专利名称：压电元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于压电陶瓷谐振器、压电陶瓷滤波器或类似器件的压电元件，背景技术通常，含有锆钛酸铅(Pb(TixZr1-x)O3)或钛酸铅(PbTiO3)作为其主要成分的压电陶瓷合成物广泛地应用于压电陶瓷元件中，例如压电陶瓷滤波器和压电谐振器。
因为含有锆钛酸铅或钛酸铅作为其主要成分的压电陶瓷合成物含有大量的铅，所以，就存在由于制造过程中氧化铅汽化产生产品的均匀性下降的问题。
为了解决上述问题，已经研制出各种不含铅或仅含有少量铅的压电陶瓷合成物。这些压电陶瓷合成物包括含有铋层化合物，例如铌酸锶铋(SrBi2Nb2O9)作为其主要成分的材料。因为，含有铋层化合物作为其主要成分的压电陶瓷合成物不含有氧化铅，因此，就不会产生上述问题。
在压电陶瓷元件中，例如压电陶瓷滤波器和压电陶瓷谐振器，包括含有锆钛酸铅(Pb(TixZr1-x)O3)或钛酸铅(PbTiO3)作为其主要成分的压电陶瓷合成物，通常已知这些元件(具有分层结构，该结构含有多个压电层和电极)具有高性能。
在包括有压电陶瓷合成物的压电陶瓷元件中(该合成物含有锆钛酸铅(Pb(TixZr1-x)O3)或钛酸铅(PbTiO3)作为其主要成分)，通常使用具有1770℃熔点的铂(Pt)和具有1550℃熔点的钯(Pd)作为电极，它们能够在较高烘烤温度(例如约1100℃)抵制汽化。
相对于包括含有铋层化合物作为其主要成分的压电陶瓷合成物的压电陶瓷元件，例如压电陶瓷滤波器和压电陶瓷谐振器，发明者在研究期间并没有找到含有Pd作为主要成分的电极的示例。
而且，本发明人查明具有Pd电极和含有铋层化合物作为其主要成分的压电陶瓷合成物并通过烘烤制备的压电元件并不能成功地制成，就是说，这种压电元件的特性不可测量，如下示例所示。
American Ceramics Society期刊，vol.75，p 2339报道一种氧化铋和氧化钯的混合粉末在高于500℃的温度时形成了一种化合物，并且该化合物具有至少800℃的熔点。
上述报道并没有提及铋层化合物和金属钯的反应，但提到了氧化铋和氧化钯的反应。然而，并不是很清楚具有Pd电极和压电陶瓷合成物(含有铋层化合物作为其主要成分)并通过烘烤制备的压电元件不能成功制成的原因是否与上述报道相同。存在一种可能性就是对未经处理的压电元件进行烘烤会引起不能满意的特性。
发明内容
因此，本发明的一个目标是提供一种包括Pd电极和含有铋层化合物作为其主要成分的压电陶瓷合成物的压电元件以避免铅的使用。
为了解决上述问题，一种压电元件包括多个含有压电陶瓷合成物(合成物包括铋层化合物)的压电层；以及含有Pd的电极，其中压电层在厚度方向上成层，电极配置给每个压电层，并且至少一个电极和压电陶瓷合成物含有Ag。
在上述配置中，因为，在至少一个压电陶瓷合成物和电极中含有Ag，包含在电极中的Pd扩散到压电陶瓷合成物中以及Pd和压电陶瓷合成物的反应都被抑制，这样，当含有铋层化合物作为其主要成分的压电陶瓷合成物用于压电元件时，就避免了压电元件特性的下降。
在上述配置中，当m代表至少一个电极和压电陶瓷合成物中含有的Ag重量，而M代表电极中含有的Pd重量时，最好0.1≤m/M，且最好0.1≤m/M≤10。
