專利名稱：壓電變壓器裝置的制作方法
背景技術：
本發明涉及壓電變壓器裝置，比如羅森(Rosen)式具有多重結構的壓電變壓器裝置。
近來，液晶顯示板廣泛的使用在易于攜帶的筆記本型個人電腦的顯示單元上。此種液晶顯示板結合冷式陰極管以用作對面板作背景照明的后照光用。為照射此冷式陰極管，大約需要1kV或更多的高電壓。為保持此光的發射，必須使用大約數百伏特的電壓。
因此種筆記本型個人電腦及類似產品的特性，對背景照明用的緊密、小功率消耗的升壓模塊有高度的需求。為滿足此需求，使用具有單面結構的一種稱為羅森式壓電變壓器裝置。根據使用具有單面結構壓電變壓器裝置的電源模塊，當與具有類似輸出能力的繞組式變壓器比較時可以使此模塊的大小及重量減少。
但是，舉例而言在一種長約30mm，寬約3mm，且厚度約2mm的單面結構壓電變壓器裝置中，升壓比例(輸出電壓對輸入電壓之比)在如2W的輸出的高負載時大約為4-6。即，理想的升壓比例不能達到。因此，一種緊密繞組式變壓器需連接到壓電變壓器裝置的輸入級中。
近年來，具有多層結構可達成大升壓比例的壓電變壓器裝置已被提出在如日本公開專利申請案4-338685,7-79027，及7-131088中。此種具有多層結構的壓電變壓器裝置相當于將具有單層結構的多個壓電變壓器裝置互相連接起來，以設計成可得到高升壓比例。例如，此裝置有一輸入區，其中含有厚度大約為50到300μm彼此互相堆疊的陶瓷壓電部件及內部電極。這些相堆疊的內部電極互相交錯及電性地連接起來以構成兩個彼此電性絕緣的內部電極群組。此兩個內部電極群組電性地連接到輸入區上部表面及下部表面上的兩個外部電極。(日本公開專利申請案號7-302938)。
圖1到圖5展示具有多層結構的壓電變壓器裝置結構圖。
圖1是具有一般多層結構的壓電變壓器裝置透視圖。圖2是圖1壓電變壓器裝置的前視圖。圖4是圖1壓電變壓器裝置的平面圖。
此壓電變壓器裝置具有如圖1,2，及4的外部形狀。此裝置的左半部及右半部區域在后將分別被當成第二及第一區。
當做主要(輸入)電極的外部電極101及102在第一區的上部表面及下部表面中成型。多個內部電極101a及102a在外部電極101及102中間交錯堆疊，而此內部電極間的空間填入壓電單元106。當做次要(輸出)電極的外部電極103在第二區的右端部份中成型。導線105以焊接部份104連接到外部電極101,102,及103。
接著將討論第一區的內部結構。圖3是圖1壓電變壓器裝置沿著A-A’的剖視圖。圖5是圖1壓電變壓器裝置沿著B-B’的剖視圖。
如圖3及圖5所示，在第一區中，多個內部電極101a經柱狀導體(其后將稱為中間層連接導體)107a相互連接，多個內部電極102a經中間層連接導體107b相互連接。圓形孔(之后將稱為洞)位于內部電極101a及102a以使內部電極101a及102a并不經中間層連接導體107a和107b相互連接。
具有以上多層結構的壓電變壓器裝置將被如下驅動。首先，將高電壓加在內部電極101及102間以沿垂直方向(厚度方向)極化第一區。然后將預定的電壓加在內部電極101或102及內部電極間以沿縱向方向極化第二區。當AC電壓以極化狀態使用在裝置內部電極101及102之間，根據壓電單元所特有的壓電物質常數，共振特性以及裝置的總體尺寸，第一區的壓電單元106會機械地振動。此機械振動將由第二區的壓電單元轉換成電壓。結果，升壓后的高電壓可自外部電極103處獲得。
當本發明者制造一以25個壓電零件每個零件厚度約80μm堆疊而成的長30mm，寬3mm，及厚2mm的多層式壓電變壓器裝置，經測試此裝置在2W輸出的情況下獲得約80的極高升壓比例。
然而，在具有以上結構的壓電變壓器裝置，因多個內層電極暴露在壓電變壓器裝置的側表面，暴露在側表面的內部電極間會發生放電而造成不良的電極化，特別是壓電變壓器裝置在空氣中電極化時。因此，本發明者提出一日本專利申請案號8-52553所披露的具有多層結構的壓電變壓器裝置。在此結構下，內部電極未暴露在裝置的側表面，而是向先前所成型于壓電構件中擬堆疊內部電極的位置處的孔填入導體，以使內部電極間互相電連接。
但是，如圖1所示的傳統壓電變壓器裝置，導線105擬焊接的內部電極成型在裝置的上表面，下表面，及縱向端表面三個表面上。即，外部電極不在同一平面。因此，在用工業機器人自動組裝的程序中，焊接步驟等是復雜的。
此外，以上傳統的壓電變壓器裝置具有內部電極及外部電極暴露在裝置表面上的結構。因此，壓電變壓器裝置類似于具有單層結構的壓電變壓器裝置，需裝在一包含如絕緣物質的盒子(未顯示)中以策安全。考慮到裝置的連接部份的體積，需要一個較具有此結構的壓電變壓器裝置為大的盒子以箝入此裝置。箝入裝置到盒中的制造步驟本身使得自動組裝程序復雜化。
進一步，為了自具有多層結構的壓電單元106取得經升壓的高AC電壓，使用外部電極101或102及外部電極103。因此，與一般繞組式變壓器不同的是外部電極101或102用作由主要(輸入)及次要(輸出)邊所共用的共同電極。因此，上述具有多層結構的壓電變壓器裝置不能使用在要求主要及次要邊間相隔離的電路。
進一步，具有多層結構的壓電變壓器裝置的轉換效率，即由輸出功率除以輸入功率所得數值，大約為70％到80％，此較具有單板結構的壓電變壓器裝置的轉換效率(大約為90％或更高)為低。
發明概要本發明的目的在于提供一確保安全，易于操作，及展示良好變壓器性能的壓電變壓器裝置。
本發明之另一目的在提供一有良好轉換效率的壓電變壓器裝置。
本發明之另一目的在提供一在操作方面適于自動制造程序的壓電變壓器裝置。
本發明之另一目的在提供一主要及次要側邊相互絕緣的壓電變壓器裝置。
為達成上述目的，所述壓電變壓器裝置的特性如下提供一具有陶瓷壓電構件與內部電極彼此交互堆疊的輸入區的壓電變壓器裝置，每個內部電極基本上由一厚度為1到5μm而鈀占20-80重量百分比的銀-鈀混合物所構成。藉由此種安排，因內部電極所造成的電極構件振動衰減被壓抑，因此造成良好的轉換性能。
例如，最好多個內部電極包含在壓電變壓器裝置中，并經包含在壓電變壓器裝置內的至少兩個柱狀導體相互連接，而柱狀導體基本上由直徑不大于200μm鈀占20-80wt％的銀-鈀混合物所構成。藉由此種安排，因內部電極所造成的電極構件和柱狀導體的振動衰減被壓抑，因此造成良好的轉換性能。
