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JP2007134561A - Method for forming multilayer piezoelectric element - Google Patents

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JP2007134561A
JP2007134561A JP2005327310A JP2005327310A JP2007134561A JP 2007134561 A JP2007134561 A JP 2007134561A JP 2005327310 A JP2005327310 A JP 2005327310A JP 2005327310 A JP2005327310 A JP 2005327310A JP 2007134561 A JP2007134561 A JP 2007134561A
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Japan
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heat treatment
piezoelectric element
multilayer piezoelectric
temperature
internal electrode
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Application number
JP2005327310A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuharu Hida
勝春 肥田
Shigeyoshi Umemiya
茂良 梅宮
Masao Kondo
正雄 近藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reliability of a multilayer piezoelectric element by eliminating a stretch (burr) of a metallic layer occurring on a part of an internal electrode layer on a cut surface when cutting the multilayer piezoelectric element from a baked block. <P>SOLUTION: The multilayer piezoelectric element is formed under a condition of T1<T2 where T1 is a temperature for first heat treatment (baking) by stacking a plurality of piezoelectric ceramic sheets having an internal electrode layer formed, and T2 is a temperature for second heat treatment (baking) after the multilayer piezoelectric element is prepared by cutting it from the baked block. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、信頼性の高い多層圧電素子の製造方法に関し、特に、多層圧電素子の製造工程において、内部電極層を有する多層積層構造の圧電セラミック焼成体を切断して個別の圧電素子を形成するとき、切断面において内部電極層が上下に伸びたバリが生じ、その結果、内部電極間を短絡させるに至るなどの不具合の発生を効果的に抑制する方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a highly reliable multilayer piezoelectric element, and in particular, in a multilayer piezoelectric element manufacturing process, a piezoelectric ceramic sintered body having an internal electrode layer is cut to form individual piezoelectric elements. The present invention relates to a method for effectively suppressing the occurrence of defects such as occurrence of burrs in which internal electrode layers extend vertically on a cut surface, resulting in short-circuiting between internal electrodes.

近年、情報機器の小型化、精密化が進み、微小な移動距離を高精度に制御可能な小型アクチュエータに用いられる圧電素子の高信頼化への要求が高まっている。例えば、磁気ディスク装置は年々大容量化が図られており、ディスクのトラック幅を狭くする必要から、トラック方向の磁気ディスク用ヘッドの位置制御を再現性良く高精度に行うことが要求され、このヘッドのアクチュエータに用いられる小型の圧電素子の高信頼性化は不可欠となっている。   In recent years, information devices have been miniaturized and refined, and there has been an increasing demand for high reliability of piezoelectric elements used in small actuators capable of controlling a minute moving distance with high accuracy. For example, the capacity of magnetic disk devices has been increasing year by year, and since it is necessary to reduce the track width of the disk, it is required to control the position of the magnetic disk head in the track direction with high reproducibility and high accuracy. High reliability of a small piezoelectric element used for a head actuator is indispensable.

このような圧電素子、特に小型で駆動性の高い多層(または積層)圧電素子は、従来、図6に示すようなフローによる製造工程で作製されていた。(例えば、特許文献1で示される従来の方法。)
すなわち、先ず圧電性のセラミック粉末とバインダ、溶媒とを混合してスラリーを作成し、これをシート化して圧電セラミックシートを形成する。この圧電セラミックシートの一方の面に導電性金属を含むペーストを用いてスクリーン印刷して内部電極層を形成する。このシートを所要枚数積層することで多層化した後、プレスして圧着し、脱バインダを行った後、例えば1200℃前後の高温で焼成してシートの焼成体を得る。次に、この焼成体を、例えばダイシングソーを用いて所望の大きさのブロックに分割し、分割された側面のうち内部電極層が露出している対向する側面に駆動用電極を形成する。この後、このブロックを切断して、圧電セラミックと内部電極層とが互い違いに櫛歯上に積層されている、所要の多層圧電素子に分離する。その後、用途に応じた形での外部電極へのリード付け、および外装を施してアクチュエータ圧電素子として完成していた。つまり、従来の多くは、セラミックシートを積層後、一度の焼成を行って圧電素子の形成をしていた。
Such a piezoelectric element, in particular, a small-sized and highly drivable multilayer (or multi-layer) piezoelectric element has heretofore been manufactured by a manufacturing process using a flow as shown in FIG. (For example, the conventional method shown by patent document 1.)
That is, first, a piezoelectric ceramic powder, a binder, and a solvent are mixed to create a slurry, which is formed into a sheet to form a piezoelectric ceramic sheet. An internal electrode layer is formed on one surface of the piezoelectric ceramic sheet by screen printing using a paste containing a conductive metal. After the required number of sheets are laminated, the sheets are multilayered, pressed and pressure-bonded, debindered, and then fired at a high temperature of, for example, about 1200 ° C. to obtain a fired body of the sheet. Next, the fired body is divided into blocks of a desired size using, for example, a dicing saw, and driving electrodes are formed on the opposite side surfaces where the internal electrode layer is exposed among the divided side surfaces. Thereafter, the block is cut and separated into a required multilayer piezoelectric element in which piezoelectric ceramics and internal electrode layers are alternately stacked on comb teeth. Thereafter, the lead was attached to the external electrode in a form according to the application and the exterior was applied to complete the actuator piezoelectric element. That is, in many of the conventional methods, a ceramic element is laminated and then fired once to form a piezoelectric element.

