[發明專利]壓電元件及其制造方法

在審

• 申請號: 202110254130.8
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113451500A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 波多野桂一;塚越功一
• 申請（專利權）人: 太陽誘電株式會社
• 主分類號: H01L41/08
• 分類號: H01L41/08;H01L41/187;H01L41/27;H01L41/273;H01L41/277
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳;王磊

本發明的技術問題在于以低成本提供使用了堿金屬鈮酸系的壓電陶瓷的層疊型壓電元件。本發明的技術方案為由銀的含量為80質量％以上的金屬形成內部電極，并且由以具有鈣鈦礦型結構的堿金屬鈮酸鹽為主成分且含有選自鈣和鋇中的至少1種堿土金屬元素和銀的壓電陶瓷構成壓電陶瓷層，在將上述堿金屬鈮酸鹽的B位點中的元素的含量設為100摩爾％時，上述堿土金屬元素的合計含量設為0.2摩爾％以上且低于2.0摩爾％，該壓電陶瓷層含有至少1個內包銀偏析區域(42)的燒結顆粒(41)，并且上述銀偏析區域(42)的長徑設為10nm以下。

技術領域

本發明涉及壓電元件及其制造方法。

背景技術

壓電元件是由一對電極夾持具有壓電性的陶瓷(壓電陶瓷)的結構的電子部件。這里，壓電性是指能夠將電能與機械能相互轉化的性質。

壓電元件利用上述的壓電陶瓷的性質，通過將施加于一對電極間的電壓轉化成壓力、振動這樣的機械能，能夠使其它物體運動或使自身運動。另一方面，壓電元件也能夠將振動、壓力這樣的機械能轉化成電能，將該電能作為一對電極間的電壓獲取。

將施加于電極間的電壓轉化為機械振動時，壓電元件能夠發生寬幅頻率的振動。具體而言，可以列舉在通常的生活環境中存在的稱為低頻音的1～100Hz左右的頻率帶、人類能夠作為聲音感知的20Hz～20kHz左右的頻率帶、稱為超聲波的20kHz～數GHz的頻率帶、以及電磁波這樣的數～數十GHz左右的頻率帶等的振動。因此，壓電元件能夠被利用于擴音器、振動部件等。另一方面，壓電元件也能夠通過感受如上所述的各種頻率帶的振動，產生與其對應的寬幅的頻率帶的電壓。

作為壓電元件的結構，除了僅在壓電陶瓷的表面形成有電極的結構以外，還已知有稱為層疊型壓電元件的用內部電極夾持所層疊的多層壓電陶瓷層的結構。層疊型壓電元件為了在多個壓電陶瓷層的層疊方向得到大的位移，例如，能夠利用致動器等。層疊型壓電元件典型而言通過將壓電陶瓷層和內部電極同時燒制來制造。

作為構成這樣的壓電元件的壓電陶瓷，可以廣泛使用以鋯鈦酸鉛(Pb(Zr，Ti)O₃、PZT)及其固溶體為主成分的壓電陶瓷。PZT系的壓電陶瓷由于具有高的居里溫度，所以能夠得到即使在高溫環境下也能夠使用的壓電元件。并且，該壓電陶瓷由于具有高的機電耦合系數，所以還具有能夠得到能夠高效地轉化電能和機械能的壓電元件的優點。另外，該壓電陶瓷通過選擇適當的組成，能夠以低于1000℃的溫度進行燒制，因此，還具有能夠降低壓電元件的制造成本的優點。特別是，上述的層疊型壓電元件能夠在與壓電陶瓷同時燒制的內部電極中使用鉑或鈀等高價材料的含量減少了的低熔點材料，產生大的成本降低效果。

但是，PZT系的壓電陶瓷含有作為有害物質的鉛這一點被視作問題，取而代之，要求不含鉛的壓電陶瓷組合物。

至今，作為不含鉛的壓電陶瓷，報道了具有堿金屬鈮酸((Li，Na，K)NbO₃)系、鈦酸鉍鈉((Bi_0.5Na_0.5)TiO₃、BNT)系、鉍層狀化合物系和鎢青銅系等各種組成的壓電陶瓷。這些之中，堿金屬鈮酸系的壓電陶瓷由于居里點高，機電耦合系數比較大，因此，作為代替PZT系的壓電陶瓷受到關注(專利文獻1)。

在堿金屬鈮酸系的壓電陶瓷中，以燒結溫度的低溫化或特性的提高為目的，除了作為主成分的堿金屬元素和鈮以外，還添加有銀(專利文獻2～4)。

例如，在專利文獻2中，公開了通過對堿金屬鈮酸系的化合物粉末添加Ag₂O，促進燒制時Li₃NbO₄的析出，能夠將燒制溫度低溫化至1000℃左右。

另外，在專利文獻3中，公開了在含有堿金屬的鈮酸鹽系鈣鈦礦組合物的燒結體中的空隙偏析出Ag的壓電陶瓷適于高溫下的使用。

另外，在專利文獻4中，公開了通過使堿金屬鈮酸系壓電陶瓷含有堿土金屬和銀，能夠以低成本制造兼具高的可靠性和良好的壓電特性的壓電元件。