压电陶瓷合成物最好含有至少一种从下述作为主要成分的化合物的组中选出，例如Bi2WO6、CaBi2Nb2O9、SrBi2Nb2O9、BaBi2Nb2O9、PbBi2Nb2O9、CaBi2Ta2O9、SrBi2Ta2O9、BaBi2Ta2O9、PbBi2Ta2O9、Bi3TiNbO9、Bi3TiTaO9、Bi4Ti3O12、SrBi3Ti2NbO12、BaBi3Ti2NbO12、PbBi3Ti2NbO12、CaBi4Ti4O15、SrBi4Ti4O15、BaBi4Ti4O15、PbBi4Ti4O15、Na0.5Bi4.5Ti4O15、K0.5Bi4.5Ti4O15、Ca2Bi4Ti5O18、Sr2Bi4Ti5O18、Ba2Bi4Ti5O18、Pb2Bi4Ti5O18和Bi6Ti3WO18。
在上述配置中，因为含有铋层化合物作为主要成分，压电元件例如压电陶瓷滤波器和压电陶瓷谐振器(它们不含有铅或含有少量铅，且有利环保)就可以以相对较低的成本制成。
在日本未审查专利申请号12-007999中，发明人揭示了含有由化学式SrBi2(Nb2-yWy)O9表示的化合物的压电陶瓷合成物可以适用于作为压电陶瓷元件材料，该元件是通过在低于1100℃的温度下烘烤而制成，并且具有实际水平的机电系数。这种压电陶瓷合成物可以用于上述压电层，就是说，本发明在这种配置中有效。
图1是根据本发明的压电元件的透视图；和图2是示出上述压电元件制造过程的分解透视图。
具体实施例方式
现在将描述包括有根据本发明的铋层化合物的压电元件的实例。
实例SrCO3、Bi2O3、Nb2O3、WO6和MnCO3用作原料，并对它们进行称重以满足化学式SrBi2Nb1.8W0.2O9+0.5wt％MnCO3，其中SrBi2Nb1.8W0.2O9是铋层化合物，而wt％表示以铋层化合物为基准的MnCO3重量百分比。随后，混合经称重的原料。该混合物在800-1000℃煅烧，并通过刮片方法形成大致为正方形的薄片。
如表1所示，制备用于电极的胶，其中该胶含有Ag和Pd，且Ag的含量在0到95％并根据以重量百分比为基准的公式Ag/(Ag+Pd)获得。如图2所示，使用这些胶的一种，每个电极(具有直径在0.4-2.6mm而厚度约1μm)通过印刷在每个获得的薄片中心形成以分别完成第一、第二和第三配置电极的薄片1、3和5，分别在其上具有第一、第二和第三电极10、11和12。
在第一配置电极的薄片1中，使用胶形成在顶面上的第一终端6从第一电极10延伸到第一侧面，该侧面是第一配置电极的薄片1的一侧。在第二配置电极的薄片3中，使用胶将第二终端7从第二电极11延伸到第二侧，该侧是第二配置电极的薄片3的一侧，且定位在第一侧的相对侧面上。在第三配置电极的薄片5中，使用胶将第三终端8从第三电极12延伸到另一第一侧面，该侧是第三配置电极的薄片5的一侧，且定位在第一终端6的相同侧，其中第三终端8和第三电极12形成在第三配置电极的薄片5的下侧。
第一、第二和第三配置电极的薄片1、3和5以及多个第一和第二无电极薄片2和4在厚度方向上堆叠，以便与第一、第二和第三电极10、11和12的每个电极中心对齐，其中，例如在第一和第二无电极薄片2和4之间配置第二配置电极的薄片3，并且在第一和第三配置电极的薄片1和5之间配置第一和第二无电极薄片2和4。用200 MPa的力加压堆叠的薄片，并随后在1000-1200℃进行1-5小时的烘烤以获得紧凑的、烘烤元件。
如图1所示，随后，在厚度方向对烘烤元件进行极化，就是从第三电极12到第一电极10的方向以获得压电元件。
在上述压电元件中，第一压电层14具有第一配置电极的薄片1和多个第一无电极薄片2，并且第二压电层16具有第二和第三配置电极的薄片3和5以及多个第二无电极薄片4。第一和第二压电层14和16在厚度方向上分层以形成包括有将铋层化合物作为主要成分的压电陶瓷合成物的压电元件。压电元件具有矩形平行六面体形状以及例如0.4mm的厚度。