此外，為達成上述目的，壓電變壓器裝置的特性如下提供一壓電變壓器裝置，具有極化在厚度方向的第一區且有主要電極形成在內，具有極化在縱向方向的第二區且有次要電極形成在內，及多個堆疊構件彼此堆疊，包括整理成多個壓電構件間的主要電極并包含在第一區中的多個第一內部電極，整理成多個壓電構件間的次要電極并包含在第二區中的多個第二內部電極，成型在壓電變壓器裝置的表面以將電壓施加到多個第一內部電極的第一外部電極，成型在壓電變壓器裝置的表面以取出經多個第二內部電極施加電壓而產生在壓電變壓器裝置中的電壓的第二外部電極。經由此種安排，暴露在裝置表面的金屬部份可以盡可能減少。
例如，第一及第二外部電極形成于壓電變壓器裝置的同一平面上。經過這種安排，實現了至外部構件的連接。
例如，此裝置的特征在于多個第二內部電極經由第二區的柱狀導體以網狀互相連結。經由這種安排，次要電極在具有多層結構的壓電變壓器裝置中成型。
多個第一內部電極最好經由第一區的至少兩個柱狀導體交替連結由此構成兩個電極群組。
具體而言，此裝置最好包含一與第一和第二內部電極以及第一和第二外部電極相絕緣的第三外部電極并且該第三外部電極形成為第一區平面上的次要電極的另一個電極。經由此種安排，主要及次要邊相互絕緣以得到作為變壓器應有的好性能。
在有以上安排的裝置中，第一外部電極和/或第三外部電極最好形成在對應于壓電變壓器裝置驅動振動模式節點的位置，且兩個柱狀導體形成在對應于壓電變壓器裝置驅動振動模式節點的位置以避免裝置的振動衰減。
進一步，為了達成以上目的，本發明的壓電變壓器裝置的特征在于具有如下結構。
提供一壓電變壓器裝置，具有極化在厚度方向的第一區而具有形成于其中的主要電極，極化在縱向方向的第二區而具有形成于其中的次要電極，以及相互堆疊的多個壓電單元，包含整理成第一區中多個壓電構件間的主要電極的多個內部電極，形成在壓電變壓器裝置表面以將電壓施加在多個內部電極中的多個第一外部電極，作為次要電極而在第二區末端部份成型的第二外部電極，以及與多個內部電極及第一和第二外部電極絕緣并作為次要電極的另一電極成型在壓電變壓器裝置第一區的其上形成有第一外部電極的表面上的第三外部電極。經由此種結構，主要及次要邊相互隔絕以獲得變壓器應有的良好性能，本發明的其他特色及優點將參照


而明了，在所有附圖中以類似參考符號表示相同或類似零件。
附圖簡要描述圖1顯示具有一般多層結構的壓電變壓器裝置之立體圖；圖2是圖1壓電變壓器裝置的前視圖；圖3是圖1壓電變壓器裝置沿著A-A’的剖面圖；圖4是圖1壓電變壓器裝置的平面圖；圖5是圖1壓電變壓器裝置沿著B-B’的剖面圖；圖6顯示一個根據本發明之第一實施例具有一般多層結構的壓電變壓器裝置之立體圖；圖7是根據圖6本發明之第一實施例的壓電變壓器裝置平面圖；圖8是根據圖7本發明之第一實施例壓電變壓器裝置沿著C-C’的剖面圖；圖9是根據圖7本發明之第一實施例壓電變壓器裝置沿著D-D’的剖面圖；圖10是根據圖7本發明之第一實施例壓電變壓器裝置沿著E-E’的剖面圖；圖11是根據本發明箝入盒中之第一實施例之壓電變壓器裝置剖面圖；圖12顯示根據本發明之第一實施例具有多層結構壓電變壓器裝置的立體圖13A是用作解釋根據本發明第一實施例壓電變壓器裝置的制造程序剖面圖；圖13B是用作解釋根據本發明第一實施例壓電變壓器裝置的制造程序剖面圖；圖13C是用作解釋根據本發明第一實施例壓電變壓器裝置的制造程序剖面圖；圖13D是用作解釋根據本發明第一實施例壓電變壓器裝置’的制造程序剖面圖；圖14顯示根據本發明之第二實施例具有多層結構壓電變壓器裝置的立體圖；圖15是根據圖14本發明之第二實施例的壓電變壓器裝置平面圖；圖16是根據圖15本發明之第二實施例壓電變壓器裝置沿著G-G’的剖面圖；圖17是根據圖15本發明之第二實施例壓電變壓器裝置沿著F-F’的剖面圖；圖18顯示根據本發明之第三實施例具有多層結構壓電變壓器裝置的立體圖；圖19是根據圖18本發明之第三實施例的壓電變壓器裝置平面圖；圖20是根據圖19本發明之第三實施例壓電變壓器裝置沿著H-H’的剖面圖；圖21是根據圖19本發明之第三實施例壓電變壓器裝置沿著Ⅰ-Ⅰ’的剖面圖；圖22是根據本發明箝入盒中之第三實施例的壓電變壓器裝置剖面圖；圖23顯示具有一般多層結構的壓電變壓器裝置而本發明第四實施例內部電極物質可用在此裝置的立體圖；圖24顯示具有一般多層結構之壓電變壓器裝置的縱向截面圖而本發明第四實施例的內部電極材料可用在此裝置中；圖25是沿著圖24的壓電變壓器裝置的中間層連接導體在寬度方向所截取的截面圖；圖26是根據本發明第四實施例的其內形成有孔的壓電陶瓷帶的平面圖27是表示根據本發明第四實施例壓電陶瓷帶的孔中填入中間層連接導體糊劑的狀態的部份截面圖；圖28是根據本發明第四實施例的其上印刷了內部電極之后的壓電陶瓷帶的平面圖；圖29是根據本發明第四實施例所顯示內層電極印刷其上后的壓電陶瓷帶的平面圖；圖30是顯示本發明第四實施例實例及其比較例有關數據的表格；及圖31是顯示本發明第四實施例實例及其比較例有關數據的表格。
較佳實施例的詳細說明根據本發明的較佳實施例具有多層結構的壓電變壓器裝置參考附圖解釋于后。
在其后所描述的實施例，壓電變壓器裝置被驅動在λ模式。但本發明并不限制在λ模式。例如，很顯然，壓電變壓器裝置可使用在λ/2及3λ/2模式。很顯然，本發明的壓電變壓器裝置的內部電極數目并不限制只能為附圖所示的1個；所示內部電極只是為圖解方便。[第一實施例]首先參考圖6到圖12以解釋本發明的第一實施例。
圖6顯示根據本發明的第一實施例具有多層結構的壓電變壓器裝置的立體圖；圖7是圖6壓電變壓器裝置的平面圖。
本實施例的壓電變壓器裝置具有類似圖6及圖7所示的外部形狀。此后此結構的右半邊及左半邊將分別描述成第二及第一區。當作主要(輸入)電極的外部電極1及2成型在電極基元6的第一區的上表面。當作次要輸出引線電極的外部電極3成型在第二區的上表面。即，根據本實施例的壓電變壓器裝置，只有這些外部電極是暴露并成型在相同表面，而后續的內部電極及其相似物乃包含在電極單元6之中。
接著，將描述本實施例的壓電變壓器裝置內部結構。圖8是根據圖7壓電變壓器裝置沿著C-C’的斷面圖。圖9是根據圖7壓電變壓器裝置沿著D-D’的斷面圖。圖10是根據圖7壓電變壓器裝置沿著E-E’的斷面圖。
如圖8及圖9所示，多個內部電極1a及2a交替堆疊在第一區中，且內部電極間的空間填入電極基元6。圓形孔(其后簡稱為孔)成型在插于內部電極1a(2a)的柱狀導體(其后簡稱為中間層連接導體)8b(8a)的周圍，使得內部電極1a和2a不經中間層連接導體8a(其結構下文詳細加以描述)而相互連結。很顯然，每個孔不一定需要為圓形。
多個內部電極1a經由中間層連接導體8a而相互連結。中間層連接導體8a往第一區的上層表面延伸而連接到外部電極1。
