多層壓電元件的制作方法
【專利摘要】本公開涉及多層壓電元件，該多層壓電元件包括：多個(gè)壓電層，分別具有15μm至100μm的厚度；以及內(nèi)部電極，插入在多個(gè)壓電層之間并層壓為交替地形成陽極和陰極。
【專利說明】多層壓電元件
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年9月17日提交的韓國專利申請序列號(hào)10-2013-0112206的 權(quán)益，通過引用將其全部內(nèi)容結(jié)合于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本公開涉及多層壓電元件。

【背景技術(shù)】
[0004] 最近，根據(jù)多媒體設(shè)備的發(fā)展和電子裝置的集中，已開發(fā)出多功能的高端便攜式 電子設(shè)備。該些便攜式設(shè)備具有通過各種功能之中的振動(dòng)力實(shí)現(xiàn)觸覺的感知的觸覺壓電元 件化aptic piezoelectric element),并且使用觸覺壓電元件作為在驅(qū)動(dòng)諸如游戲或文本 輸入的各種應(yīng)用時(shí)為用戶提供H維觸摸的方法。
[0005] 當(dāng)前，包括智能電話的移動(dòng)設(shè)備大部分使用觸摸屏執(zhí)行文本輸入和應(yīng)用程序。在 過去，主要使用通過利用在觸摸觸摸屏?xí)r施加的電流產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)嵌入移動(dòng)設(shè)備中 的振動(dòng)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)觸覺功能的方法，但在最近的高端移動(dòng)設(shè)備中觸摸屏已快速地由壓電元 件取代，因?yàn)榕c低成本相比觸摸屏具有低反應(yīng)速度。
[0006] 通過將電壓施加至壓電材料而在兩個(gè)電極之間（即，陽極和陰極）形成電場來操 作壓電元件，該導(dǎo)致由于通過電場的移動(dòng)而在壓電材料內(nèi)部產(chǎn)生的雙極子（dipole)而引 起的結(jié)構(gòu)的變形，并且由于通過結(jié)構(gòu)變形引起的在縱向方向或截面方向上的機(jī)械位移而產(chǎn) 生振動(dòng)。
[0007] 壓電元件可實(shí)現(xiàn)即時(shí)（immediate)觸覺功能，因?yàn)閴弘娫趯㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)換成機(jī) 械位移時(shí)反應(yīng)速度比傳統(tǒng)振動(dòng)電機(jī)快幾倍。
[0008] 然而，由于在補(bǔ)充各種類型的模塊結(jié)構(gòu)W調(diào)整壓電元件的機(jī)械位移時(shí)才能實(shí)現(xiàn)期 望類型的振動(dòng)力并且組成壓電元件的壓電材料需要高操作電壓，所W難W在移動(dòng)設(shè)備的受 限操作電壓下實(shí)現(xiàn)高振動(dòng)力。
[0009] 因此，目前，需要開發(fā)一種用于實(shí)現(xiàn)高振動(dòng)力同時(shí)減小整體操作電壓的壓電元件。
[0010] 專利文獻(xiàn)1 ;日本專利公開公布No. 2013-016548


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 已開發(fā)本公開W便克服傳統(tǒng)多層壓電元件中出現(xiàn)的各種缺點(diǎn)和問題，并且因此本 技術(shù)的目標(biāo)是提供能夠通過調(diào)整壓電層的厚度來同時(shí)滿足相對位移特性和可靠性的多層 壓電元件。
[0012] 此外，本公開的另一個(gè)目標(biāo)是提供能夠在調(diào)整壓電元件的壓電層的厚度時(shí)通過調(diào) 整壓電層的截面方向上分布的顆粒尺寸來同時(shí)滿足相對位移特性和可靠性的多層壓電元 件。