他方、上記の特許文献1では、積層後の焼成温度を1120℃(2時間)でおこない、圧電素子に切り出し後、300〜500℃(〜10分)の熱処理を行うことで、潤滑油や洗浄液の分解、また残留応力の開放の結果、工程中に導入されたガラス絶縁物の絶縁不良が改善されるとしている。   On the other hand, in Patent Document 1 described above, the firing temperature after lamination is 1120 ° C. (2 hours), cut into piezoelectric elements, and then subjected to heat treatment at 300 to 500 ° C. (10 minutes), whereby lubricating oil and cleaning liquid As a result of the decomposition and the release of residual stress, the insulation failure of the glass insulator introduced during the process is improved.

また、特許文献2では、積層後の焼成温度を約1200℃(数時間)でおこない、圧電素子に切り出し後、800℃(2時間)の熱処理を行うことで、切り出しによる切断面に発生していたマイクロクラックを修復できるとしている。
特開平04−179285号公報 特開平6−252469号公報
Further, in Patent Document 2, the firing temperature after lamination is performed at about 1200 ° C. (several hours), cut out into a piezoelectric element, and then subjected to heat treatment at 800 ° C. (2 hours). It is said that microcracks can be repaired.
Japanese Patent Laid-Open No. 04-179285 JP-A-6-252469

図7(7−1)に、典型的な多層圧電素子の模式図を示す。多層圧電素子100は、圧電セラミック層101が図示されるように多層に積層され、駆動用電極102(対向面にも形成されている)に接続された第1の内部電極層103と、図示されない、駆動用電極102に対向する他側面の駆動用電極に接続された第2の内部電極層104とによって、内部電極層と圧電セラミックとが互い違いに櫛歯状に交差しており、二つの内部電極層の交差部分が、圧電駆動力が活性化される個所である活性部105となる。図示された多層圧電素子100の場合は、活性部105は4層からなっていることを示す。   FIG. 7 (7-1) shows a schematic diagram of a typical multilayer piezoelectric element. The multilayer piezoelectric element 100 includes a first internal electrode layer 103 that is laminated in multiple layers as shown in the figure and connected to a driving electrode 102 (also formed on the opposing surface), and is not shown in the figure. The internal electrode layer and the piezoelectric ceramic are alternately crossed in a comb-like shape by the second internal electrode layer 104 connected to the drive electrode on the other side facing the drive electrode 102, and the two internal electrodes The intersecting portion of the electrode layers becomes an active portion 105 where the piezoelectric driving force is activated. In the case of the illustrated multilayer piezoelectric element 100, the active part 105 is composed of four layers.

図7(7−2)は、上記の従来の方法(積層セラミックシートの焼成のみの方法)で製造された多層圧電素子における、(7−1)の図中のA部、すなわち多層圧電素子100の活性部105の側面、つまりブロックからダイシングソーで切り出したときの活性部105の切断面を顕微鏡(SEM:2次電子顕微鏡)で観察したときの図である。図中に圧電セラミック101の層、第1の内部電極層103、第2の内部電極層104が観察される。本図で示す圧電素子においては、圧電セラミックの粉末を焼成した圧電セラミック層101の厚さは約35μm、金属材料としてPt(白金)からなるペーストを用いた各内部電極層の厚さは約2μmである。この様な薄い層による多層圧電素子は、例えば大容量磁気ディスク装置のヘッド用アクチュエータなどにおいて、所要の変位量や寸法制約などを実現するために用いられる。   FIG. 7 (7-2) shows a part A in the diagram of (7-1) in the multilayer piezoelectric element manufactured by the above-described conventional method (method of firing only the multilayer ceramic sheet), that is, the multilayer piezoelectric element 100. It is a figure when the side surface of this active part 105, ie, the cut surface of the active part 105 when it cuts out from a block with a dicing saw, is observed with a microscope (SEM: secondary electron microscope). In the figure, the layer of the piezoelectric ceramic 101, the first internal electrode layer 103, and the second internal electrode layer 104 are observed. In the piezoelectric element shown in this figure, the thickness of the piezoelectric ceramic layer 101 obtained by firing the piezoelectric ceramic powder is about 35 μm, and the thickness of each internal electrode layer using a paste made of Pt (platinum) as the metal material is about 2 μm. It is. A multilayer piezoelectric element having such a thin layer is used to realize a required displacement amount, dimensional restriction, etc., for example, in an actuator for a head of a large-capacity magnetic disk device.