同樣的，多個內部電極2a經由中間層連接導體8b而相互連結。中間層連接導體8b往第一區的上層表面延伸而連接到外部電極2。
如圖8及圖10所示，多個內部電極3a互相堆疊在第二區接近縱向尾端部分的位置，且內部電極間的空間填入電極基元6。多個內部電極3a經由中間層連接導體8c及多個中間層連接導體9而以網狀相互連接。中間層連接導體8c往第二區的上層表面延伸而連接到外部電極3。即，在本實施例，壓電變壓器裝置之次要(輸出)電極由內部電極3a，中間層連接導體8d，以及以網狀連接的中間層連接導體9所構成。升壓后的高AC電壓經由具有引線電極形式的內部電極3而得以提取。
成型于本裝置內的次要電極將在以下描述。本實施例的具有多層結構的壓電變壓器裝置將參考圖12而描述于后。因此，外部電極不能形成如圖1外部103電極的板狀電極，其原因在于此裝置的制造方法。然而，假如所構成的網狀次要電極在寬度方向具有比本裝置大5％或以上的剖面面積，此電極適當地作為輸出電極。
以下描述外部電極1及2成型所在的位置。當內部電壓將經由壓電變壓器裝置升壓，連接輸入及輸出電極引線的端子位置不需特別限制。然而理論上，對應到裝置機械振動節點的位置是固定點。假如連接輸入及輸出電極引線的端子成型在相應于振動節點的位置，可免除因振動而對引線或裝置本身的剝除，移除等。亦可免除振動的衰減。更確切的說，從各縱向尾端部分起對應于四分之一裝置長度的位置變成固定點。因此，在此實施例，當壓電單元6在縱向方向的長度為L，外部電極1及2的中心及中間層連接導體8a及8b的中心位于對應于第一區尾端部份算起L/4的位置，即，對應于壓電變壓器裝置驅動振動模式節點的位置。
依照本發明者在對該裝置作極化處理后所執行的驅動測試，本裝置展示與傳統裝置相當的性能。
本實施例壓電變壓器裝置的結構及其制造步驟將參考圖12及圖13A到圖13D而說明于后。
圖12展示根據本發明第一實施例具有多層結構的壓電變壓器裝置。圖13A到13D解釋制造根據本發明第一實施例壓電變壓器裝置的步驟。每個圖13A到圖13D都是壓電陶瓷調帶(以下稱為調帶)6A的中間層連接導體部份沿著寬度方向的切面圖。以下描述圖12壓電變壓器裝置之制造步驟。
1)每個條帶6A事先成型如下。以Pb(Zr,Ti)-O3-為基的壓電物質粉末藉由使用球形制粉機而與水及粘合劑相混和以制成膏劑。然后調帶經刮片方法自此膏劑而成型。
2)通孔根據與中間層連接導體(8a,8b,8c,9)在調帶堆疊之時所處地點相應的位置在各調帶6A中成型。注意中間層連接導體8a及8b的孔皆有相同的直徑，且中間層連接導體8c的孔亦皆有相同的直徑。
3)調帶6A的孔填以銀-鈀糊劑以作為中間層連接導體用(在此情形下，填充物的數量設定成使每一個糊劑部份以外凸狀自每個調帶6A的表面凸出來)。
4)內部電極1a或2a被印刷在每個調帶6A上表層的根據堆疊狀態的第一區所定的位置上(圖12的左側)，且內部電極3a被印刷在根據堆疊狀態的第二區所定的位置上(圖12的右側)。此內部電極由銀-鈀糊劑形成。在本實施例，很顯然，為實現各內部電極所包含的結構，其為本實施例壓電變壓器裝置的特色所在，因此成型在每個調帶6A上的內部電極1a,2a及3a經設定以使其邊緣部份位于調帶6A邊緣部份的內側處。
內部電極1a及2a的形狀將描述于后。內部電極1a及2a經成型以使直徑上較其填入于調帶6A孔的主要側邊上的兩個中間層連接導體為大的孔根據內部電極是否連接到中間層連接導體而成型在電極上。更確切的說，當某給定內部電極印刷在具有填以中間層連接導體的孔的調帶6A上時，直徑大于其填入于調帶6A孔的主要側邊中間層連接導體的孔根據未連接到內部電極的一個中間層連接導體的上層部份而成型在該內部電極中。沒有孔成型在內部電極中對應于與該內部電極相連的其它中間層連接導體的上層部份的位置。圖13B及13C展示此狀態。
5)具有經歷以上處理的期望數目調帶6A互相堆疊。例如，圖13D展示了圖13B及圖13C的調帶6A的堆疊狀態。實際上，多個調帶如圖13D堆疊在此結構的較上及較下表面。
上述由步驟1)及3)所得的調帶6A堆疊再由調帶6A所構成多層結構的最上層部位。在其上印刷有未與中間層連接導體8a連接的內部電極2a以及內部電極3a的調帶6A如圖12的第二調帶6A那樣自底部堆疊。進一步，其上印刷有不具有孔的內部電極1a及3a的調帶6A與圖12的最底層調帶6A相同地，堆疊在所產生結構的較底層表面上。
6)接下來由步驟5)所得的調帶6A在1,150℃下做熱壓縮接合并煅燒。如圖13B及圖13C所示，空洞形成在位于內部電極的孔所形成處部位的所述凸出中間層連接導體周圍。然而因為當調帶經熱壓縮接合而互相堆疊時，空洞被填充以堆疊在中間層連接導體上的調帶6A的壓電構件，空洞被移除。
7)自銀膏(paste)形成的外部電極1、2及3以煅燒及700℃的烘烤而印刷在煅燒結構的上表面上。由此程序，外部電極1及2經由填入調帶6A內孔中的中間層連接導體8a或8b而與堆疊其下的內部電極1a及2a相連接。同樣的，外部電極3經由填入調帶6A內孔中的中間層連接導體8c而與堆疊在外部電極之下的內部電極3a及中間層連接導體9相連接。
8)本實施例的壓電變壓器裝置通過極化經以上步驟獲得的壓電變壓器裝置而獲得。
如上所示，根據本發明的壓電變壓器裝置。可實現只有外部電極1,2，及3暴露在裝置的同一表面的結構，亦可實現包括在日本專利申請案號8-52553所發表的各內部電極結構。此外，因這些外部電極用作輸入/輸出電壓的端子，與傳統壓電變壓器裝置(圖1)的外部電極不同，所以每個引線的面積可減少到可實行焊接的程度。因此，基本上本結構不需要裝在一個盒中，因此只要對實際使用時各外部電極和周圍的接觸加以適當考慮便很容易處理。
此外，本發明的壓電變壓器裝置具有排列在同一表面上的各外部電極。因此，在使用此裝置制造電源模塊或類似的程序時，裝置可直接箝入在印刷版或其類似而不用連接引線在各外部電極之間。此避免因不慎接觸而發生的觸電。此外，使用本裝置可減少產品大小，且制造過程可簡化，并方便自動組裝。
圖11是一剖面圖，展示根據本發明第一實施例裝在一盒中的壓電變壓器裝置。此剖面圖與圖9自同一位置而得。如圖11所示，當壓電變壓器裝置裝在盒7中，引線5及焊接部份4不出現在裝置的較低側。雖然未顯示，外部電極3與外部電極1及2出現在同一平面上。因此，例如，而與傳統壓電變壓器裝置(圖1)不同的是，盒子的厚度及長度可減少。參考圖14到圖17以解釋本發明之第二實施例于后。