[0013] 根據(jù)為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的本公開的一個(gè)方面，提供了一種多層壓電元件，其包括；多個(gè) 壓電層；w及插入在多個(gè)壓電層之間并層壓為交替地形成陽極和陰極的內(nèi)部電極，其中，壓 電層具有約15 y m至約100 y m的厚度。
[0014] 在實(shí)施方式中，內(nèi)部電極的厚度之和與壓電元件的整個(gè)厚度的比例小于約12%。
[0015] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，在多個(gè)壓電層與內(nèi)部電極之間的界面上形成非壓電界面 層，內(nèi)部電極和非壓電界面層可形成為非活性層（inactive layer),并且當(dāng)內(nèi)部電極和非 壓電界面層的厚度之和是非活性層的厚度時(shí)，非活性層的厚度與多層壓電元件的整個(gè)厚度 的比例小于約12%。
[0016] 此外，當(dāng)非活性層的比例是非活性層的厚度與多層壓電元件的整個(gè)厚度的比例 時(shí)，非活性層的比例由W下等式確定：
[0017] mA
[001引非活性層的比例=((內(nèi)部電極的厚度+非壓電界面層的厚度）x層數(shù)）/壓電元 件的整個(gè)厚度（T)。
[0019] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，多層壓電元件的整個(gè)厚度小于約1.5mm，并且多個(gè)壓電層的 層數(shù)為大約3至大約100。
[0020] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)顆粒邊界長度增加時(shí)，壓電層的顆粒尺寸形成為具有滿 足約90 %或更多的壓電層的相對位移特性的電荷移動(dòng)路徑，并且顆粒尺寸滿足W下等式或 者由W下等式確定：
[00川 等式 G";ax
[0022] -7=^ <0.51 yt
[0023] 其中，Gmax是位于通過沿垂直方向切割壓電層獲得的橫截面的垂直線H上的顆粒 的最大顆粒的長軸長度，并且t是壓電層的厚度。
[0024] 在一個(gè)實(shí)施方式中，顆粒的長軸長度Gmax是大約1 y m至大約2 y m。
[0025] 同時(shí)，根據(jù)為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的本公開的另一方面，提供了一種多層壓電元件，其包 括；多個(gè)壓電層；W及插入在多個(gè)壓電層之間并層壓為交替地形成陽極和陰極的內(nèi)部電 極，其中，壓電層具有約15 y m至100 y m的厚度，并且在壓電層中組成壓電層的顆粒的最大 顆粒的長軸長度是約1 y m至約2 y m，其中，在壓電層的厚度范圍內(nèi)的相對位移特性與標(biāo)準(zhǔn) 多層壓電元件的位移特性相比滿足約95%或更多，并且在壓電層的顆粒尺寸范圍內(nèi)的相對 位移特性與標(biāo)準(zhǔn)多層壓電元件相比滿足約90 %或更多。
[0026] 在一個(gè)實(shí)施方式中，顆粒尺寸滿足W下等式或者由W下等式確定：
[0027] 望式
[0028] -r^ <0-51 V t
[0029] 其中，Gmax是位于通過沿垂直方向切割壓電層獲得的橫截面的垂直線H上的顆粒 的最大顆粒的長軸長度，并且t是壓電層的厚度。
[0030] 此外，在某些實(shí)施方式中，內(nèi)部電極的厚度之和與壓電元件的整個(gè)厚度的比例小 于約12%，并且非活性層的厚度之和（其是內(nèi)部電極的厚度和非壓電界面層的厚度之和） 與壓電元件的整個(gè)厚度的比例小于約12%。
[0031] 當(dāng)非活性層的比例是非活性層厚度與多層壓電元件的整個(gè)厚度的比例時(shí)，非活性 層的比例由W下等式確定：
[0032] 望孟
[0033] 非活性層的比例=((內(nèi)部電極的厚度+非壓電界面層的厚度）X層數(shù)）/壓電元 件的整個(gè)厚度（T)。