図7(7−2)中のB部で示されるように、ここでは第2の内部電極層104に、約5μm程度の電極層の上下方向への伸び(バリ)が生じていることがわかる。この現象は、第1の内部電極層103、第2の内部電極層104に関わりなく生じ、バリの長さはまちまちであるが、〜5μmからそれ以上に達するものも観察される。   As shown by part B in FIG. 7 (7-2), it can be seen that the vertical extension (burr) of the electrode layer of about 5 μm occurs in the second internal electrode layer 104 here. . This phenomenon occurs regardless of the first internal electrode layer 103 and the second internal electrode layer 104, and the length of the burr varies, but it is observed that the length reaches from ˜5 μm to beyond.

このバリ発生の原因としては、ダイシングソーでのブロック切断時に、金属層である内部電極層が引き千切られるように切断されるような状況となるために金属層の外側にバリが生じる、あるいは切断時の摩擦熱による金属層の溶融のために、その金属が切断面で本来の金属層厚よりも上下に広がってバリが発生すると考えられる。   The cause of this burr generation is that when the block is cut with a dicing saw, the internal electrode layer, which is a metal layer, is cut so that it is shredded, so that burr is generated outside the metal layer, or the cut It is considered that due to the melting of the metal layer due to the frictional heat at that time, the metal spreads above and below the original metal layer thickness at the cut surface, and burrs are generated.

この様な内部電極層に生じる相対的に長いバリは、結果的に内部電極間の間隔を狭めるように働き、なかでも薄いセラミック層を有する圧電素子においては、内部電極間の短絡の原因ともなる。   Such relatively long burrs generated in the internal electrode layer work to narrow the interval between the internal electrodes, and cause a short circuit between the internal electrodes in a piezoelectric element having a thin ceramic layer. .

そこで、本発明の課題は、この様な切断面での電極層の上下方向への伸び(バリ)の発生を効果的に抑制し、特に薄い層が積層されて形成される多層圧電素子において、信頼性の高い圧電素子の形成方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to effectively suppress the occurrence of vertical elongation (burrs) of the electrode layer at such a cut surface, particularly in a multilayer piezoelectric element formed by laminating thin layers. An object of the present invention is to provide a method for forming a highly reliable piezoelectric element.

本発明の目的は、一方の面に内部電極層が形成された圧電セラミックのシートを複数枚積層したシート積層体を形成する工程と、前記シート積層体を熱処理してシート焼成体を形成する第1の熱処理工程と、前記シート焼成体を分割してブロック焼成体を切り出し、多層圧電素子に分離する工程と、前記多層圧電素子を熱処理する第2の熱処理工程とを有し、前記第1の熱処理工程の熱処理温度は、前記第2の熱処理工程の熱処理温度よりも低いことを特徴とする多層圧電素子の形成方法、によって可能となる。   An object of the present invention is to form a sheet laminate in which a plurality of piezoelectric ceramic sheets each having an internal electrode layer formed on one surface are laminated, and to heat-treat the sheet laminate to form a sheet fired body. 1 heat treatment step, dividing the sheet fired body to cut out the block fired body, separating it into multilayer piezoelectric elements, and a second heat treatment step for heat treating the multilayer piezoelectric element, The heat treatment temperature in the heat treatment step can be achieved by the multilayer piezoelectric element forming method, wherein the heat treatment temperature is lower than the heat treatment temperature in the second heat treatment step.

また、前記第1の熱処理工程の熱処理温度は、前記圧電セラミックの緻密化温度を越えない温度であり、前記第2の熱処理工程の熱処理温度は、前記圧電セラミックの緻密化温度を越える温度であることを特徴とする。   The heat treatment temperature in the first heat treatment step is a temperature not exceeding the densification temperature of the piezoelectric ceramic, and the heat treatment temperature in the second heat treatment step is a temperature exceeding the densification temperature of the piezoelectric ceramic. It is characterized by that.

また、前記圧電セラミックは、PNN(ニッケルニオブ酸鉛)とPT(チタン酸鉛)とPZ(ジルコン酸鉛)の成分からなることを特徴とする。   The piezoelectric ceramic is composed of PNN (lead nickel niobate), PT (lead titanate), and PZ (lead zirconate) components.

また、前記第1の熱処理工程の熱処理温度は900〜1000℃の範囲であり、前記第2の熱処理工程の熱処理温度は1150〜1250℃の範囲であることを特徴とする。   The heat treatment temperature in the first heat treatment step is in a range of 900 to 1000 ° C., and the heat treatment temperature in the second heat treatment step is in a range of 1150 to 1250 ° C.

そして、前記圧電セラミックは、PNN(ニッケルニオブ酸鉛)とPT(チタン酸鉛)とPZ(ジルコン酸鉛)とからなることを特徴とする。   The piezoelectric ceramic is composed of PNN (lead nickel niobate), PT (lead titanate), and PZ (lead zirconate).