圖14顯示一根據本發明第一實施例具有多層結構之壓電變壓器裝置的立體圖；圖15是圖14壓電變壓器裝置的平面圖。
本實施例的壓電變壓器裝置具有類似圖14及圖15所示的外部形狀。此后此結構的右半邊及左半邊將分別描述成第二及第一區。當作主要電極的外部電極21及當作次要電極的外部電極20成型在電極基元25的第一區的上表面。當作主要(輸入)電極的外部電極22成型在第一區的上表面。當作次要輸出引線電極的外部電極23成型在第二區的上表面。
因外部電極20與當成次要電極的外部電極23結合使用，外部電極20的外形及面積不需特別限制。在此實施例，因考慮到電極對流通其上的電流的電阻，所以外部電極20是在第一區的整個表面上。
接著，將描述本實施例的壓電變壓器裝置內部結構。圖16是根據圖15壓電變壓器裝置沿著G-G’的斷面圖。圖17是根據圖15壓電變壓器裝置沿著F-F’的斷面圖。圖17亦顯示在某給定時間點上壓電單元的極化方向。
如圖16及圖17所示，多個內部電極21a及22a相互堆疊在第一區中，且內部電極間的空間填入電極元件25。注意，圓形孔成型在內部電極21a及22a中，如同第一實施例，且因此內部電極21a及22a并不經中間層連接導體24a及24b互相連接在一起。
多個內部電極21a經由中間層連接導體24a而互相連接在一起。中間層連接導體24a往第一區的較上層擴展而連接到外部電極21。同樣地，多個內部電極22a經由中間層連接導體24b而互相連接在一起。中間層連接導體24b往第一區的較上層擴展而連接到外部電極22。經由此結構，盡管電壓施加在外部電極21及22之間，外部電極20與最上層內部電極21a之間的區域并未極化，如圖17所示。
在此實施例，因外部電極20與主要側邊上的外部電極21及22相絕緣，盡管極化外部電極20及最上層內部電極間的區域，并無明顯的問題發生。然而，當極化外部電極20及最上層內部電極間的區域，則此區域基于第一區之振動產生電壓，而所產生之電壓會出現在次要側邊的外部電極20及23上而形成噪聲。因此，最好此區域不被極化。
因本實施例的壓電變壓器裝置與圖12壓電變壓器裝置在第一區的多層結構、制造程序、及每個電極的材料上都幾乎是相同的，因此略去其詳細描述。然而，第二實施例的裝置與第一實施例的裝置的不同在以下幾點。內部電極21a及22a在寬度方向上夠大以便暴露在裝置的側表面。外部電極22成型在裝置的最低部份。因外部電極23是一板狀電極，所以在其上形成有內部電極21a及22a的壓電陶瓷調帶相互堆疊并煅燒之后，外部電極23才形成在第二區的終點部份。
接下來將描述外部電極21所成型的位置。在此實施例，為避免因振動而對引線或裝置本身的剝除、移除等且為避除振動的衰減，外部電極20的中心及中間層連接導體24a及24b的中心被置在對應于第一區尾端部份算起L/4的位置(L是縱向方向壓電單元25的長度)，即，對應于壓電變壓器裝置驅動振動模式節點的位置。
根據前述本實施例的壓電變壓器裝置，主要側邊的外部電極21和22與次要側邊的外部電極22和23相互絕緣以避免產生在主要側邊產生的噪聲影響到次要側邊，由此以得到良好的變壓器提升性能。
在此實施例，內部電極21a及22a暴露在壓電變壓器裝置上。然而很顯然，此些內部電極可如第一實施例地包含在壓電變壓器裝置之內。參考圖18到圖22解釋本發明第三實施例于后。
圖18顯示根據本發明第一實施例具有多層結構的壓電變壓器裝置的立體圖；圖19是圖18壓電變壓器裝置的平面圖。
本實施例的壓電變壓器裝置具有類似圖18及圖19所示的外部形狀。此后此結構的右半邊及左半邊將分別描述成第二及第一區。當作主要電極的外部電極31,32及當作次要電極的外部電極40成型在壓電單元36的第一區的上表面。當作次要電極的外部電極33成型在第二區接近尾端的部份。
因外部電極40與外部電極33結合以當成次要電極使用，外部電極40的外形及區域不需特別限制。在此實施例，與第二實施例不同地，外部電極40有與每個外部電極31幾乎一樣的尺寸大小以減少自壓電單元36中暴露的電極部份。
接著，將描述本實施例的壓電變壓器裝置內部結構。圖20是根據圖19壓電變壓器裝置沿著H-H’的斷面圖。圖21是根據圖19壓電變壓器裝置沿著Ⅰ-Ⅰ’的斷面圖。
如圖20及圖21所示，多個內部電極31a及32a交替堆疊在第一區中，且內部電極間的空間填入電極單元36。如同第一實施例，圓形孔成型在內部電極31a及32a中，且因此內部電極31a及32a并不經由中間層連接導體38a及38b互相連接在一起。
多個內部電極31a經由中間層連接導體38a而互相連接在一起。中間層連接導體38a往第一區的較上表面擴展而連接到外部電極31。
同樣地，多個內部電極32a經由中間層連接導體38b而互相連接在一起。中間層連接導體32b往第一區的較上層表面擴展而連接到外部電極32。
類似圖9第一實施例的結構，網狀的次要電極，及作為引線電極以取得升壓后的高AC電壓的外部電極33(其詳細描述及圖例將略去)都形成在第二區中接近縱向端部的位置。
因本實施例的壓電變壓器裝置與圖12壓電變壓器裝置在第一區的多層結構、制造程序、及每個電極的材料上都幾乎是相同的，因此略去其詳細描述。注意外部電極40可以在具有內部電極31a及32a成型其上的壓電陶瓷調帶相互堆疊并經煅燒之后，在形成外部電極21a及22a的步驟中制成。
接下來將描述外部電極31,32及40所成型的位置。在此實施例，與第一實施例相同地，為避免對引線或裝置本身的剝除、移除等且為避除振動的衰減，外部電極31,32，及40的中心以及中間層連接導體28a及28b的中心定位于對應于第一區尾端部分算起L/4的位置(L是縱向方向壓電單元36的長度)，即，對應于壓電變壓器裝置驅動振動模式節點的位置。
圖22是根據本發明箝入盒中的第三實施例的壓電變壓器裝置剖面圖。圖22的部份與圖21的相同。如圖22所示，當壓電變壓器裝置箝入盒37中，如圖11所示結構，沒有引線或焊接部份出現在裝置的較低層邊上。如果該裝置的使用是在如此置于盒中的情況下進行的，因考慮到外部電極40對流過其上的電流的電阻，外部電極40可用H形式成型在第一區的整個表面上，而不會接觸外部電極31和32。
