[发明专利]叠层式压电元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种叠层式压电元件及其制造方法，且特别是有关于一种可减少破损和减少体积的叠层式压电元件及其制造方法。

背景技术

压电材料在晶相上存在造成电荷分布不均的不对称中心，经过极化处理后，即可将输入的电压转换成机械位移，或是使之形变而产生电流。若输入的电压为交流电，则材料会随之振动并产生振波。反之，若按压压电片，使压电片产生形变位能，则弹放瞬间其位能经由压电片转变为电能。

由于特殊的材料特性，压电材料很适合应用在日常生活的许多元件中，而达到节能和环保的目的。例如：应用压电元件在小型电子产品的镜头时，如手机照相镜头，可由供给一固定电压予放置在镜头下方的压电元件，使之产生一固定膨胀量，进而推动上方镜头以进行对焦。若压电元件应用于超声波喷雾器时，可利用压电效应的高频振动原理，使压电陶瓷片产生高频率震波而将水分子分裂为极小的雾状粒子送到空气中。另外，也可利用压电效应使形变后的压电材料产生电流，例如将压电元件放置在汽车引擎的吸震材内，当引擎震动时会连带振动压电材料使之形变，进而产生电流，达到回收部分能量的节能效果。其它如喷墨打印机喷嘴的油量控制器、超声波医疗成像(medical image)或是侦测结构内部情况的非破坏检测…等等，也是常见的民生或工业用品应用。然而，绝大部分的压电材料制作的压电致动元件都是以包括了叠层多片压电材料的方式来增加驱动的变形量、或是产生较大的电流，其原因不外乎是：(1)因为压电材料变形量为非线性，以片状叠层容易控制其变型量；(2)可以用较小的电压驱动同时得到较好的频率响应。

请参照图1，其绘示一种积层型(stack type)压电致动元件的示意图。致动元件中垂直叠层的多片压电材料片2之间电性连接，并经由两侧边电性导通所述压电材料片2。当以低电压驱动该元件时，可使压电材料片2产生形变，而使整体高度自原叠层高度L膨胀至(L+ΔL)。

在应用积层型压电致动元件时，传统上还需以一具壳体功能的导电包围结构或框架来固定所述压电材料片。请参照图2，其绘示一种传统压电致动器(piezo-acturator)结构的示意图。压电致动器包括多片垂直叠层的压电材料片2、夹置于所述压电材料片2之间的电极层3、可固定所述压电材料片2的一框架4、和可电性导通多层电极层3的接触层5。其中，框架4连接压电材料片2的侧面，并通过铜线7与一外部连接器6电性连接。如图2所示，当施以一操作电压于连接器6时，若右半部和左半部的框架4分别与正极和负极连接，则由上到下偶数层和奇数层的电极层3分别带正电和负电，因而在电极层3有交叠到的中心区域M相应地产生电场，使对应于中心区域M的压电材料片2部分产生变形膨胀，膨胀方向如箭头所示。而至于对应于边缘区域R的压电材料片2部分，由于没有电场作用，则膨胀得很少。而压电材料片2两端由于被框架4限制住，也无法变形。

然而，此种传统压电致动器结构，在实际应用时仍有许多缺点。由于压电材料片2的两端被框架4固定，当压电材料片2的中心部分变形膨胀时，在侧边的总高度是不会改变的，因此压电材料片2在对应中心区域M和边缘区域R的交界处会产生拉伸应力(tensile stress)，压力分布相当不平均。所需要的变形量越高，相应而生的拉伸应力就越大，很容易产生破裂的情况。而且，只有对应中心区域M的压电材料片2部分可以有效进行变形，电极部分未交叠到的边缘区域R都无法有效进行压电效应。再者，为了固定叠层的压电材料片2必须加上框架4的设计，也会使整体体积变得更大、更笨重。

发明内容

本发明是有关于一种叠层式压电元件及其制造方法，使制造后的叠层式压电元件在应用时可令压电材料整面性均匀地变形，而减少损坏和破裂的机率，并使外观更为简化，大幅缩小整体体积。

根据本发明，提出一种叠层式压电元件，包括多层压电材料层、多层导电层、一第一导通孔和一第二导通孔、以及多个绝缘部。压电材料层间隔设置于导电层之间。第一、二导通孔分别贯穿所述压电材料层和所述导电层，其中第一、第二导通孔内填充有一导电材料。绝缘部则一一对应地形成于导电层处，且相邻的两绝缘部分别位于第一、第二导通孔的外缘，使所在的导电层和导通孔内的导电材料电性隔绝。