[0034] 在本公開的另一個(gè)實(shí)施方式中，多層壓電元件包括多個(gè)壓電層W及插入在多個(gè)壓 電層之間并層壓為交替地形成陽極和陰極的內(nèi)部電極。內(nèi)部電極包括Ag/Pd合金。內(nèi)部電 極可包括形成在內(nèi)部電極的相對主表面（opposing main SU計(jì)ace)上的非壓電界面層。非 壓電界面層可W是內(nèi)部電極的Ag/Pd合金與壓電層的陶瓷材料的反應(yīng)產(chǎn)物。在某些實(shí)施方 式中，界面層包括 PdPbO、PdO、Ag/Pd-Pb 或 Ag-PZT。
[0035] 在某些實(shí)施方式中，壓電層的顆粒尺寸形成為具有當(dāng)與具有1mm厚度的壓電層的 標(biāo)準(zhǔn)多層壓電元件的位移特性相比時(shí)滿足95%或更多的壓電層的相對位移特性的電荷移 動(dòng)路徑。
[0036] 在某些實(shí)施方式中，內(nèi)部電極的厚度之和與壓電元件的整個(gè)厚度的比例的范圍為 從2%至小于12%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 從W下結(jié)合附圖進(jìn)行的實(shí)施方式的描述中，本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思的該些和/或 其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見并且更容易理解。
[0038] 圖1是應(yīng)用于根據(jù)本公開的實(shí)施方式的多層壓電元件的截面圖。
[0039] 圖2是圖1的壓電元件的部分放大截面圖。
[0040] 圖3A和圖3B是在施加相同的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)用于與單層壓電元件比較位移特性的多 層壓電元件的示意圖，其中，圖3A示出了單層壓電元件；圖3B示出了多層壓電元件。
[0041] 圖4A和圖4B是按照根據(jù)本公開的多層壓電元件的層數(shù)的調(diào)整的壓電層的厚度的 比較示意圖，其中，圖4A示出了具有85um的厚度的壓電層的多層壓電元件；圖4B示出了 具有4ym的厚度的壓電層的另一個(gè)多層壓電元件。
[0042] 圖5是根據(jù)本公開的多層壓電元件的層間（interlayer,夾層）放大截面圖。
[0043] 圖6A和圖6B是根據(jù)本公開的多層壓電元件中的壓電層的厚度的壓電層的截面 圖，其中，圖6A示出了具有30ym的厚度的壓電層；圖6B示出了具有Sum的厚度的壓電 層。

【具體實(shí)施方式】
[0044] 通過參照示出本公開的示例性實(shí)施方式的附圖進(jìn)行的W下詳細(xì)描述，將清楚地理 解關(guān)于包括用于根據(jù)為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的本公開的多層壓電元件的目標(biāo)的技術(shù)構(gòu)造的操作效果 的內(nèi)容。
[0045] 首先，圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的多層壓電元件的截面圖，并且圖2是圖1的 壓電元件的部分放大截面圖。
[0046] 如示出的，根據(jù)本公開的多層壓電元件100由通過層壓多個(gè)壓電層110形成的層 壓體組成，并且內(nèi)部電極121和122層壓在多個(gè)壓電層110上，從而多個(gè)壓電層110和內(nèi)部 電極121和122交替地布置。在一個(gè)實(shí)施方式中，對于內(nèi)部電極121和122,陽極內(nèi)部電極 121和陰極內(nèi)部電極122交替布置在多個(gè)壓電層110上。
[0047] 多個(gè)壓電層110可由陶瓷材料制成并且使用精細(xì)陶瓷粉末制備成板狀陶瓷片的 形式。由陶瓷片形成的每個(gè)壓電層110可由通過使用點(diǎn)刀片方法（dot blade method)將 與粘合劑等混合的漿料（slurry)狀態(tài)的陶瓷粉末涂敷成平板形狀并且通過預(yù)定溫度和時(shí) 間的燒紙過程燒結(jié)漿料來獲得的燒結(jié)的陶瓷片形成。在某些實(shí)施方式中，燒結(jié)的陶瓷片具 有其中不規(guī)則的顆粒111彼此連接同時(shí)在其之間形成邊界的截面形狀。