如上所述，根據本實施例的壓電變壓器裝置，可實現只有外部電極31,32,40，及33被暴露在裝置的同一表面的結構。因此，除了第一實施例的效果(優點)，此第三實施例可達到第二實施例的效果，因為主要側邊的外部電極31及32可與次要側邊的外部電極33及40電絕緣。即，可實現具有良好性能的易處理壓電變壓器裝置。根據本發明所見，在如前實施例所述具有中間層連接導體的壓電變壓器裝置中，與內部電極類似地，中間層連接導體試圖衰減壓電變壓器裝置的振動并減少升壓比例(轉換效率)。因此在此實施例，使用具有高硬度的內部電極及中間層連接導體可以用在具有上述每個實施例結構的壓電變壓器裝置之中，且每個中間層連接導體的直徑設成一個預定值或比之小的值，由此抑制壓電變壓器裝置機械振動的衰減。在本實施例以下將有所描述的內部電極材料可應用在具有一般多層結構的壓電變壓器裝置中。這些材料可以應用在具有一般多層構造的壓電變壓器裝置中，而后，參考圖23-29對之加以說明。
<實施例說明>
首先參考圖23到25而描述本實施例內部電極材料應用其上的一般壓電變壓器裝置結構。
圖23顯示一具有一般多層結構的壓電變壓器裝置而本發明第四實施例的內部電極物質可應用在此裝置的立體圖。此裝置是羅森型壓電變壓器裝置的例子。
具有多層結構的壓電變壓器裝置51，其外型如圖23所示。在圖23，此后此結構的右半邊及左半邊將分別描述成第二及第一區。
在第一區中，陶瓷壓電構件57及內部電極56a及56b交替堆疊。注意所堆疊的陶瓷壓電構件數目較內部電極數目大1個。作為主要電極的外部電極54成型在第一區的較上層及較下層表面上。作為次要電極的外部電極55成型在第二區的終端部份。第一區極化在厚度方向(圖23的垂直方向)，第二區極化在縱向方向(圖23的水平方向)。
在第一區中，內部電極56a及56b的連接方法與上述實施例所述方法相同。即，交互堆疊的內部電極56a及56b屬于電連接，因而形成彼此絕緣的兩個內部電極群組。此二個內部電極群組分別電連接至在第一區上表面及下表面上的電極54。
在壓電變壓器裝置51的第一區，內部電極56a及56b和陶瓷壓電構件皆有相同的平滑外型，且內部電極56a及56b暴露在裝置的側表面。用于連結多個中間層連接導體56a及56b以成為兩個內部電極群組的中間層連接導體58成型在第一區終端部份的兩個角落部份處。在此情形下，在終端部份的兩個角落部份處，每個內部電極56a及56b中兩個角落的其中一個雕刻成直角三角形的形式(顯然地，雕刻形狀不限為直角三角形)，而內部電極56a及56b中經雕刻的角落系位于相反方向。因此，只有具有角落部份的內部電連接到中間層連接導體58。每個中間層連接導體58電連接到對應的外部電極54。由此種結構，內部電極56a及56b構成兩個內部電極群組。
在此實施例所描述的內部電極材料(其將說明于下)不僅可用在具有圖22結構的壓電變壓器裝置，而且可用在具有下述結構的壓電變壓器裝置。
圖24是一具有多層結構的壓電變壓器裝置而本發明第四實施例的內部電極材料可用在此裝置的縱向剖面圖(注意本剖面圖是沿著中間層連接導體59)。圖25是圖24的壓電變壓器裝置在寬度方向沿著中間層連接導體59的剖面圖。
在圖24及25中外部電極54及內部電極56a’及56b’是按照與前述圖23所示壓電變壓器裝置的相同方法相互電連接。注意在中間層連接導體59、各內部電極、及相應外部電極之間的連接結構與圖23的不同。這種連接結構將在以下描述。
在第一區中，兩個中間層連接導體59成型在裝置之內，而在各自層面的內部電極56a’及56b’連接到中間層連接導體59。如圖25所示，內部電極56a’及56b’交替堆疊，且相同類型的內部電極，即交互層，經由中間層連接導體59而彼此連接。孔成型在個別的內部電極中。經由此種結構，形成兩個內部電極群組。注意此二中間層連接導體59最好如每個前實施例所述成型在對應于壓電變壓器裝置驅動振動模式節點的位置上。
壓電變壓器裝置的共振頻率因振動方向的材料及長度而定。當具有對應于共振頻率之頻率的電壓施加在具有以上多層結構的壓電變壓器裝置的兩個外部電極54之間時，會因為逆壓電效應而使壓電變壓器裝置機械地以共振頻率共振，藉此產生駐波。當壓電變壓器裝置在λ模式下振動，駐波(靜止波)的節點處于對應于第一區尾端部份算起L/4的位置(L系縱向方向壓電單元25的長度)。因為駐波所產生的壓電效應，AC電壓產生在外部電極54及外部電極55之間。一般的壓電變壓器裝置經形成以使輸入電極及輸出電極間的距離較輸入電極的距離為大。因此，在輸入電極及輸出電極間所產生的電壓較輸入電極間的電壓為大。
在該實施例中，具有多層結構的壓電變壓器裝置的尺寸與一般裝置尺寸相同，即長度約10到50nm，寬度約2到15mm，而厚度約0.3到5mm。在第一區，約有5到50個壓電層，每個厚度約50到300μm，而相互堆疊。
(內部電極材料)當陶瓷壓電構件彼此相互堆疊，銀、銀-鈀混合物、銀-鉑混合物、鈀、鉑、銅、鎳等用作為壓電材料。然而，當以Pb為基的壓電材料(Pb(Zr、Ti)O3)而用作壓電變壓器裝置時，此壓電材料需在氧氣環境下以1000℃或更高的溫度來煅燒。因此，假如電極材料與此種壓電材料一起煅燒，則銀、銅、及鎳不可使用。因鉑昂貴，此材料較少單獨使用，而一般使用如銀-鈀混合物或銀-鉑混合物的導體。
在此實施例，每個內部電極56a及56b由包含20到80wt％鈀的銀-鈀混合物所構成。
每個內部電極的厚度影響Qm(機械品質系數)。雖然影響的程度與壓電變壓器裝置本身的大小及內部電極所堆疊的數目有關，使用以上一般內部電極大小及堆疊數的本實施例中，每個內部電極的厚度設為1到5μm間。
以下敘述Qm。壓電變壓器裝置的轉換效率與裝置的Qm有密切的關連。即，當Qm增加而其他參數不變時，能量損失減少，而轉換效率增加。此種能量損失及Qm間的關連可由羅森式壓電變壓器裝置升壓比公式所得。
Qm亦代表對某振動衰減的阻尼。當某振動衰減的阻力增加，則維持振動所需的能量減少。結果，轉換效率增加。
具有高Qm的材料一般用于壓電變壓器裝置中作為每個壓電構件的材料所用。若例如，使用以PZT為基的壓電陶瓷材料，可有增加微量的鐵或錳到陶瓷材料中以獲得具有高Qm的壓電材料。
(陶瓷壓電構件)例如，鋯鈦酸鉛為基(PZT為基礎)的陶瓷材料一般用作壓電單元的陶瓷材料。然而，在本實施例，銀-鈀混合物經使用以增加轉換效率(升壓比例)。一般，銀-鈀混合物較銀-鉑混合物為堅硬。然而，假如銀-鈀混合物中鈀的重量比例小于20％，因每個中間層連接導體(電極)的硬度較差而使Qm減少。結果使轉換效率的上升趨勢受壓抑。當鈀的重量比例超過80％，經煅燒的導體密度將減少。結果，Qm減少，而因此不能使轉換效率增加。
在此實施例，銀鈀混合物包含20％到80％比重的鈀，該混合物用做陶瓷壓電構件的材料。
