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开发案例的介绍压电陶瓷

什么是形成了裂纹控制层的高可靠性压电陶瓷执行元件?

压电陶瓷

“套管压电陶瓷执行元件”除了在通过电压伸缩的“压电陶瓷”上施加无机涂层之外,为了防止出现裂缝而特意增加了裂纹控制层,通过自主开发的技术大幅提高了耐久性和可靠性。所有这些努力都是为了能够承受在恶劣环境下工作的半导体制造设备用质量流量控制器。我们采访了开发人员,了解了套管压电陶瓷执行元件的可能性。

压电陶瓷画像01

汽车行业市场占据很大份额

首先,请您为我们介绍一下什么是“压电陶瓷”。

PIEZO在日语中有“压电”的意思,具有施加电压后进行伸缩的特性。这是用肉眼无法观察到的微米级世界。京瓷的压电陶瓷已经被用于柴油发动机喷油器的燃料喷射控制之中,在该领域占据很大市场份额。此外,可通过智能手机屏幕的振动传声的“智能声音接收器(SMART SONIC RECEIVER)”和汽车的油位传感器也使用了压电陶瓷。

压电陶瓷是从什么时候开始生产的?

压电蜂鸣器用的单板型在京瓷创业之初就有,而用于喷油器的层压型是1999年研发,于2005年批量上市的。这次介绍的“套管压电陶瓷执行元件”的开发始于2008年。

压电陶瓷画像03 压电陶瓷画像04

通过逆向思维实现技术创新

请问开发“套管压电陶瓷执行元件”的契机是什么?

正如我之前提到的,我们在2005年完成了柴油发动机用压电陶瓷的开发,在探索新的开发主题的过程中,收到了客户是否可以生产质量流量控制器用压电陶瓷的咨询,我们是以此为契机着手开发的。原本在汽车行业就有销售实绩,由此判断会很容易开拓市场,但是,这种产品是在“温度”和“电压”条件非常严格的前提下使用,因此,需要大幅提升性能。

所要求的规格不一样对吧?

喷射器在3/1000秒内喷射9次燃料,需要进行超高速ON/OFF切换。另一方面,质量流量控制器需要像精确开闭阀门一样发挥作用,以确保气体流量的稳定。也就是说,始终处于施加电压的状态。

压电陶瓷画像06

那是如何攻克这个难题的呢?

普通的压电陶瓷使用的是硅树脂涂层,硅树脂在高温恶劣环境下会分解,并导致击穿。为了解决这一问题,我们使用了特殊无机材料涂层,大大提高了压电陶瓷的可靠性。而且,提高了湿度的耐受性,即使放入完全密封结构的不锈钢外壳中也没有问题。

这样问题就解决了。

另一个特点是“裂纹控制层”。刚才说过,压电陶瓷会伸缩,但有拉伸的部分和不拉伸的部分,应力集中在分界线上,容易产生裂纹,造成短路。为了防止出现这个问题,我们设置了虚线状的裂纹控制层。

压电陶瓷画像08

不是“为防止出现裂纹而提高强度”,而是“特意设置易损层”,这完全是一种逆向思维啊。

这也是通过不断的实验产生的想法。既然会出现裂纹,那我们在一开始加上裂纹就好了,这就是我们的想法刚才简单地说是虚线状,其实在生产过程中包含了我们的专有技术。一般来说有20层左右就不会短路,但在气体流量控制器用压电陶瓷执行元件上设置了900多层。在加入裂纹控制层的同时实现多层堆叠是我司的优势所在。在成本方面也具有很大的优势。

也就是说套管压电陶瓷执行元件是在现有的技术上推陈出新的成果。

本产品在可靠性方面具有绝对优势,这并不是朝夕可以做到的,我们有这样的自信。我们的目标是将其应用于更多半导体制造装置用气体流量控制器之中。小型化、大流量化――。我们相信,在日新月异的半导体行业,通过不断开发符合市场需求的产品,套管压电陶瓷执行元件可以发挥重大的作用。

压电陶瓷画像10
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