[004引每個(gè)壓電層110通過層壓如該樣制備的多個(gè)燒結(jié)的陶瓷片形成，并且壓電層110 形成層壓體W通過電壓的施加在縱向或截面方向上產(chǎn)生位移。該時(shí)，施加至通過層壓壓電 層110形成的層壓體的電壓通過布置在壓電層110上的內(nèi)部電極121和122來施加。
[0049] 內(nèi)部電極121和122由具有良好導(dǎo)電性的金屬材料制成并且主要由Ag/Pd合金金 屬材料制成。此外，內(nèi)部電極121和122可通過絲網(wǎng)印刷方法等形成在組成壓電層110的 陶瓷片上。該些內(nèi)部電極121和122分別在通過層壓多個(gè)壓電層110形成的層壓體中形成 陽極和陰極，并且與壓電層110交替地反復(fù)層壓W構(gòu)成具有極性的壓電元件。
[0050] 此外，布置在壓電層110之間的內(nèi)部電極121和122交替地形成陽極和陰極，并且 將具有相同的極性的內(nèi)部電極121和122彼此電連接。相應(yīng)極性的內(nèi)部電極121和122通 過引線（lead wire)電連接至陽極端子131和陰極端子132。
[0051] 在某些實(shí)施方式中，在其上沒有內(nèi)部電極的壓電層可額外地層壓在最上層和最下 層W在層壓壓電層110時(shí)保護(hù)暴露的內(nèi)部電極121和122。并且多層壓電元件可通過在除 了暴露于外部的陽極端子131和陰極端子132之外的壓電元件的外部外圍表面涂覆絕緣材 料來制造W保護(hù)元件免于濕氣（moisture)和外部環(huán)境。
[0052] 當(dāng)如上配置的本公開的多層壓電元件100配置觸覺壓電元件時(shí)，優(yōu)選的是壓電元 件的整個(gè)厚度T是約100 y m至約1. 5mm，并且壓電層110的層數(shù)是約3至約100。多層壓 電元件100的性能通過壓電層的厚度t來確定，壓電層的厚度t通過在壓電元件的整個(gè)厚 度T的范圍內(nèi)調(diào)整壓電層的層數(shù)來確定。
[0053] 在此，在壓電元件的整個(gè)厚度T的范圍內(nèi)的壓電層110的層數(shù)被定義為除了最上 層和最下層的壓電層之外的壓電層的層數(shù)，該最上層和最下層的壓電層被額外地層壓W在 層壓壓電層110時(shí)保護(hù)暴露于最上層和最下層的內(nèi)部電極121和122。
[0054] 更具體地，因?yàn)楸竟_的多層壓電元件100主要通過組成用于驅(qū)動(dòng)振動(dòng)電機(jī)的壓 電致動(dòng)器來安裝至便攜式設(shè)備（諸如智能電話或平板PC)或相機(jī)，所W根據(jù)便攜式設(shè)備的 變薄的趨勢，多層壓電元件100的整個(gè)厚度T被限制在約1. 5mm的最大值的范圍內(nèi)，并且優(yōu) 選的是多層壓電元件100被設(shè)計(jì)成通過改善在受限厚度內(nèi)的相對位移特性來最大化振動(dòng) 力并且允許壓電層的厚度t滿足可靠性同時(shí)保持相對位移特性。
[0055] 在此，壓電層的厚度t的可靠性標(biāo)準(zhǔn)如下；在一個(gè)周期是向由多個(gè)壓電層110 W及 內(nèi)部電極121和122組成的壓電元件施加電壓的時(shí)間為0. 5砂并且不向壓電元件施加電壓 的時(shí)間為0. 5砂的假設(shè)之下，當(dāng)針對本公開的多層壓電元件100重復(fù)106個(gè)周期時(shí)，不會(huì)出 現(xiàn)層間短路（interlayer short)并且保持良好的狀態(tài)。
[0056] 該樣，可W通過將驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)置為較高來在多層壓電元件100的受限厚度內(nèi)改善 位移特性W改善振動(dòng)力。
[0057] 目P，通過陽極端子131和陰極端子132施加的驅(qū)動(dòng)電壓越高，多層壓電元件100 的位移越大，但因?yàn)橛捎诒銛y式設(shè)備的特性導(dǎo)致施加至壓電元件的電壓通常被限制為小于 200V，所W僅通過將驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)置為較高并不能獲得期望的位移特性。