假如銀-鈀導體填入于陶瓷壓電構件之間，Qm基本上較單獨陶瓷壓電構件為減少。在具有以上大小及內部電極數目的壓電變壓器裝置中，假如每個中間層連接導體厚于5μm,Qm的減少不可忽略，而轉換效率的減少將掉到可允許的范圍之外。相反的，假設每個內部電極薄于1μm。在此情況下，當多個內部電極與陶瓷壓電構件一起煅燒，因表面張力的原因內部電極材料傾向成圓形。結果，內部電極材料變成網狀，而連續板狀導體將不可獲得。假如使用這種狀態的內部電極，均勻電場不能加在各內部電極間的陶瓷壓電構件中。因而，不能獲得足量的電子-機械能量轉換功能，而使轉換功效受挫。
(中間層連接導體)當各自內部電極(兩個內部電極群組)的電連接藉由使用中間層連接導體所實現時，此裝置(陶瓷壓電構件)的振動被中間層連接導體所衰減，而與前述內部電極情形相同的原因轉換效率因而減少。另外，假如每個中間層連接導體的直徑增加，每個陶瓷壓電單元的振動將更容易被衰減。相反的，假如每個中間層連接導體的直徑減少，每個中間層連接導體本身的電阻變得太大以至于不可忽略，而使整體陶瓷壓電構件的阻抗增加。結果，Qm值減少，因此轉換效率亦減少。
在此實施例，中間層連接導體59本身包括一個鈀占20％到80％比重的銀-鈀混合物，而其直徑為20μm或較小。
當中間層連接導體以上述方法而將內部電極彼此連接，則中間層連接導體可放置在壓電變壓器裝置第一區平面內的任何位置處。然而，中間層連接導體最好放在對應于裝置振動節點的位置。藉由放置中間層連接導體在裝置中最小振動的位置，可最小化因中間層連接導體而對裝置造成的振動衰減。
<具有多層結構的壓電變壓器裝置的制造方法>
產生具有以上結構壓電變壓器裝置的方法并不特別限制。然而，此裝置最好以已知制造低溫煅燒多層陶瓷基片的方法來制造。在以下將簡略描述使用制造低溫煅燒多層陶瓷基片方法以制造壓電變壓器裝置的方法。
首先將描述展示在圖23所示的壓電變壓器裝置制造程序。當內部電極以如圖23所示的中間層連接導體(中間層連接導體58)來彼此地電連接時，壓電陶瓷調帶首先藉由刮片方法等而成型，然后加以切割以形成具有期望平面大小的裝置。在此情形之下，每個壓電陶瓷調帶的切割大小可設定成在大量生產時具有期望數目的壓電變壓器裝置的陣列總長度，以切割由多個壓電陶瓷調帶所堆疊的多層結構而得到多個壓電變壓器裝置。
用作內部電極的導體糊劑(paste)藉由使用網罩而以前述內部電極的形式印刷在每個壓電陶瓷調帶表面。在此例中，根據該實施方案，一直角三角形的帶凹槽部份成型在每個內部電極中壓電變壓器裝置第一區經線尾端的某角落部份。很顯然，在圖23所示的壓電變壓器裝置，內部電極具有由在角落部份不同位置開槽而形成的兩種類型的帶凹槽的圖案。
具有此二圖案的內部電極被印刷其上的壓電陶瓷調帶是以期望的數目互相堆疊起來。其上未印刷內部電極的壓電陶瓷調帶堆疊在所得多層結構的上表層上。具有堆疊內部電極的壓電陶瓷調帶予以熱壓縮接合及煅燒(calcine)。
接著，將所合成的結構依需要施以如切割及磨光之類的處理，而使銀糊劑烘焙。經由此程序，內部電極54,55及中間位準連接導體54形成了，而后進行極化。
由以上制造程序，得到圖23所示具有多層結構的壓電變壓器裝置。
以下描述圖24及25所示壓電變壓器裝置的制造程序。在圖24及25所示各個內部電極經中間層連接導體相互連接的結構情況下，壓電陶瓷調帶首先經由刮片方法等成型，而后經切割以得到具有期望平面尺寸的裝置。此外，孔成型在各個調帶的以中間層連接導體填入的部分。在此情形之下，每個壓電陶瓷調帶的切割大小可設定成為大量生產時由期望數目的壓電變壓器裝置組成的陣列總長度，以通過切割由多個壓電陶瓷調帶所堆疊的多層結構而得到多個壓電變壓器裝置。
圖26顯示根據本發明第四實施例形成有孔的壓電陶瓷帶。參考圖26,8個孔61成對地形成在壓電陶瓷調帶60之中。因此假如，獲自堆疊多個壓電陶瓷調帶60的多層結構經煅燒而予以切割，可獲得4個壓電變壓器裝置。
一中間層連接導體糊劑被利用金屬罩等以印刷方法而填入每個孔。圖27展示此狀態。圖27展示根據本發明第四實施例中間層連接導體糊劑62填入每個壓電陶瓷帶60的狀態的部份切面圖。
接著，一內部電極糊劑藉由使用網罩而以內部電極56a’或56b’的形式印刷在每個壓電陶瓷調帶之上。圖28及29展示此狀態。
圖28及29展示在本發明第四實施例中于壓電陶瓷調帶60之上印刷內部電極56a’及56b’的狀態。如圖28及29所示，圓形孔成型在內部電極56a’及56b’中以使中間層連接導體不與對應的內部電極相連接。例如圖28所示，因孔成型在每個內部電極56a’的上部左側部分，因此內部電極56a’及中間層連接導體62之間的絕緣可維持。孔成型在每個內部電極56a’的上部右側部分。因此當此內部電極印刷在調帶60之上時，內部電極連接在中間層連接導體62的此部位。
前述圖28及29的多個壓電陶瓷調帶經制造而交替堆疊起來。當裝置完成之后一孔成型在合成多層結構的最上表面內以允許與內部電極相連接，而其上未印刷有內部電極的壓電陶瓷調帶被堆疊在此結構上。
堆疊好的壓電陶瓷調帶予以熱壓縮接合及煅燒。接著，將合成結構依需要施以如切割及磨光的處理。而后使銀糊劑烘焙。經由此程序，外部電極54,55，而使合成結構極化。
經由以上制造程序，獲得一如圖24及25所示具有多層結構的壓電變壓器裝置。注意每個實施例的壓電變壓器裝置可藉由使用以上制造程序作為基本程序而大量生產。
<范例描述>
下面將描述圖23第四實施例壓電變壓器裝置和圖24和25中壓電變壓器裝置的非限制性實例和比較實例。
圖23的壓電變壓器裝置的范例1至5和比較范例將參照圖30加以說明。
(范例1-5)1百份重量的Pb(Zr,Ti)-O3-為基的壓電物質粉末與25份重量的水及10份重量的乳膠式丙稀酸-為基的接合劑共同混合而由使用球狀磨制裝置制出泥狀物。將泥狀物以刮片裝置制出調帶，其經風干后厚度為130μm，而經煅燒后厚度為100μm。
合成調帶經切割成100mm長及100mm寬的長方形。之后，調帶黏貼在印刷框中，而包含具有圖30重量比的銀及鈀的內部電極經屏蔽罩以印在對應于壓電變壓器裝置第一區的調帶部份。注意，內部電極根據兩種形式的圖案而印刷以使帶凹槽的部分以直角三角形的形式形成在每個內部電極中，其具有在經過堆疊內部電極、將堆疊結構煅燒、及切割結構后而得的多層結構的第一區的縱向端部分的一個角落部份中具有兩個2-mm長度的側邊。
此外，改變屏蔽罩的乳劑厚度及糊劑的固態成分的同時，印刷出內部電極，由此在煅燒后形成具有圖30中預定厚度的內部電極。
接著，其上印刷有以上兩種形式圖案的內部電極的調帶各自交替堆疊10層，而類似上述其上未印刷內部電極的調帶的壓電陶瓷調帶堆疊在內部電極暴露其上的合成結構表面上。