本発明の方法により、ダイシングソーなどで切り出された多層圧電素子の切断面において、内部電極層からの上下方向への伸び(バリ)の発生が抑制される。これにより、特に薄い圧電セラミック層を積層して形成される多層圧電素子などでは、内部電極間の短絡などの障害を減少することが可能となり、信頼性の高い多層圧電素子を作製することができる。   By the method of the present invention, the occurrence of vertical elongation (burrs) from the internal electrode layer on the cut surface of the multilayer piezoelectric element cut out by a dicing saw or the like is suppressed. This makes it possible to reduce obstacles such as a short circuit between internal electrodes in a multilayer piezoelectric element formed by laminating thin piezoelectric ceramic layers in particular, and a highly reliable multilayer piezoelectric element can be manufactured. .

以下に、本発明の実施の形態を、添付図を参照しつつ説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

(実施の形態)
図1〜図3は、本発明の実施の形態を説明するのに用いる、多層圧電素子を形成するための工程模式図である。本実施例においては、先ず、圧電セラミック粉末としてPNN(ニッケルニオブ酸鉛)、PT(チタン酸鉛)およびPZ(ジルコン酸鉛)の成分の粉末を用い、そのモル比は、例えば、0.5PNN:0.35PT:0.15PZとした。これを所定量の有機バインダ、例えばPVB(ポリビニルブチラール)を用いて混合してスラリー化し、ドクターブレード法によって、図1(1−1)に示す様に、焼成前の、厚さ約60μmの圧電セラミックシート1(グリーンシート)を得る。
(Embodiment)
1 to 3 are process schematic diagrams for forming a multilayer piezoelectric element used to describe an embodiment of the present invention. In this example, first, PNN (lead nickel niobate), PT (lead titanate) and PZ (lead zirconate) powders are used as the piezoelectric ceramic powder, and the molar ratio is, for example, 0.5 PNN. : 0.35PT: 0.15PZ. This is mixed with a predetermined amount of an organic binder, for example, PVB (polyvinyl butyral) to form a slurry, and by a doctor blade method, as shown in FIG. A ceramic sheet 1 (green sheet) is obtained.

この圧電セラミックシート1上に、前記のPNN−PT−PZの粉末を20体積%含むPt(白金)ペーストをスクリーン印刷法によって、膜厚が約5μmとなる内部電極パターンを塗布する。そして、図1(1−2)に示す様に、内部電極2が塗布された圧電セラミックシート1を所要枚数分用意し、それを積層した後、プレスして圧着し、図1(1−3)に示すように、シート積層体3を作製する。   On this piezoelectric ceramic sheet 1, an internal electrode pattern having a film thickness of about 5 μm is applied by a screen printing method using a Pt (platinum) paste containing 20% by volume of the PNN-PT-PZ powder. Then, as shown in FIG. 1 (1-2), the required number of piezoelectric ceramic sheets 1 coated with the internal electrodes 2 are prepared, laminated, pressed, and pressure-bonded. ), A sheet laminate 3 is produced.

次に、このシート積層体3を、大気中の雰囲気で、500℃の電気炉内に保持して、脱バインダを行った後、これを、大気中の雰囲気、900℃の電気炉内で、約3時間の第1の熱処理(焼成)を行い、図2(2−1)の示す、シート焼成体4を作製する。そして、これを、ダイシングソーを用いて、所定方向にブロックに分割し、図2(2−2)に示すように、ブロック焼成体5を作製する。   Next, the sheet laminate 3 is held in an electric furnace at 500 ° C. in an atmosphere in the air, and after performing binder removal, this is performed in an atmosphere in the atmosphere, an electric furnace at 900 ° C. A first heat treatment (firing) is performed for about 3 hours to produce a sheet fired body 4 shown in FIG. And this is divided | segmented into a block in a predetermined direction using a dicing saw, and the block baking body 5 is produced as shown to FIG. 2 (2-2).

次に、このブロック焼成体5の対向する側面に内部電極層が露出している両露出側面に、Pt(白金)からなる駆動用電極を形成する。その様子を図2(2−3)に示す。同図の(a)は上面図、(b)は側面図であり、これらの図から解るように、ブロック焼成体5に駆動用電極6が形成されている。(b)側面図に見られるように、内部電極2の露出側面(対向する側面も同様)に駆動用電極6が形成されている。   Next, driving electrodes made of Pt (platinum) are formed on both exposed side surfaces where the internal electrode layer is exposed on the opposite side surfaces of the block fired body 5. This is shown in FIG. 2 (2-3). (A) of the figure is a top view and (b) is a side view. As can be seen from these drawings, the drive electrode 6 is formed on the block fired body 5. (B) As can be seen from the side view, the driving electrode 6 is formed on the exposed side surface of the internal electrode 2 (the same applies to the opposite side surface).