[0058] 該時(shí)，施加至多層壓電元件100的電壓應(yīng)被限制的原因是電壓可通過驅(qū)動(dòng)1C被放 大高達(dá)幾kV，但是壓電元件和便攜式設(shè)備不能在高于參考值（通常，220V至250V)的電壓 下操作。
[0059] 此外，為了在施加至多層壓電元件100的驅(qū)動(dòng)電壓被限定為小于200V的狀態(tài)下改 善位移特性，與標(biāo)準(zhǔn)多層壓電元件相比，優(yōu)選地通過調(diào)整多個(gè)壓電層110的厚度來將相對 位移特性保持在95 %或更多。
[0060] 如果壓電層110的厚度t較小，則多層壓電元件100的多個(gè)壓電層110即使在低 驅(qū)動(dòng)電壓下也可具有高位移特性。因此，在多層壓電元件100的整個(gè)厚度T是相同的狀態(tài) 下，可W通過增加壓電層110的層數(shù)來減少壓電層的厚度t而在小于200V的受限驅(qū)動(dòng)電壓 內(nèi)改善位移特性。
[0061] 通過采用圖3A和圖3B中的單層壓電元件和多層壓電元件的比較視圖作為實(shí)例來 具體描述關(guān)于此的原理，當(dāng)單層壓電元件（圖3A)和多層壓電元件（圖3B)具有如圖3A和 圖3B所示的相同的整個(gè)厚度T時(shí)，可W理解根據(jù)壓電層的厚度t的位移特性與施加電壓的 關(guān)系。
[0062] 目P，實(shí)際施加至圖3A中的單層壓電元件與施加至圖3B中的其中壓電層的厚度為 t的的九層多層壓電元件的電場V/T之間存在九倍的差異。
[0063] 當(dāng)相同的驅(qū)動(dòng)電壓被施加至兩個(gè)壓電元件（圖3A和圖3B)時(shí)，多層壓電元件（圖 3B)可具有大于單層壓電元件（圖3A)九倍的位移，并且當(dāng)實(shí)現(xiàn)相同的位移時(shí)，可向多層壓 電元件（圖3B)施加低于單層壓電元件九倍的電壓。
[0064] 因此，將理解，當(dāng)多層壓電元件100的整個(gè)厚度T與單層壓電元件（圖3A)相同時(shí)， 通過增加壓電層110的層數(shù)W減少壓電層的厚度t來改善位移特性。
[0065] 在此，圖3A和圖3B是在施加相同的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)用于與單層壓電元件比較位移特 性的多層壓電元件的示意圖。
[0066] 同時(shí)，圖4A和圖4B是按照根據(jù)本公開的多層壓電元件的層數(shù)的調(diào)整的壓電層的 厚度的比較示意圖，并且圖5是根據(jù)本公開的多層壓電元件的層間放大截面圖。
[0067] 如示出的，本公開的多層壓電元件100通過由多個(gè)壓電層110 W及交替層壓在壓 電層110之間的陽極和陰極內(nèi)部電極121和122組成的層壓體構(gòu)成。如上所述，當(dāng)整個(gè)厚 度T是相同的時(shí)，通過層數(shù)的調(diào)整W減少壓電層110的厚度t來改善多層壓電元件100的 位移特性。在此，因?yàn)閰⒄請D1詳細(xì)地描述了多層壓電元件100的除壓電層110和內(nèi)部電 極121和122 W外的結(jié)構(gòu)，所W將省去重復(fù)的描述。
[006引參照圖4A、圖4B和圖5,當(dāng)多層壓電元件100的整個(gè)厚度T保持相同時(shí)，通過根據(jù) 具有壓電特性的壓電層110與具有非壓電特性的內(nèi)部電極121和122的總合的比例來確定 壓電層的厚度t的范圍。
[0069] 關(guān)于根據(jù)作為用于限制壓電層的厚度t的范圍的變量的內(nèi)部電極的比例的位移 特性的關(guān)系，當(dāng)圖4A和圖4B的多層壓電元件具有相同的390ym的整個(gè)厚度時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部 電極121和122的層數(shù)與壓電層110的層數(shù)成比例增加，所W具有非電氣性質(zhì)的內(nèi)部電極 121和122的總厚度與壓電元件的整個(gè)厚度T的比例增加，因此使壓電元件的位移特性劣 化。