第一、第二和第三电极10、11和12的每个电极中心以及第一和第二压电层14和16对齐。第一电极10放置在第一压电层14的暴露表面上。第二电极11放置在第二压电层14的上表面上，而第二压电层14的上表面粘合于第一压电层16的下表面。第三电极12放置在第一压电层16的暴露表面上。
在压电元件中，放置在第一和第二配置电极的薄片1和3之间的第一无电极薄片2的数目可以变化以调节第一和第二配置电极薄片1和3之间的间距。出于同样的目的，放置在第二和第三配置电极的薄片3和5之间的第二无电极薄片4的数目可以变化。这样，压电元件就作为使用厚度纵向振动的二次谐波的压电滤波器或压电谐振器。
因为压电元件具有分层结构，因此，可以大大增加使用的范围。就是说，铋层化合物通常具有1/3的泊松比，并且作为含有铋层化合物的压电滤波器或压电谐振器使用的压电元件具有某些局限性(当使用厚度纵向振动的基波时，就不能限定能量)。然而，如果压电元件具有分层结构，就可以克服这些限制，这样，就能扩大它们可以应用的范围。
在上述压电元件中，第一、第二和第三终端6、7和8与电源或阻抗分析器9电气相连，以便将相同的电压施加给第一和第三终端6和8，并将不同的电压施加给第二终端7，并产生压电振动。阻抗分析器9用于将驱动信号施加给第一、第二和第三终端6、7和8。
对于各种压电元件，表1示出胶的Ag含量、m/M比、机电系数k和峰值-谷值比(谐振阻抗/反谐振阻抗)。机电系数k通过日本制造协会的电子材料标准EMAS6100中的方法6003进行测量。Ag和Pd的含量通过WDX(波长色散X射线微量分析)以及ICP(电感耦合等离子体发射光谱测定法)进行测量。
在表1中，样品1在本发明范畴之外；Ag代表胶中的Ag含量，而依据重量百分比为基准的公式Ag/(Ag+Pd)来获得；在m/M比中，m表示包含在至少一个电极和压电陶瓷合成物中的Ag重量，而M表示在烘烤后，包含在电极中的Pd重量；k表示机电系数；峰值-谷值比指示了谐振阻抗与反谐振阻抗比。
如表1所示，很清楚根据本发明的实例的样品2-9具有实际水平的机电系数k和峰值-谷值比。因为m/M比的增加率在Ag含量高的区域中下降，因此，可以假设一定量的Ag汽化，并且汽化Ag的一部分扩散到第一压电层14和第二压电层16中。
本发明并不局限于上述实例，并且在包括由通过烘烤制备的压电层构成的压电元件的范畴中有效。
表1
权利要求
1.一种压电元件，其特征在于，所述元件包括多个包括有压电陶瓷合成物的压电层，所述合成物含有铋层化合物；以及含有Pd的电极，其中，在厚度方向上分层所述压电层，将所述电极配置给每个压电层，并且所述电极和压电陶瓷合成物中的至少一个含有Ag。
2.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，0.1≤m/M，其中m表示所述电极和压电陶瓷合成物中的至少一个所含有的Ag重量，而M表示所述电极中含有的Pd重量。
3.如权利要求2所述的压电元件，其特征在于，0.1≤m/M≤10。
4.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述压电元件利用厚度纵向振动上的二次谐波。
全文摘要
压电元件包括多个压电层，所述压电层含有铋层化合物作为主要成分，并且在厚度方向上分层。压电层配置有含有Pd作为主要成分的电极，以便压电层振动。至少一个电极和压电陶瓷合成物含有Ag。
文档编号H01L41/18GK1398044SQ0212640
公开日2003年2月19日 申请日期2002年7月12日 优先权日2001年7月12日
发明者泽田拓也, 木村雅彦, 安藤阳 申请人:株式会社村田制作所