JPH01300577A - 圧電効果素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、縦効果を利用した圧電効果素子の製造方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

縦効果を利用した圧電効果素子は、圧電材料全体に電界
を発生させることにより歪発生時の応力集中を防ぐため
、素子の横断面全体と同じ大きさの内部電極を持つ構造
とすることが必要である。

また低電圧で高い電界を発生させ大きな歪を得るために
は内部電極相互の間隔を１００μｍ程度にすることが必
要である。このような素子横断面と同じ面積の内部電極
を狭間隔で積層した圧電効果素子において、内部電画を
一層おきに電気的に接続するには大きな困難が伴う。

特開昭６０−１９６９８１には、このような圧電材料積
層体の端面に露出した内部電極の端面に、めっきにより
、一層おきに金属を帯状に析出することを特徴とする電
気的接続方法が提案されている。

第６図はその方法により接続した圧電効果素子の縦断面
図である。この圧電効果素子は圧電材料セラミックス１
．２と内部電極３．４とが交互に積層されている。この
圧電効果素子の一方の端面に一層おきに露出した内部電
極４には、めっきによりその端面に析出金属５が帯状に
形成されており、この帯状の析出金属５．５の間には絶
縁膜７が形成され、この析出金属、絶縁膜を横断して外
部電極９が形成されている。

この圧電効果素子の他方の端面には内部電極４と一層ず
らした内部電極３上に同じく析出金属６が帯状に形成さ
れており、この帯状の析出金属６．６の間には絶縁膜８
が形成され、この析出金属、絶縁膜を横断して外部電極
１０が形成されている。

多数の内部電極３Ｊ５よび４はそれぞれプラス側外部接
続端子１２およびマイナス側外部接続端子１１に接続さ
れる。これらの外部接続端子１１゜１２間に直流電圧を
印加することにより保護膜部（積層体の最上部と最下部
のセラミックス層）を除く圧電材料全体に均一な電界が
発生し、積層方向と平行に素子がのびる。素子内部に応
力集中がないため繰り返し電圧を印加しても素子は破壊
せず、また内部電極間の間隔が１００μｍ程度と小さい
ためｔｏｏｖ以下の低電圧で駆動することができる。

第６図に示した圧電効果素子め製造方法について説明す
る６先ず第７図に示すような内部電極３．４と、圧電材
料１．２とを交互に積層した積層体を積層セラミックコ
ンデンサの製造技術を応用して作製する。多数の内部電
極３．４は表側と裏側の相対向する端面に露出しており
、また側面（他の対向する２面）に形成した２つの仮設
外部電極１３．１４に一層おきに交互に接続している。

めっき洛中にこの積層体と対向電極用金属板とを設置し
、この対向電極用金属板から仮設外部電極１３．１４に
向けて直流電圧を印加すると、めっき洛中のプラスに帯
電した金属イオンは内部電極３．４上に析出し析出金属
６．５となる。

次に析出金属５．６を形成した面に絶縁樹脂膜７．８を
塗布する。

第８図は析出金属５上に絶縁樹脂膜７を塗った積層体を
示す部分横断面図である０次に析出金属５．６上の樹脂
７．８を削り落す。

このような積層体を仮設外部電極１３．１４のついた面
と平行な面で切断すると、両端の仮設外部電極のついた
小片を除く部分が圧電効果素子となる。析出金属および
絶縁樹脂膜を施した２つの面に外部電極を形成すると素
子内部の多数の内部電極は一層おきに互いに接続される
。それらの間に直流電圧を印加することにより素子が駆
動される。

［発明が解決しようとする課題Ｊ この構造の素子の製造工程においての問題点は、内部電
極と仮設外部電極の接触不良および帯状の析出金属の剥
離である。

内部電極と仮設外部電極の接触不良により、めっきされ
ない内部電極が存在し、不活性なセラミックス層を生じ
てしまう。

また、めっきによって形成された帯状の析出金属が剥離
すると、内部電極と外部電極の電気的接続が不完全とな
り、電界のかからない不活性なセラミックス層が存在す
ることになる。

第９図はめっきされない内部電極の存在している様子を
示したものである。図中番号１５はめっきされない内部
電極を示す。第１Ｏ図は帯状の析出金属の剥離した様子
を示したものである。図中番号１６は剥離した帯状の析
出金属を示す。

本発明は、上記圧電効果素子の製造方法に改善を加えて
上記の問題点を解決することを目的とし、仮設外部電極
と内部電極の接触の信頼度を高め、めっき不良や析出金
属の剥離のない均一なめっきを行う方法を提案するもの
である。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決する方法としては、仮設外部電極を形成
する前に予め内部電極をセラミックス層から突出させる
のが良い。内部電極をセラミックス層から突出させる方
法について各種検討した結果、酸などによりセラミック
ス部分をエツチングし、所望量だけ除去する方法が簡便
でかつ極めて信頼性の高いものであることを見出した。