[0070] 在圖4A和圖4B中，當(dāng)圖4A和圖4B中示出的四層多層壓電元件（圖4A)和八層 多層壓電元件（圖4B)具有相同的整個(gè)厚度T (390 ym)時(shí)，壓電層的厚度t可分別是85 ym 和4 y m，并且根據(jù)壓電層的厚度t可分別施加75V和3. 5V的電壓來驅(qū)動(dòng)四層多層壓電兀件 和八層多層壓電元件W具有相同的位移。
[OCm] 在圖4A的四層多層壓電元件中，內(nèi)部電極121和122的層數(shù)是5并且因此壓電元 件中的內(nèi)部電極的厚度之和是10 y m，并且具有非壓電特性的內(nèi)部電極121和122的厚度之 和與壓電元件的整個(gè)厚度T的比例是2.6% (10 ym/390ym)。在該種情況下，假設(shè)內(nèi)部電 極121和122作為具有2 y m厚度的典型的厚膜形成在壓電層110上。
[0072] 此外，在圖4B的八層多層壓電元件中，內(nèi)部電極121和122的層數(shù)是8并且因此 壓電元件中的內(nèi)部電極的厚度之和是162 ym，并且具有非壓電特性的內(nèi)部電極121和122 的厚度之后與壓電元件的整個(gè)厚度1'的比例是41.5%(162^111/390^111)。
[007引當(dāng)比較它們時(shí)，在組成多層壓電元件100的壓電層的厚度t從85 y m減少到4 y m 的情況下，在相同的電場下的層數(shù)增加并且因此壓電元件的驅(qū)動(dòng)電壓從70V減少到3.5V， 但具有非壓電特性的內(nèi)部電極121和122的厚度之和的比例從小于3%增加到大于41%并 且壓電元件中具有壓電特性的壓電層110的比例減小。因此，難W預(yù)期期望的位移特性。
[0074] 參照W下表1查看根據(jù)本公開的多層壓電元件100的仿真結(jié)果，因?yàn)榭蒞理解壓 電元件的相對位移從當(dāng)多層壓電元件中具有非電氣性質(zhì)的內(nèi)部電極121和122的總合的比 例超過12%時(shí)的點(diǎn)開始減少到小于95%，所W優(yōu)選的是調(diào)整壓電層的厚度tW使得內(nèi)部電 極121和122的厚度之和與壓電元件的整個(gè)厚度T的比例保持在小于12%。
[0075] 同時(shí)，在如圖5所示的本公開的多層壓電元件100中，因?yàn)椴迦雺弘妼?10之間的 內(nèi)部電極121和122主要由Ag/Pd合金金屬材料制成，所W可通過在內(nèi)部電極121和122 與壓電層110之間的界面上的化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生具有非壓電特性的非壓電界面層140。
[007引因此，因?yàn)橛煞菈弘娊缑鎸?40 W及內(nèi)部電極121和122組成的非活性層的比例 根據(jù)壓電層110的厚度的減少W及壓電層110的層數(shù)的增加（如圖4B)而快速增加，所W 相對位移特性會(huì)顯著劣化。
[0077] 在此，在多層壓電元件100的操作過程中，可通過內(nèi)部電極121和122的Ag/Pd合 金金屬材料與壓電層110的陶瓷材料之間的界面反應(yīng)在非壓電內(nèi)部電極121和122的兩個(gè) 表面上形成具有相當(dāng)?shù)偷膲弘姵?shù)的2 y m的最大厚度的非壓電界面層140。非壓電界面層 140可主要由如PdPbO、PdO、Ag/Pd-Pb和Ag-PZT的材料制成。
[007引在該種情況下，依據(jù)內(nèi)部電極121和122 W及非壓電界面層140的厚度的總合的 非活性層與多層壓電元件100的整個(gè)厚度T的比例通過W下等式1來計(jì)算。
[0079] 在W下等式1中，非活性層的比例是非活性層的厚度與多層壓電元件的整個(gè)厚度 的比例。
[0080] [等式 1]
[0081] 非活性層的比例=((內(nèi)部電極的厚度+非壓電界面層的厚度）X層數(shù)）/壓電元 件的整個(gè)厚度（T)
[0082] 當(dāng)使用上述等式1計(jì)算本公開的多層壓電元件100的非活性層的比例時(shí)，具有如 W下表1中的相對位移特性的壓電層的厚度t可被限制并且壓電層110的層數(shù)可通過在壓 電層的厚度t的范圍內(nèi)考慮多層壓電元件的整個(gè)厚度T來設(shè)計(jì)。