次に、図3(3−1)に示すように、駆動用電極6が形成されたブロック焼成体5を、ダイシングソーを用いて所定方向に、所定サイズに切断して、圧電セラミック層と内部電極層とが互い違いに櫛歯状に積層された構造をなす多層圧電素子7を切り出す。図示されているように、多層圧電素子7の側面に(図示されない対向の側面も同様)、駆動用電極6が形成されている。更に、この多層圧電素子7を、再度焼成処理を行うべく、大気中の雰囲気、1150℃の電気炉内で、約3時間の第2の熱処理(焼成)を行って、図3(3−2)に示すように、本発明に係る、第2の熱処理済みの多層圧電素子8を作製する。   Next, as shown in FIG. 3 (3-1), the block fired body 5 on which the driving electrode 6 is formed is cut into a predetermined size in a predetermined direction using a dicing saw, and the piezoelectric ceramic layer and the internal The multilayer piezoelectric element 7 having a structure in which the electrode layers are alternately stacked in a comb shape is cut out. As shown in the drawing, driving electrodes 6 are formed on the side surfaces of the multilayer piezoelectric element 7 (the same is true for the opposite side surfaces not shown). Further, the multilayer piezoelectric element 7 is subjected to a second heat treatment (firing) for about 3 hours in an electric atmosphere at 1150 ° C. in order to carry out the firing treatment again. As shown in FIG. 2, the second heat-treated multilayer piezoelectric element 8 according to the present invention is produced.

こうして作製した多層圧電素子は、セラミック層の厚さは約35μm、内部電極層の厚さは約2μmであった。もちろん、これらの厚さは、圧電セラミックシート1(グリーンシート)の厚さや、スクリーン印刷時のペーストの厚さによって適宜制御することが可能である。   The multilayer piezoelectric element thus fabricated had a ceramic layer thickness of about 35 μm and an internal electrode layer thickness of about 2 μm. Of course, these thicknesses can be appropriately controlled by the thickness of the piezoelectric ceramic sheet 1 (green sheet) and the thickness of the paste during screen printing.

以上の実施例を工程フローとして、図4に示す。図6の従来の方法の工程フローと比較して明らかのように、2回の熱処理(焼成)を行い、かつ一度目の熱処理の温度T1は二度目の熱処理の温度T2より熱処理温度(焼成温度)を低くして形成した、
本実施例による多層圧電素子の切断面と、従来のように、一度の熱処理(積層プレス後に、大気中、1150℃で3時間の焼成)で、それ以外は同一条件で形成した多層圧電素子の切断面との比較を図5に示す。
The above embodiment is shown as a process flow in FIG. As apparent from the process flow of the conventional method of FIG. 6, the heat treatment (firing) is performed twice, and the first heat treatment temperature T1 is higher than the heat treatment temperature T2 of the second heat treatment (firing temperature). )
The cut surface of the multilayer piezoelectric element according to the present embodiment and the conventional multilayer piezoelectric element formed under the same conditions except for one heat treatment (lamination in the air at 1150 ° C. for 3 hours after lamination pressing) as in the past. A comparison with the cut surface is shown in FIG.

図5(5−1)は、従来の一度の熱処理工程による圧電素子の切断面の顕微鏡(SEM)で観察したときの図であり、圧電セラミック層10を挟んで、第1の内部電極層11および第2の内部電極層12が形成されているが、いずれの内部電極層にも約5μmないしそれ以上の内部電極層の上下方向への伸び(バリ)が観察されている。それに対して、図5(5−2)は本発明になる二度の熱処理による圧電素子の切断面の顕微鏡(SEM)で観察したときの図である。こらから解るように、圧電セラミック層13を挟んで、第1の内部電極層14および第2の内部電極層15が形成されているが、いずれの内部電極層もほとんどバリの発生は観察されず、著しくバリの発生が抑制されている(最大でも2μm以下となっている)多層圧電素子を形成することができた。   FIG. 5 (5-1) is a view of the cut surface of the piezoelectric element obtained by the conventional one-time heat treatment process when observed with a microscope (SEM). The first internal electrode layer 11 is sandwiched by sandwiching the piezoelectric ceramic layer 10. The second internal electrode layer 12 is formed, and in each internal electrode layer, the vertical extension (burr) of the internal electrode layer of about 5 μm or more is observed. On the other hand, FIG. 5 (5-2) is a view when the cut surface of the piezoelectric element by the two heat treatments according to the present invention is observed with a microscope (SEM). As can be seen from the above, the first internal electrode layer 14 and the second internal electrode layer 15 are formed with the piezoelectric ceramic layer 13 interposed therebetween, but almost no burrs are observed in any of the internal electrode layers. Thus, it was possible to form a multilayer piezoelectric element in which the generation of burrs was remarkably suppressed (the maximum was 2 μm or less).