本発明は、圧電材料セラミックスと内部電極を交互に積
層し、この積層体の対向する端面に内部電極端面を一層
おきに露出させ、この一層おきに露出した電極端面に仮
設外部電極を形成し、この仮設外部電極を陰極として内
部電極の他の端面にめっきを施してこのめっき部に外部
電極を形成する積層型圧電効果素子の製造方法において
、前記仮設外部電極を形成するに先立ち、予め、圧電材
料セラミックスと内部電極とが交互に積層されている前
記積層体の端面のセラミックスをエツチングして内部電
極の端面を積層体の端面から突出させ、その後、一層お
きに内部電極が露出している２つの対向する面に仮設外
部電極を形成し、この仮設外部電極を用いて、内部電極
の他の突出している端面に、めっきにより、一層おきに
金属を帯状に析出させることを特徴とする圧電効果素子
の製造方法である。

この金属を帯状に析出させた面に絶縁樹脂を塗り、乾燥
させた後、帯状の析出金属上の樹脂を削り落して析出金
属を露出させ、その面上に外部電極を形成することは従
来と同様である。

〔作用〕

仮設外部電極を形成する前（当然、めっき工程より前）
に積層体のセラミックスをエツチングして内部電極を突
出させることによって、内部電極と仮設外部電極の接触
不良を防止し、また析出金属を突出部に強固に形成する
ことができるので、その剥離を防ぐことができる。

エツチングには酸、アルカリ溶液による湿式エツチング
または乾式エツチングも可能であり、内部電極としては
白金、銀パラジウム以外の金属でも可能である。

〔実施例１ 実施例−１ マグネシウムニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ＋ｚ３Ｎ　ｂ２ｚ
ａ　）　０３）およびチタンジルコン酸鉛（Ｐｂ　（Ｔ
ｉ、Ｚｒ）０３）を主成分とする圧電材料予備粉末に微
量の有機バインダを添加し、これを有機溶媒中に分散さ
せスラリーを準備した。

通常の積層セラミックコンデンサの製造に使用されるキ
ヤステング成膜装置によりこのスラリーをマイラーフィ
ルム上に約１００μｍの厚さに塗布し乾燥させた。これ
をフィルムから剥離し、圧電材料グリーンシートを得た
。一部のグリ−シートには更に内部電極として白金ペー
ストをスクリーン印刷した。これらのグリ−シートを数
１００枚重ね、熱プレスにより圧着一体止した後、１２
３０℃で焼成し、圧電材料積層体を得た。これを内部電
極が一層おきに表面に露出するような位置２か所で切断
し、更に全内部電極が露出するような位置２か所で切断
し、内部電極を露出させた。

以上のようにして作製した積層体のセラミックス層をエ
ツチングして内部電極を突出させた。エツチング液の組
成は純水１βに対して塩酸ｌ！！である。このエツチン
グ液をエツチング槽に満たし、６０℃〜７０℃に保ち、
前記積層体を１５分から２０分浸しておくことにより、
セラミックス層をエツチングし内部電極を５μｍから１
０μｍセラミックス層の端面から突出させた。第１図は
このようにして内部電極の突出した積層体の斜視図であ
る。

次に第２図に示すように、内部電極を突出させた積層体
の内部電極が一層おきに表面に露出する対向する２面に
仮設外部電極１３．１４を塗布焼付けする。

次いでこの積層体にニッケルめっきを行った。

めっき液の組成は純水ＩＩ２に対して硫酸ニッケル３０
０　ｇ、塩化ニッケル５５ｇ、硼酸５０ｇである。この
めっき液をめっき槽に満たし、前記積層体およびニッケ
ル製対向電極板（縦１００ｍｍ、４１００ｍｍ）を沈清
し、仮設外部電極を直流電源のマイナス端子に接続し、
対向電極板をプラス端子に接続し、電流密度１０Ａ／ｄ
ｍ’で３０分間印加した。高さ３０μｍ１幅３０μｍの
二・νケルの帯状析出物が内部電極上に形成された。

第２図はニッケルめっきを行った積層体の外観図である
。図中にはニッケルの帯状析出物５をハツチを施して示
した。

次に、この積層体のニッケルを析出させた面に絶縁樹脂
を塗布した。第３図は樹脂を塗布した積屠体の断面図で
ある。

次に、析出物上の樹脂を研磨し、析出物を露出させる。

第４図はニッケルの析出物および絶縁膜を形成した積層
体の断面図である。積層体の裏側の内部電極露出面の一
層ずらした内部電極露出部上に同様の方法でニッケルの
帯状析出物を形成する。それらの間に同じく絶縁膜を形
成する。積層体を切断すると両端の外部電極の付いた小
片を除く部分が圧電効果素子となる。