[0083] [表 1]
[0084]

【權(quán)利要求】
1. 一種多層壓電兀件，包括： 多個(gè)壓電層；以及 內(nèi)部電極，插入在所述多個(gè)壓電層之間并層壓為交替地形成陽極和陰極，其中，所述壓 電層具有15μm至100μm的厚度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電元件，其中，所述內(nèi)部電極的厚度之和相對于所述 壓電元件的整個(gè)厚度的比例小于12%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電元件，其中，在所述多個(gè)壓電層與所述內(nèi)部電極之 間的界面上形成非壓電界面層，并且所述內(nèi)部電極和所述非壓電界面層形成為非活性層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層壓電元件，其中，所述非活性層的厚度相對于所述多層 壓電元件的整個(gè)厚度的比例小于12%，其中，所述內(nèi)部電極的厚度和所述非壓電界面層的 厚度之和是所述非活性層的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多層壓電元件，其中，當(dāng)所述非活性層的比例是所述非活性 層的厚度相對于所述多層壓電元件的整個(gè)厚度的比例時(shí)，所述非活性層的比例由以下等式 確定： 非活性層的比例=((內(nèi)部電極的厚度+非壓電界面層的厚度）X層數(shù)）/壓電元件的 整個(gè)厚度（T)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電元件，其中，所述多層壓電元件的整個(gè)厚度在 100μm至I. 5mm之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多層壓電元件，其中，所述多個(gè)壓電層的層數(shù)是3至100。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電元件，其中，所述壓電層的顆粒尺寸形成為具有當(dāng) 與具有Imm厚度的壓電層的標(biāo)準(zhǔn)多層壓電元件的位移特性相比時(shí)滿足所述壓電層的相對 位移特性為90 %或更多的電荷移動(dòng)路徑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層壓電元件，其中，所述顆粒尺寸滿足以下等式： 等式
其中，Gmax是位于通過沿垂直方向切割所述壓電層獲得的截面的垂直線H上的所述顆 粒的最大顆粒的長軸長度，并且t是所述壓電層的厚度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的多層壓電元件，其中，所述顆粒的所述長軸長度Gmax是 1μm至 2μm〇
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的多層壓電元件，其中，當(dāng)所述壓電層的厚度大于40μm時(shí)，所 述顆粒的所述長軸長度Gmax是Ιμπι至3μηι。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的多層壓電元件，其中，當(dāng)所述壓電層的厚度是60μπι至 100μm時(shí)，所述顆粒的所述長軸長度Gmax是Ιμ--至4μηι。
13. -種多層壓電兀件，包括： 多個(gè)壓電層；以及 內(nèi)部電極，插入在所述多個(gè)壓電層之間并層壓為交替地形成陽極和陰極，其中 所述壓電層具有15μπι至IOOym的厚度，并且其中， 在所述壓電層的厚度的范圍內(nèi)的相對位移特性與標(biāo)準(zhǔn)多層壓電元件的位移特性相比 滿足95 %或更多，并且在所述壓電層的顆粒尺寸范圍內(nèi)的相對位移特性與所述標(biāo)準(zhǔn)多層壓 電元件的位移特性相比滿足90 %或更多，其中， 在所述標(biāo)準(zhǔn)多層壓電元件中，壓電層的厚度是Imm并且顆粒的長軸長度Gmax是2μm。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層壓電元件，其中，所述顆粒尺寸滿足以下等式： 等式
