發(fā)明另一種優(yōu)選實(shí)施例，在積層壓電器件內(nèi)形成各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極的另一種方法。圖11說明在積層壓電器件內(nèi)形成各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極的又一種方法。圖12是另一種制作分層壓電體本身的分解透視圖。
在上述制作積層壓電器件1的方法中，制作母板15，在該母板上依次平行地形成擬被分開的多個(gè)分層壓電體37，在對應(yīng)區(qū)域內(nèi)形成內(nèi)切槽16，這些內(nèi)切槽成為它們相應(yīng)的分層壓電體37的切口部分3，所述對應(yīng)區(qū)域成為在母板15處形成的相應(yīng)分層壓電體37。繼而，在傾斜狀態(tài)下支撐已分開的各分層壓電體之后，形成各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39。反過來，在第一種制作積層壓電器件1的改型方法中，得到已經(jīng)通過分隔母板15而被分開的多個(gè)分層壓電體37之后——其中所述母板15是通過使一塊母板經(jīng)受烘烤過程而制得的，首先如圖10所示那樣沿疊層方向互相放置這些分層壓電體37。
這之后，在使各相應(yīng)分層壓電體37的第一側(cè)面37a面對蒸鍍源21之后，支撐這些已經(jīng)互相放置的分層壓電體37。當(dāng)把適于形成各外電極的材料蒸鍍到相應(yīng)分層壓電體37的第一側(cè)面37a上時(shí)，形成各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39，它們處于分別與各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和各連接側(cè)內(nèi)電極35電導(dǎo)通。繼而，由于互相放置多個(gè)分層壓電體37，所以當(dāng)在各相應(yīng)分層壓電體37中形成一定深度之內(nèi)切槽18時(shí)，這些內(nèi)切槽18就成為沿著它們的對應(yīng)分層壓電體37的底端部分形成的相應(yīng)切口部分3。這里的內(nèi)切槽18是通過切粒過程或其它適宜的成槽過程形成的。
換句話說，在第一種制作積層壓電器件1的改型方法中，在事先形成各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39之后，其中所述各外電極38和39覆蓋住各分層壓電體37的全部第一側(cè)面37a，為了形成所述的切口部分3，去掉這些外電極38和39的一部分。繼而，在與各相應(yīng)的第一側(cè)面37a對著的每個(gè)第二側(cè)面37b處形成公用側(cè)外電極41之后，其中所述第一側(cè)面37a上形成有所述各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39，當(dāng)為使各驅(qū)動(dòng)部分34的壓電層極化而把電壓加于所述各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39之間時(shí)，就完成所述的積層壓電器件1。
所述外電極38、39和41并非必須通過蒸鍍而被形成，而可以通過濺射或絲網(wǎng)印刷形成它們。當(dāng)采用第一種制作積層壓電器件1的改型方法時(shí)，各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39擬被形成在各個(gè)包含切口部分3之分層壓電體37的整個(gè)側(cè)面37a上；可在多個(gè)重疊的分層壓電體37上同時(shí)形成這些外電極38和39。
按照第二種制作積層壓電器件1的改型方法，在制得已通過分隔母板15而被分開的各分層壓電體37之后，其中所述母板15是通過使一塊母板受到烘烤而制得的，首先沿著疊層方向互相放置所述各分層壓電體37。然后，通過切割或其它適宜的過程，在互相放置的各相應(yīng)分層壓電體37中形成內(nèi)切槽，它們成為各個(gè)相應(yīng)的切口部分3。
此后，有如圖11所示那樣，在被互相放置的各分層壓電體37以傾斜一定角度而受到支撐之后，當(dāng)通過蒸鍍把適于形成各外電極的材料粘結(jié)到各分層壓電體37的第一側(cè)面37a上時(shí)，形成各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39，它們處于分別與各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和各連接側(cè)內(nèi)電極35電導(dǎo)通。具體地說，在這時(shí)的各壓電體37中，切口部分3從蒸鍍源21移開，第一側(cè)面37a以傾斜狀態(tài)受到支撐，以便面對蒸鍍源21。
繼而，在與其相應(yīng)之第一側(cè)面37a對著的每個(gè)第二側(cè)面37b處形成公用側(cè)外電極41之后，其中所述第一側(cè)面37a上形成各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39，當(dāng)為使各驅(qū)動(dòng)部分34的壓電層極化而把電壓加于各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極38和連接側(cè)外電極39之間時(shí)，就完成積層壓電器件1。并非必須以蒸鍍方式形成外電極38、39和41，而可通過濺射或其它適宜的過程形成它們。
在參照圖5描述的制作積層壓電器件1的方法中，雖然以分開狀態(tài)的方式形成第一和第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和33以及各連接內(nèi)電極35，但在制作壓電致動(dòng)器2時(shí)，并非必須以預(yù)先分開的狀態(tài)形成各電極32、33和35。下面將描述一種形成所述各電極的改型方法。