合成結構在100℃及30Mpa的熱壓縮接合，并在空氣中以1,150℃以煅燒兩小時。
所得煅燒結構切成長度48mm寬度10mm，且第一區上表面及下表面的外部電極54以及第二區縱向尾端部份的外部電極55與銀糊劑一起印刷并烘焙在700℃。對外部電極54而言形成直角三角形的同樣的帶凹槽部份以使各相鄰內部電極有在水平上相反的模型。此外，與每個外部電極54及55相似地，在寬度及縱向方向皆為1mm寬的中間層連接導體58與銀糊劑在700℃印刷在厚度方向第一區縱向結尾部份兩個角落部份的整個外部部分。
經過圖23所示的處理，獲得具有與外部電極相連的內部電極在極化之前的裝置。
此裝置在極化之前的第一區在空氣中以250℃及電場強度3MV/m(300V/100μm)極化。在第二區中，輸入電極(外部電極54)在空氣中被短路并以250℃及電場強度0.8MV/m(19Kv/24mm)極化。
由以上處理，得到根據圖23實施例的多層式壓電變壓器裝置。
一個50kΩ的負載電阻、一安培計、及一電壓計連結到得自此實施例的每個多層式壓電變壓器裝置的輸出邊，而一個電源、一安培計、及一電壓計連接到輸入邊。在此狀況下，輸入功率及輸出功率的測量在預定輸出保持在2W時測量，由此算出轉換性能。圖30展示此結果。
在對轉換性能測量之后，每個具有多層結構的壓電變壓器裝置被切割，并測量每個內部電極的厚度。結果，可以確認每個內部電極具有先前決定之值。
(比較例1-5)具有多層結構的壓電變壓器裝置以與范例相同的方法采用圖30的銀/鈀混合比例而制成，以便內部電極具有圖30的內部電極厚度。
各裝置的轉換效率與范例中的內部電極厚度一起測量。圖30顯示其結果。
如圖30的結果所清楚所示，當內部電極的銀/鈀比例在80/20到20/80之間，且厚度在1到5μm之間時，壓電變壓器裝置的變換效率達到85％或更多。明顯的，與前述值在前示范圍之外的比較例相比較可達成轉換性能的改進。
展示在圖24及25的壓電變壓器裝置范例6至12以及比較例6至12將參考圖31而描述在后。
(范例6至12)1百份重量的Pb(Zr,Ti)-O3-為基的壓電物質粉末與25份重量的水及10份重量的乳膠型丙稀酸-為基的接合劑共同混合而使用球狀磨制機制出泥狀物。將泥狀物經風干而以刮片裝置切成厚度為130μm的調帶，而經煅燒后的厚度為100μm。
合成調帶經切割成100mm長及100mm寬的長方形。之后，調帶黏貼在印刷框中，而擬填入中間層連接導體的圓形孔經使用打孔裝置而形成在調帶先前決定的位置處，以便各個孔在煅燒后具有圖31的直徑。在煅燒及切割后所述孔在自裝置縱向結尾部份12mm算起的位置處按間隔2mm排列，該位置即對應以λ模式振動的振動節點。
上述孔被填充以使用金屬罩印刷方法而將有機接合劑等以圖31的不同組成比例添加到銀-鈀混合物所獲得的中間層連接導體糊劑。由此所得的結構被風干。以與中間層連接導體相同的銀/鈀比例而構成的內部電極經使用屏蔽罩而印刷在具有填以中間層連接導體糊劑的孔的壓電陶瓷調帶上，以使內部電極不會自切割調帶的側表面凸出來。在圖28和29，每個內部電極經印刷以使電極在煅燒之后長23.5mm而寬9mm，且具有一與對應中間層連接導體相同中心的圓孔，且在直徑上較中間層連接導體長1mm。
接著，在改變屏蔽罩的乳劑厚度及糊劑的固態成分的同時，印刷內部電極，由此在煅燒后形成圖31具有先前決定厚度的內部電極。
如圖29所示的十個圖案及如圖28所示的9個圖案彼此交替堆疊而使構成內部電極的表面成為上表面而如圖29的圖案成為最上表面。只有一中間層連接導體在其右側邊上成型(沒有內部電極印刷其上)的壓電陶瓷調帶被堆疊在多層結構的最上表面。如圖28所示其上在側邊沒有形成中間層連接導體的壓電陶瓷調帶被堆疊在多層結構的最下層表面。
每個多層結構在100℃及30Mpa下熱壓縮接合，并在空氣中以1,150℃以煅燒兩小時。
此樣本再切割成長度48mm寬度10mm以使內部電極不暴露在側表面上。與銀糊劑相混后，外部電極54印刷在每個樣本第一區的最上及最下表面，而外部電極55印刷在第二區的縱向尾端部份。合成結構在700℃下烘焙。結果，得到極化前的壓電變壓器裝置，其每個都具有如圖24及25的結構。
在極化之前每個裝置的第一區(多層側邊)在空氣中以250℃及電場強度3MV/m(300V/100μm)處理。在第二區中，輸入電極(外部電極54)被短路并在空氣中以250℃及電場強度0.8MV/m(19Kv/24mm)極化。
經以上處理，得到根據圖24及25實施例的多層式壓電變壓器裝置。
一個50-kΩ負載電阻、1安培計、及1電壓計連結到得自此實施例的每個多層式壓電變壓器裝置的輸出邊，而一電源、一安培計、及一電壓計連接到輸入邊。在此狀況下，輸入功率及輸出功率的測量在預定輸出量保持在2W時進行，由此算出轉換效率。圖31展示此結果。
在轉換性能測量之后，每個具有多層結構的壓電變壓器裝置被切割，并測量每個孔的直徑和每個內部電極的厚度。結果，可以確認每個內部電極具有先前決定之值。
(比較例6-13)具有多層結構的壓電變壓器裝置以與范例6到12的相同方法利用圖31的銀/鈀混合比例而制成以便內部電極具有圖31的內部電極厚度。
范例6到12中各個裝置的轉換效率與孔的直徑以及內部電極厚度一起測量。圖31顯示其結果。
如圖31的結果所清楚顯示，當內部電極的銀/鈀比例在80/20到20/80之間，且厚度在1到5μm之間而中間層連接導體的直徑在50到200μm之間時，壓電變壓器裝置的轉換效率為85％或更多。明顯的，與比較例中前述值在前示范圍之外相比時可明顯提高轉換效率。
如前所述，假如在此實施例的具有多層結構的壓電變壓器裝置使用內部電極材料及中間層連接導體而成型，可實現具有良好轉換性能(升壓)的壓電變壓器裝置。因此當與具有類似輸出容量的傳統壓電變壓器裝置相比較時本裝置可在尺寸上減少。
顯然地，本發明并不限制于每個參考附圖所描述的實施例，且實施例的組合亦包括在本發明的范圍內。
如前所述，根據本發明，提供一個可確保安全、易于操作、并展示作為變壓器所能具備的良好性能的壓電變壓器裝置。
而且，提供具有高轉換性能的壓電變壓器裝置、在自動生產處理時易于處理的壓電變壓器裝置、以及主要和次要邊互相絕緣并展示良好轉換性能的壓電變壓器裝置。
本發明的許多明顯而廣泛的不同實施例可在不違反其精神及范圍下而制作，需了解除了在后附權利要求書的有關定義之外，本發明不限制于其各個實施例。
權利要求
1．壓電變壓器裝置(6A，57)，具有一輸入區，在該輸入區內陶瓷壓電構件和內部電極(56a,56b)彼此交替堆疊，每個所述內部電極(56a,56b)本質上由含20-80wt％的鈀的銀-鈀混合物構成，并且所述內部電極具有1到5μm的厚度。
