[發明專利]壓電元件及其制造方法

在審

• 申請號: 202110279425.0
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113451496A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 伊藤亮;后藤隆幸
• 申請（專利權）人: 太陽誘電株式會社
• 主分類號: H01L41/047
• 分類號: H01L41/047;H01L41/083;H01L41/187;H01L41/273;H01L41/277;H01L41/29;C04B35/495;C04B35/622
• 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抑制可靠性降低且低成本地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利用銀的含量為80質量％以上的金屬形成內部電極(10)，并且利用以具有鈣鈦礦型結構的堿金屬鈮酸鹽為主成分、還含有錳酸鋰的壓電陶瓷構成壓電陶瓷層(40)。

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系的壓電陶瓷具有如下優點：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，由于具有高的機電耦合系數，所以能夠得到能夠高效地轉化電能和機械能的壓電元件。另外，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銀的含有比例多、換言之鉑或鈀等高價材料的含有比例少的低熔點材料，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)。

嘗試著將該鈮酸堿金屬系的壓電陶瓷低溫燒制化，使其能夠與銀的含有比例多的內部電極的一體燒制，降低層疊型壓電元件的制造成本。例如，專利文獻2中，報道了通過將鈮酸堿金屬系的壓電陶瓷的組成設成含有堿土金屬和銀的組成，實現了與Ag_0.7Pd_0.3的內部電極一體燒制。另外，專利文獻2中，也報道了所得到的層疊型壓電元件顯示高的電阻率。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2007/094115號

專利文獻2：日本特開2017－163055號公報

發明內容

發明所要解決的技術問題

近年來，要求層疊型壓電元件的制造成本的進一步削減，研究了利用銀的含量為80質量％以上的金屬構成內部電極。