其中，Gmax是位于通過沿垂直方向切割所述壓電層獲得的截面的垂直線H上的所述顆 粒的最大顆粒的長軸長度，并且t是所述壓電層的厚度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層壓電元件，其中，所述內(nèi)部電極的厚度之和相對于所 述壓電元件的整個(gè)厚度的比例小于12%。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層壓電元件，其中，非活性層的厚度之和相對于所述壓 電元件的整個(gè)厚度小于12%，其中，所述非活性層的厚度之和是所述內(nèi)部電極的厚度和非 壓電界面層的厚度之和。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的多層壓電元件，其中，當(dāng)所述非活性層的比例是所述非活 性層的厚度相對于所述多層壓電元件的整個(gè)厚度的比例時(shí)，所述非活性層的比例由以下等 式確定： 非活性層的比例=((內(nèi)部電極的厚度+非壓電界面層的厚度）X層數(shù)）/壓電元件的 整個(gè)厚度（T)
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的多層壓電元件，其中，通過陶瓷粉末的顆粒細(xì)化程度以及 使用所述陶瓷粉末的陶瓷燒結(jié)體的燒制溫度和燒制時(shí)間來調(diào)整所述顆粒尺寸，所述陶瓷粉 末是所述壓電層的制備材料。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層壓電元件，其中，所述多層壓電元件的整個(gè)厚度是 100μm至I. 5mm。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層壓電元件，其中，所述多個(gè)壓電層的層數(shù)是3至100。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層壓電元件，其中，組成所述壓電層的所述顆粒的最大 顆粒的長軸長度Gmax是Ιμπι至2μηι。
22. -種多層壓電兀件，包括： 多個(gè)壓電層；以及 內(nèi)部電極，插入在所述多個(gè)壓電層之間并且層壓為交替地形成陽極和陰極，其中，所述 內(nèi)部電極包括Ag/Pd合金。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的多層壓電元件，其中，所述內(nèi)部電極包括形成在所述內(nèi)部 電極的相對主表面上的非壓電界面層。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的多層壓電元件，其中，所述非壓電界面層是所述內(nèi)部電極 的Ag/Pd合金與所述壓電層的陶瓷材料的反應(yīng)產(chǎn)物。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的多層壓電元件，其中，所述非壓電界面層包括PdPbO、PdO、 Ag/Pd-Pb和Ag-PZT。
26. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的多層壓電元件，其中，所述壓電層的顆粒尺寸形成為具有 當(dāng)與具有Imm厚度的壓電層的標(biāo)準(zhǔn)多層壓電元件的位移特性相比時(shí)滿足所述壓電層的相 對位移特性為95 %或更多的電荷移動(dòng)路徑。
27. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的多層壓電元件，其中，所述內(nèi)部電極的厚度之和相對于所 述壓電元件的整個(gè)厚度的比例的范圍為從2%至小于12%。
【文檔編號(hào)】H01L41/083GK104465982SQ201410454085
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】金范錫, 樸喜嬋, 徐正旭 申請人:三星電機(jī)株式會(huì)社