本実施例では、第1の熱処理温度を900℃とし、第2の熱処理温度を1150℃としたが、第1の熱処理温度を900〜1000℃の範囲で変え、第2の熱処理温度を1150〜1250℃の範囲に変えても、同様な効果を得ることを確認した。   In this embodiment, the first heat treatment temperature is 900 ° C. and the second heat treatment temperature is 1150 ° C., but the first heat treatment temperature is changed in the range of 900 to 1000 ° C. and the second heat treatment temperature is 1150 ° C. It was confirmed that the same effect was obtained even when the temperature range was changed to 1250 ° C.

このように、第1の熱処理温度を上記の範囲の比較的低い温度設定することで、圧電セラミックが十分な緻密化が達成されていない状況になっており、切断時に発生した内部電極層のバリが、その後の第2の熱処理をより高温度に設定して行うことで、圧電セラミックと内部電極層が十分な緻密化が行われる際、バリも収縮すると考えられる。   Thus, by setting the first heat treatment temperature to a relatively low temperature within the above range, the piezoelectric ceramic has not been sufficiently densified, and the internal electrode layer variability generated during cutting has not been achieved. However, by performing the subsequent second heat treatment at a higher temperature, it is considered that the burr also shrinks when the piezoelectric ceramic and the internal electrode layer are sufficiently densified.

なお、先に示した、特許文献1および2においては、いずれも2回の熱処理を行って(素子に分離後の熱処理を加えて)いるが、共に、先ず高温で圧電セラミック層の十分な緻密化が熱処理(焼成)を行い、素子に分離後に最初の熱処理より低い温度で熱処理を行っている。このため、本発明で得られたような、特に薄い積層による多層圧電素子で問題となるバリの発生に対する抑制効果は得られない。   In Patent Documents 1 and 2 described above, both heat treatments are performed (the device is subjected to heat treatment after separation). However, both of the piezoelectric ceramic layers are sufficiently dense at high temperatures first. The heat treatment (firing) is performed, and the heat treatment is performed at a temperature lower than the first heat treatment after the element is separated. For this reason, the suppression effect with respect to the generation | occurrence | production of the burr | flash which becomes a problem with the multilayer piezoelectric element by the thin lamination especially obtained by this invention is not acquired.

また、実施例において、圧電セラミックの粉末の組成として、0.5PNN:0.35PT:0.15PZの体積比のものを使用したが、この組成比に限られるものではなく、適宜組成比を変化させて、所要の圧電効果を有する圧電素子を形成できる。   Further, in the examples, the volume ratio of 0.5PNN: 0.35PT: 0.15PZ was used as the composition of the piezoelectric ceramic powder, but the composition ratio is not limited to this, and the composition ratio is changed as appropriate. Thus, a piezoelectric element having a required piezoelectric effect can be formed.

圧電セラミックの材料に関しては、実施例ではPNN―PT―PZの混合粉末を用いて説明を行ったが、これに限られない。例えば、ニッケルニオブ酸鉛、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマスなどを単体で、あるいは混合物として含まれるセラミックを挙げることができる。それらの材料に応じて、本発明の方法によって、第1の熱処理温度と第2の熱処理温度を適宜選択することで、実施例と同様の効果を得ることが可能となる。   The piezoelectric ceramic material has been described using a mixed powder of PNN-PT-PZ in the embodiments, but is not limited thereto. For example, lead nickel niobate, lead titanate, lead zirconate, lead magnesium niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead antimony stannate, lead manganese tungstate, lead cobalt niobate, barium titanate, titanium Examples thereof include ceramics containing sodium bismuth oxide, potassium sodium niobate, strontium bismuth tantalate, etc. alone or as a mixture. Depending on these materials, the same effects as in the embodiment can be obtained by appropriately selecting the first heat treatment temperature and the second heat treatment temperature by the method of the present invention.

また、実施例において、内部電極用ペーストとして、圧電セラミックと同じ組成の粉体が20体積%含む金属導電体(Pt)ペーストを用いた。このように圧電セラミックと同じ組成の粉体を混入することは、圧電セラミック層と内部電極層との密着性を向上するために有効な方法である。またこれの混合比は20体積%に限らず、5体積%以上50%以下、10〜30体積%にすることが好ましく、これによって所要の抵抗値を適宜得ることができる。   In the examples, a metal conductor (Pt) paste containing 20% by volume of powder having the same composition as the piezoelectric ceramic was used as the internal electrode paste. Mixing the powder having the same composition as the piezoelectric ceramic in this way is an effective method for improving the adhesion between the piezoelectric ceramic layer and the internal electrode layer. Further, the mixing ratio is not limited to 20% by volume, but is preferably 5% by volume or more and 50% or less and 10 to 30% by volume, whereby a required resistance value can be appropriately obtained.