按分開狀態(tài)的方式在圖5所示的未加工片5上形成導(dǎo)電圖樣8，以確定各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32，并形成導(dǎo)電圖樣9，以確定各相應(yīng)的連接內(nèi)電極35。按分開狀態(tài)的方式在圖5所示的未加工片6上形成導(dǎo)電圖樣10，它成為各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極33，還形成導(dǎo)電圖樣9，它成為各相應(yīng)的連接內(nèi)電極35。然而，最初并非必須按分開狀態(tài)的方式形成導(dǎo)電圖樣8和9以及導(dǎo)電圖樣9和10。例如，有如圖12所示那樣，可在未加工的片5上布置導(dǎo)電圖樣19，該圖樣的形狀是通過整體地形成各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和連接內(nèi)電極35而形成的；還可以在未加工的片6上布置導(dǎo)電圖樣20，該圖樣的形狀是通過整體地形成各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極33和連接內(nèi)電極35而形成的。
具體地說，在由多層壓電體1制作壓電致動(dòng)器2時(shí)，沿所述疊層方向X從分層壓電體37的驅(qū)動(dòng)部分34的上表面到下表面形成多個(gè)狹縫47。與此同時(shí)，可將驅(qū)動(dòng)部分34與連接部分36之間的部分分隔開。當(dāng)把所述驅(qū)動(dòng)部分34與連接部分36之間的部分分隔開時(shí)，使最初是整體形成的各連接內(nèi)電極35與第一和第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極32和33之間的部分被分隔開。相應(yīng)地，電極32、33和35成為分開的電極，這與圖5所示的那些是一樣的。
如上所述，在所述積層壓電器件中，各連接側(cè)外電極和驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極確定壓電致動(dòng)器的多個(gè)單元外電極，這些外電極的構(gòu)造使得通過所述切口部分與分層壓電體的底面可靠地分開一定的間隔，也就是說，分開與所述切口部分之深度相配的間隔。因此，不會(huì)使布置所述驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極的各部分的高度增大或者減小，從而不會(huì)發(fā)生多層壓電器件中各個(gè)外電極與驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極之間的電導(dǎo)通故障，也不會(huì)發(fā)生壓電致動(dòng)器中各組外電極之間的短路。
當(dāng)在積層壓電器件之分層壓電體的一個(gè)側(cè)面中形成切口部分時(shí)，用于將積層壓電器件固定到支撐基板的粘接劑帶堆積在切口部分內(nèi)部，從而給出所述粘接劑帶不致滲出到各驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極的表面上的優(yōu)點(diǎn)。于是，要把柔性印刷電路焊接到壓電致動(dòng)器的各組外電極上，就變得很容易。另外，當(dāng)在分層壓電體的一個(gè)側(cè)面中形成切口部分時(shí)，可使所述積層壓電器件的下部外層部分較為薄些，從而提高機(jī)械加工性能，使所述積層壓電器件不易受到損傷。
當(dāng)采用本發(fā)明各優(yōu)選實(shí)施例的任何一種制作積層壓電器件的方法時(shí)，可以很容易形成積層壓電器件之分層壓電體的切口部分。另外，可以在多個(gè)分層壓電體上同時(shí)形成擬在多個(gè)包含切口部分之分層壓電體的全部側(cè)面上形成的驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極，從而能夠提高生產(chǎn)率。
雖然上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)理解，對于那些熟悉本領(lǐng)域的人而言，顯然可有多種變換和改型，而不致脫離本發(fā)明的范圍和精髓。因此，本發(fā)明的范圍就由下述各權(quán)利要求來單獨(dú)確定。
權(quán)利要求
1.一種積層壓電器件，它包括分層壓電體，這種壓電體包含驅(qū)動(dòng)部分和連接部分，所述驅(qū)動(dòng)部分中通過被置于其間的壓電層被互相交替地疊置多個(gè)第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極，所述連接部分中通過被置于其間的壓電層沿一疊層方向互相疊置多個(gè)連接內(nèi)電極；至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極分別處于與第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和各連接內(nèi)電極電導(dǎo)通，它們基本上互相平行地排布在所述分層壓電體的兩個(gè)相對表面之一處；并且至少一個(gè)公用側(cè)外電極處于與各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和各連接內(nèi)電極電導(dǎo)通，它被安置在所述分層的壓電體的另一側(cè)表面處；其中，由狹縫確定多個(gè)可分開驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)單元，所述狹縫分開驅(qū)動(dòng)部分的第一和第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極，并且所述狹縫沿著疊層方向從驅(qū)動(dòng)部分的上表面延伸至其下表面；在所述分層壓電體的一個(gè)側(cè)面內(nèi)形成切口部分，驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極基本上平行地布置在所述分層壓電體內(nèi)，使所述切口部分基本上與各驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和連接內(nèi)電極平行；所述切口部分的深度使該切口部分能夠從所述分層壓電體的下表面延伸至所述狹縫底端上方的位置，但不能使該切口部分達(dá)到各驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極。