ニッケルの析出物および絶縁膜を施した２つの面に外部
電極を形成すると素子内部の多数の内部電極は一層おき
に互いに接続される。それらの間に直流電圧を印加する
ことにより素子が駆動される。第５図は本発明の方法で
作製された圧電効果素子の断面図を示す。図中番号１１
．１２はそれぞれマイナス側外部接続端子、プラス側外
部接続端子を示す。

本発明の方法の採用により、内部電極と仮設外部電極の
接触不良、析出金属の剥離を防ぐことができ、一層おき
に内部電極上に均一なめっきを行い、不活性なセラミッ
クス層の存在をなくすことができた。なお、エツチング
液の組成、エツチング条件はセラミックス、電極の材質
によって最適のものを選定する必要のあることはもちろ
んである。

比較例 実施例−１において、仮設外部電極の形成および金属を
帯状に析出させる前にセラミックスをエツチングせずに
、めっきを行い金属を析出させた。仮設外部電極と内部
電極の接触不良によりめっきされない内部電極が多数党
られ、まためっきされた帯状の析出金属が剥離し易く内
部電極と外部電極の接触不良を起こした。第９図にめっ
きされない内部電極の存在している様子を示す。第１０
図に帯状の析出金属の剥離した様子を示す。図中番号１
５（第４図）はめっきされていない内部電極を、図中番
号１６（第１０図）は剥離を起こした析出金属を示す。

実施例−２ 次に本発明の方法によって製造した素子と従来の方法に
よって製造した素子の電圧１００Ｖにおける変位を第１
表に示す。

それぞれの方法によって１ｌＩｌずつの素子を製造し、
その電圧−変位特性を測定した。得られた特性値のばら
つきを調べ、また特性の平均値と電圧材料の特性から算
出される理論値の比較を行った。

従来の方法によって製造した素子の特性は、ばらつきが
大きく、理論値４．５μｍに対して、５個の素子につい
ては理論値と一致したが、残りの５個の特性は、２．７
μｍ、３．２μｍ、３．５μｍ、４６０μｍ、４．１μ
ｍと理論値より小さくなった。本発明の方法によって製
造した素子の特性は、１０個の全てについて理論値と一
致した。本発明により、積層型圧電アクチュエータの安
定した製造が可能となった。

［発明の効果〕 本発明の方法により、内部電極と仮設外部電極の接触不
良を防止することができ、また析出金属の剥離を防ぐこ
とができ、一層おきに内部電極上に均一なめっきを行う
ことが保証された。従って、電界のかからない不活性な
セラミックス層の存在をなくすことができ、品質のばら
つきのない優れた圧電効果素子を製造することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はセラミックスをエツチングし、内部電極を突出
させた状態を示す本発明の実施例の積層体の斜視図、第
２図は突出した内部電極露出部の上に一層おきにニッケ
ルめっきを施した圧電材料積層体を示す斜視図、第３図
はニッケルを帯状に析出させた面にさらに絶縁樹脂膜を
塗布した積層体を示す断面図、第４図は第３図の絶縁樹
脂膜の一部を削り取った積層体の断面図、第５図は外部
電極を形成した実施例の圧電効果素子の断面図、第６図
〜第１Ｏ図は従来のめっきを用いた析出金属を利用して
電気的接続を行った圧電効果素子を示し、第６図は製品
の断面図、第７図はめっきを適用するための仮設外部電
極付圧電材料積層体の電極露出面を示す斜視図、第８図
は金属を析出させた面に更に絶縁樹脂膜を塗布した積層
体を示す断面図、第９図はめっきされない内部電極の存
在している様子を示す斜視図、第１０図は帯状の析出金
属の剥離した様子を示す斜視図である。 １．２・・・圧電材料 ３．４・・・内部電極 ５．６・・・析出金属 ７．８・・−絶縁膜 ９．１０・・・外部電極 １１．１２・・・外部接続端子 １３．１４・・−仮設外部電極 １５・・−めっきされていない内部電極１６・・・剥離
した帯状の析出金属

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、圧電材料セラミックスと内部電極を交互に積層し、
   該積層体の対向する端面に該内部電極端面を一層おきに
   露出させ、該一層おきに露出した電極端面に仮設外部電
   極を形成し、該仮設外部電極を陰極として内部電極の他
   の端面にめっきを施し、該めっき部に外部電極を形成す
   る積層型圧電効果素子の製造方法において、前記積層体
   の端面のセラミックスをエッチングして内部電極の端面
   を積層体の端面から突出させた後前記仮設外部電極を形
   成し、めっきを施すことを特徴とする圧電効果素子の製
   造方法。