また、本実施例では駆動用電極として、本実施例の製造工程においては、ブロック焼成体に駆動用電極を形成し、この後、圧電素子に分割して、再度熱処理を加えるために、その熱処理温度に耐え得る代表的な材料としてPtを用いたが、これに限らない。また、駆動用電極の形成を圧電素子分割後に行う工程を採用すれば、耐熱温度のより低い材料を適用することも可能となる。   Further, in this embodiment, as the driving electrode, in the manufacturing process of this embodiment, the driving electrode is formed on the block fired body, and then divided into piezoelectric elements and subjected to heat treatment again. Pt is used as a representative material that can withstand temperature, but is not limited thereto. Further, if a step of forming the driving electrode after dividing the piezoelectric element is employed, a material having a lower heat-resistant temperature can be applied.

以上の実施例を含む実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。   The following supplementary notes are further disclosed with respect to the embodiments including the above examples.

(付記1)
一方の面に内部電極層が形成された圧電セラミックのシートを複数枚積層したシート積層体を形成する工程と、
前記シート積層体を熱処理してシート焼成体を形成する第1の熱処理工程と、
前記シート焼成体を分割してブロック焼成体を切り出し、多層圧電素子に分離する工程と、
前記多層圧電素子を熱処理する第2の熱処理工程とを有し、
前記第1の熱処理工程の熱処理温度は、前記第2の熱処理工程の熱処理温度よりも低いことを特徴とする多層圧電素子の形成方法。
(Appendix 1)
Forming a sheet laminate in which a plurality of piezoelectric ceramic sheets having an internal electrode layer formed on one surface are laminated;
A first heat treatment step of heat-treating the sheet laminate to form a sheet fired body;
Dividing the sheet fired body to cut out the block fired body and separating it into multilayer piezoelectric elements;
A second heat treatment step of heat treating the multilayer piezoelectric element,
The method of forming a multilayer piezoelectric element, wherein a heat treatment temperature in the first heat treatment step is lower than a heat treatment temperature in the second heat treatment step.

(付記2)
前記第1の熱処理工程の熱処理温度は、前記圧電セラミックの緻密化温度を越えない温度であり、前記第2の熱処理工程の熱処理温度は、前記圧電セラミックの緻密化温度を越える温度であることを特徴とする付記1記載の多層圧電素子の形成方法。
(Appendix 2)
The heat treatment temperature of the first heat treatment step is a temperature that does not exceed the densification temperature of the piezoelectric ceramic, and the heat treatment temperature of the second heat treatment step is a temperature that exceeds the densification temperature of the piezoelectric ceramic. The method for forming a multilayer piezoelectric element according to Supplementary Note 1, wherein

(付記3)
前記圧電セラミックは、PNN(ニッケルニオブ酸鉛)とPT(チタン酸鉛)とPZ(ジルコン酸鉛)の成分からなることを特徴とする付記1または2記載の多層圧電素子の形成方法。
(Appendix 3)
The method for forming a multilayer piezoelectric element according to appendix 1 or 2, wherein the piezoelectric ceramic is composed of components of PNN (lead nickel niobate), PT (lead titanate) and PZ (lead zirconate).

(付記4)
前記第1の熱処理工程の熱処理温度は900〜1000℃の範囲であり、前記第2の熱処理工程の熱処理温度は1150〜1250℃の範囲であることを特徴とする付記1ないし3のいずれかに記載の多層圧電素子の形成方法。
(Appendix 4)
The heat treatment temperature of the first heat treatment step is in a range of 900 to 1000 ° C., and the heat treatment temperature of the second heat treatment step is in a range of 1150 to 1250 ° C. The formation method of the multilayer piezoelectric element of description.

(付記5)
前記内部電極層は、前記圧電セラミックと同じ組成の粉体を、5体積パーセント以上50体積パーセント以下、好ましくは10〜30体積パーセントを含む金属導電体ペーストを用いて形成されることを特徴とする付記1または3記載の多層圧電素子の形成方法。
(Appendix 5)
The internal electrode layer is formed using a metal conductor paste containing a powder having the same composition as that of the piezoelectric ceramic and containing 5 to 50 volume percent, preferably 10 to 30 volume percent. The method for forming a multilayer piezoelectric element according to appendix 1 or 3.

(付記6)
前記金属導電体はPt(白金)であることを特徴とする付記5記載の多層圧電素子の形成方法。
(Appendix 6)
The method for forming a multilayer piezoelectric element according to appendix 5, wherein the metal conductor is Pt (platinum).