2.如權(quán)利要求1所述的積層壓電器件，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極被布置成覆蓋住分層壓電體的相對側(cè)面之一的除所述切口部分之外的整個(gè)部分。
3.如權(quán)利要求1所述的積層壓電器件，其特征在于，所述各第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極的端部只從所述分層壓電體的兩個(gè)相對側(cè)面之一露出。
4.如權(quán)利要求1所述的積層壓電器件，其特征在于，所述各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極的端部只從所述分層壓電體的兩個(gè)相對側(cè)面之一露出。
5.如權(quán)利要求1所述的積層壓電器件，其特征在于，所述每個(gè)連接內(nèi)電極的端部從所述分層壓電體的兩個(gè)相對側(cè)面露出。
6.一種裝置，它包括多個(gè)權(quán)利要求1所述的積層壓電器件；支撐基板；粘接劑，將所述積層壓電器件固定到所述基板上，其中，所述粘接劑至少部分地布置在所述切口部分內(nèi)。
7.一種制作權(quán)利要求1所述積層壓電器件的方法，該方法包括如下步驟提供母板，該板中依次平行地包含多個(gè)分層壓電體，它們通過分隔過程而被分開，并且基本上互相平行地依次排布；在所述母板的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)形成多個(gè)切槽，這些槽成為多個(gè)與分層壓電體相應(yīng)的切口部分，其中所述相應(yīng)區(qū)域成為由所述母板形成的各分層壓電體；通過分隔所述母板，分開各分層壓電體；在以相對于蒸鍍源或?yàn)R射源為傾斜的狀態(tài)支撐被分隔的各分層壓電體之后，通過蒸鍍或?yàn)R射，形成所述驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極。
8.一種制作權(quán)利要求1所述積層壓電器件的方法，該方法包括如下步驟沿疊層方向互相放置多個(gè)分層壓電體，這些壓電體已經(jīng)通過分隔所述母板而被分隔開，所述母板中包含基本上互相平行地依次排布的多個(gè)分層壓電體；在每個(gè)分層壓電體上形成所述驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極；在已被互相放置的相應(yīng)分層壓電體中形成多個(gè)內(nèi)切槽，這些內(nèi)切槽成為與各分層壓電體對應(yīng)的切口部分。
9.一種制作權(quán)利要求1所述積層壓電器件的方法，該方法包括如下步驟沿疊層方向互相放置多個(gè)分層壓電體，這些壓電體已經(jīng)通過分隔所述母板而被分隔開，所述母板中包含基本上互相平行地依次排布的多個(gè)分層壓電體；在已經(jīng)被互相放置的相應(yīng)各分層壓電體中形成內(nèi)切槽，這些內(nèi)切槽成為各對應(yīng)的分層壓電體的切口部分；在以相對于蒸鍍源或?yàn)R射源處于傾斜的狀態(tài)支撐各分層壓電體之后，通過蒸鍍或?yàn)R射，形成所述驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極。
10.一種壓電致動(dòng)器，它包括權(quán)利要求1的積層壓電器件；多個(gè)可分開驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)單元，它們是由狹縫被確定的，所述狹縫分隔所述驅(qū)動(dòng)部分中的第一驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和各第二驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極；其中，所述壓電器件的驅(qū)動(dòng)部分被所述狹縫分隔，所述狹縫沿著疊層方向從該驅(qū)動(dòng)部分的上表面延伸至其下表面。
全文摘要
一種積層壓電器件，包括分層壓電體，這種壓電體具有驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極，它們布置在該分層壓電體一個(gè)側(cè)面處，其中提供由狹縫分隔所述分層壓電體形成的多個(gè)致動(dòng)器單元，所述狹縫從分層壓電體的上表面延伸至其下表面。在分層壓電體的一個(gè)側(cè)面內(nèi)形成切口部分，所述分層壓電體內(nèi)放置驅(qū)動(dòng)側(cè)外電極和連接側(cè)外電極，使切口部分基本上與多個(gè)驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極和連接內(nèi)電極平行。所述切口部分的寬度使該切口部分能夠從所述分層壓電體的下表面到達(dá)狹縫底端上方的位置，但不能使它達(dá)到各驅(qū)動(dòng)內(nèi)電極。
文檔編號H05K3/34GK1396668SQ0212517
公開日2003年2月12日 申請日期2002年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月9日
發(fā)明者中谷宏 申請人:株式會(huì)社村田制作所