2．根據權利要求1所述的裝置，其特征在于所述多個內部電極(56a’及56b’)被包含在所述壓電變壓器裝置之中，并經過包含在該壓電變壓器裝置中的至少兩個柱狀導體(59)而彼此相互連接，所述柱狀導體(59)本質上由鈀的重量占20-80％的銀-鈀混合物所構成，并且其直徑不超過200μm。
3．根據權利要求2所述的裝置，其特征在于所述多個內部電極(1a,2a,56a’,56b’)是所述壓電變壓器裝置的主要電極并經過所述至少兩個柱狀導體(8a,8b,59)而彼此交替連接，由此構成兩個內部電極群組。
4．根據權利要求3所述的裝置，其中該至少兩個柱狀導體(8a,8b,59)成型在對應于該壓電變壓器裝置驅動振動模式節點的位置上。
5．根據權利要求2所述的裝置，其特征在于該多個內部電極(3a)是該壓電變壓器裝置的次要電極。
6．根據權利要求5所述的裝置，其特征在于該多個內部電極(3a)經過至少所述兩個柱狀導體(8c,9)而以網狀形式彼此相互連接。
7．壓電變壓器裝置，具有極化在厚度方向的第一區以及成型在第一區中的主要電極，具有極化在縱向方向的第二區以及成型在第二區中的次要電極，以及相互堆疊的多個壓電構件(6a)，其包含多個第一內部電極(1a,2a)，其排列成在多個壓電構件(6A)間的所述主要電極并包括在該第一區中；多個第二內部電極(3a)，其排列成在多個壓電構件(6A)間的次要電極并包括在該第二區中；第一外部電極(1,2)，其成型在該壓電變壓器裝置的一表面上以將電壓施加到該多個第一內部電極(1a,2a)中；第二外部電極(3)，其成型在該壓電變壓器裝置的一表面上以取得經該多個第二內部電極(3a)施加電壓而產生于該壓電變壓器裝置中的電壓。
8．根據權利要求7所述的裝置，其特征在于該第一及第二外部電極(1,2,3)成型在該壓電變壓器裝置的同一平面上。
9．根據權利要求7或8所述的裝置，其特征在于該多個第二內部電極(3a)經多個包含在該第二區的柱狀導體(8c,9)而以網狀相互連接。
10．根據權利要求7所述的裝置，其特征在于該第一外部電極(1,2)成型在該壓電變壓器裝置中對應于驅動振動模式節點的位置。
11．根據權利要求7或10所述的裝置，其特征在于該多個第一內部電極(1a,2a)經包含在第一區的至少兩個柱狀導體(8a,8b)而交替連接，由此構成兩個內部電極群組。
12．根據權利要求11所述的裝置，其特征在于該至少兩個柱狀導體(8a,8b)成型在該壓電變壓器裝置中對應于驅動振動模式節點的位置。
13．根據權利要求9所述的裝置，其特征在于該由所述多個第二內部電極(3a)及所述柱狀導體(8c,9)所構成的網狀次要電極在寬度方向不超過該壓電變壓器裝置5％的橫截面。
14．根據權利要求8所述的裝置，其特征在于進一步包括一個與該第一及第二內部電極(31a,32a,33a)相絕緣的第三外部電極(40)并且構成為在該第一區的所述平面上的所述第二電極的另一電極。
15．根據權利要求14所述的裝置，其特征在于處于該第三外部電極(40)及該第一內部電極(31a)間的所述多個壓電構件中最接近該第一內部電極的一個構件未被極化。
16．根據權利要求15所述的裝置，其特征在于該第三外部電極(40)成型在該壓電變壓器裝置中對應于驅動振動模式節點的位置。
17．根據權利要求7-16之一所述的裝置，其特征在于每個所述的第一內部電極(1a,2a,31a,32a)和/或所述的第二內部電極(3a,33a)基本上由鈀重量占20-80％的銀-鈀混合物所構成并具有1-5μm的厚度。
18．根據權利要求17所述的裝置，其特征在于該柱狀導體(8a,8b,38a,38b)基本上由重量上包含20-80％鈀的銀-鈀混合物所構成并在直徑上不超過200μm。
19．壓電變壓器裝置，其具有極化在厚度方向的第一區以及成型在第一區中的主要電極，具有極化在縱向方向的第二區以及成型在第二區中的次要電極，以及相互堆疊的多個壓電構件(6A)，其包含多個內部電極(21a,22a)，其排列在該第一區中多個壓電構件間構成所述主要電極；多個第一外部電極(21,22)，其成型在該壓電變壓器裝置(6A)的一表面上以將電壓施加到該多個內部電極(21a,22a)中；第二外部電極(23)，其在該第二區的端部分構成為所述次要電極；第三外部電極(20)，其與該多個內部電極(21a,22a)及該第一和第二外部電極(21,22,23)相絕緣，并且成型在所述第一外部電極所成型于的所述壓電變壓器裝置第一區的一表面上而成為所述次要電極的另一電極。
20．根據權利要求19所述的裝置，其特征在于處于該第三外部電極(20)及該第一內部電極(21a)間多個壓電構件(6A)中最接近該第一內部電極的一個構件未被極化。
21．根據權利要求20所述的裝置，其特征在于該第三外部電極(20)成型在該壓電變壓器裝置中對應于驅動振動模式節點的位置。
22．根據權利要求19、20或21所述的裝置，其特征在于該多個內部電極(21a,22a)經包含在該第一區的至少兩個柱狀導體(24a,24b)而交替連接，由此構成兩個內部電極群組。
23．根據權利要求22所述的裝置，其特征在于該至少兩個柱狀導體(24a,24b)成型在該壓電變壓器裝置中對應于驅動振動模式節點的位置。
24．根據權利要求23所述的裝置，其特征在于該內部電極(21a,22a)包含在該壓電變壓器裝置之中。
25．根據權利要求19-24之一所述的裝置，其特征在于所述多個內部電極(21a,22a)基本上由重量上包含20-80％鈀的銀-鈀混合物所構成并具有1-5μm的厚度。
26．根據權利要求25所述的裝置，其特征在于該柱狀導體(24a,24b)本質上由重量上包含20-80％鈀的銀-鈀混合物所構成并在直徑上不超過200μm。
全文摘要
在壓電變壓器裝置(36)中,多個內部電極在其左側互相堆疊在一起。這些內部電極經由內層連接導體彼此交替連接以構成兩個內部電極群組。一個次要輸出電極以網狀成型在右側接近裝置端部分(36)中。只有連接到兩個內部電極群組的主要輸入電極(1,2)、一個次要輸出電極(40)、及網狀的次要輸出電極的引線電極暴露在裝置的同一表面。
文檔編號H01L41/047GK1230292SQ9719784
公開日1999年9月29日 申請日期1997年7月10日 優先權日1996年7月12日
發明者石川勝之, 藤村健, 外山正明, 片岡昌子, 江崎徹, 山川孝宏, 井上嘉和 申請人:太平洋水泥株式會社