(付記7)
前記圧電セラミックの、PNN(ニッケルニオブ酸鉛)とPT(チタン酸鉛)とPZ(ジルコン酸鉛)の各成分のモル比は、順に0.5:0.35:0.15であることを特徴とする付記3記載の多層圧電素子の形成方法。
(Appendix 7)
The molar ratio of each component of PNN (lead nickel niobate), PT (lead titanate) and PZ (lead zirconate) in the piezoelectric ceramic is 0.5: 0.35: 0.15 in order. The method for forming a multilayer piezoelectric element according to Supplementary Note 3, wherein

本発明の多層圧電素子を形成するための工程模式図(その1)Process schematic diagram for forming the multilayer piezoelectric element of the present invention (part 1) 本発明の多層圧電素子を形成するための工程模式図(その2)Process schematic diagram for forming the multilayer piezoelectric element of the present invention (part 2) 本発明の多層圧電素子を形成するための工程模式図(その3)Process schematic diagram for forming the multilayer piezoelectric element of the present invention (part 3) 多層圧電素子を形成するための本発明の方法の製造工程フローManufacturing process flow of the method of the present invention for forming a multilayer piezoelectric element 本発明の効果を説明するための図The figure for demonstrating the effect of this invention 多層圧電素子を形成するための従来の方法の製造工程フローManufacturing process flow of a conventional method for forming a multilayer piezoelectric element 従来の方法による多層圧電素子の切断面に生じるバリを説明する図The figure explaining the burr | flash which arises in the cut surface of the multilayer piezoelectric element by the conventional method

符号の説明Explanation of symbols

1 圧電セラミックシート
2 内部電極
3 シート積層体
4 シート焼成体
5 ブロック焼成体
6、102 駆動用電極
7 多層圧電素子(第2の熱処理前)
8 多層圧電素子(第2の熱処理後)
10、13、101 圧電セラミック層
11、14、103 第1の内部電極層
12,15、104 第2の内部電極層
100 多層圧電素子
105 活性部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric ceramic sheet 2 Internal electrode 3 Sheet laminated body 4 Sheet fired body 5 Block fired body 6, 102 Drive electrode 7 Multilayer piezoelectric element (before 2nd heat processing)
8 Multi-layer piezoelectric element (after second heat treatment)
10, 13, 101 Piezoelectric ceramic layer 11, 14, 103 First internal electrode layer 12, 15, 104 Second internal electrode layer 100 Multilayer piezoelectric element 105 Active part

Claims (5)

一方の面に内部電極層が形成された圧電セラミックのシートを複数枚積層したシート積層体を形成する工程と、
前記シート積層体を熱処理してシート焼成体を形成する第1の熱処理工程と、
前記シート焼成体を分割してブロック焼成体を切り出し、多層圧電素子に分離する工程と、
前記多層圧電素子を熱処理する第2の熱処理工程とを有し、
前記第1の熱処理工程の熱処理温度は、前記第2の熱処理工程の熱処理温度よりも低いことを特徴とする多層圧電素子の形成方法。
Forming a sheet laminate in which a plurality of piezoelectric ceramic sheets having an internal electrode layer formed on one surface are laminated;
A first heat treatment step of heat-treating the sheet laminate to form a sheet fired body;
Dividing the sheet fired body to cut out the block fired body and separating it into multilayer piezoelectric elements;
A second heat treatment step of heat treating the multilayer piezoelectric element,
The method of forming a multilayer piezoelectric element, wherein a heat treatment temperature in the first heat treatment step is lower than a heat treatment temperature in the second heat treatment step.
前記第1の熱処理工程の熱処理温度は、前記圧電セラミックの緻密化温度を越えない温度であり、前記第2の熱処理工程の熱処理温度は、前記圧電セラミックの緻密化温度を越える温度であることを特徴とする請求項1記載の多層圧電素子の形成方法。   The heat treatment temperature of the first heat treatment step is a temperature that does not exceed the densification temperature of the piezoelectric ceramic, and the heat treatment temperature of the second heat treatment step is a temperature that exceeds the densification temperature of the piezoelectric ceramic. The method for forming a multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein: 前記圧電セラミックは、PNN(ニッケルニオブ酸鉛)とPT(チタン酸鉛)とPZ(ジルコン酸鉛)の成分からなることを特徴とする請求項1または2記載の多層圧電素子の形成方法。   3. The method of forming a multilayer piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric ceramic is composed of components of PNN (lead nickel niobate), PT (lead titanate), and PZ (lead zirconate). 前記第1の熱処理工程の熱処理温度は900〜1000℃の範囲であり、前記第2の熱処理工程の熱処理温度は1150〜1250℃の範囲であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の多層圧電素子の形成方法。   The heat treatment temperature of the first heat treatment step is in a range of 900 to 1000 ° C, and the heat treatment temperature of the second heat treatment step is in a range of 1150 to 1250 ° C. A method for forming a multilayer piezoelectric element as described in 1. 前記内部電極層は、前記圧電セラミックと同じ組成の粉体を、5体積パーセント以上50体積パーセント以下、好ましくは10〜30体積パーセントを含む金属導電体ペーストを用いて形成されることを特徴とする請求項1または3記載の多層圧電素子の形成方法。   The internal electrode layer is formed using a metal conductor paste containing a powder having the same composition as that of the piezoelectric ceramic and containing 5 to 50 volume percent, preferably 10 to 30 volume percent. A method for forming a multilayer piezoelectric element according to claim 1 or 3.
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