(57)【要約】 【課題】  積層圧電部品へのリード線の半田付けにおいて、製品の信頼性を向上させるとともに、品質や生産性に影響を及ぼすばらつき要因を除外することで、製造コストの低減をはかる積層圧電部品の製造方法を提供する。【解決手段】  積層圧電部品にリード線６を半田付けする際、積層圧電部品から離間配置した熱源１０により、非接触に加熱を行うことで、製造条件のばらつきを低減する。また、積層圧電部品と熱源１０の間に配置した所望の開口部を有する遮蔽部材１１、および積層圧電部品に取り付ける冷却部材１２を用いることで、積層圧電部品の製造歩留まりと信頼性に影響する、急激な熱応力の発生を抑制する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミック層と内部電極層を交互に積層して積層体を形成し、前記積層体の側面に露出した前記内部電極層を一層おきに覆って絶縁材料層を形成し、前記絶縁材料を覆って一層おきに前記内部電極層と導通する外部電極を形成し、前記外部電極の各々は定量の半田を介してリード線を接続する積層圧電部品の製造方法であって、前記積層圧電部品から離間配置された熱源と、前記熱源と前記積層圧電部品の間に開口部を有する遮蔽部材を配して、前記熱源からの輻射熱の量を調節することにより、前記半田を配したリード線接続部位の温度を制御しながら前記半田の溶融固化を行うことを特徴とする積層圧電部品の製造方法。
【請求項２】
前記積層圧電部品に冷却部材を接触させて、前記積層圧電部品の温度を制御することを特徴とする請求項１記載の積層圧電部品の製造方法。
【請求項３】
前記半田はクリーム半田であることを特徴とする、請求項１ないし２のいずれかに記載の積層圧電部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電セラミックス層と内部電極層を交互に積層して形成する積層圧電部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のメカトロニクスの進歩に伴い、高性能な微小機械の実現や、製造技術における高精度な位置決め制御に不可欠な要素技術として、例えば圧電アクチュエータのような圧電材料を用いた部品が注目されており、さまざまな分野への応用開発がなされている。
【０００３】
圧電アクチュエータは、圧電材料の部材に電極を形成したもので、電極に電圧をかけると前記圧電材料の部材が伸び縮みすることで変位を得るものである。圧電アクチュエータは変位範囲こそ小さいが、変位精度、発生力、応答速度ともに他のアクチュエータよりも優れている。
【０００４】
圧電アクチュエータのなかでも、圧電材料を積層して形成する積層圧電アクチュエータは、微小な機械的変位を高速で制御することが可能であることから、精密位置決め機構などに多用されている。また、低い駆動電圧でも比較的に高い駆動力を得ることができる低消費電力性も特徴であり、デジタルカメラのフォーカス制御など、その優れた特性を活かした用途への応用がなされている。
【０００５】
図１は、積層圧電アクチュエータの構造を説明する図である。積層圧電アクチュエータ１は、圧電セラミック材料などを厚さ１ｍｍ以下の層状に形成した圧電材料層２に、内部電極層３を設けて積層した積層体であり、前記積層体の側面に露出した内部電極層３を一層おきにガラスや樹脂等の絶縁材料層４で覆い、前記絶縁材料層４を覆って前記内部電極層３と一層おきに導通する外部電極５を形成し、外部電極にはアクチュエータの駆動回路（図示せず）と接続するリード線６を、半田接合部７を介して半田付けして形成される。
【０００６】
従来、前述の積層圧電アクチュエータに代表される積層部品の電極にリード線を半田付けする方法としては、半田コテを用いた手作業で行われることが多かったが、部品の小型化に伴う加工精度の向上とコスト低減の要求を背景に、半田コテを取り付けたロボットによる糸半田を用いた半田付け方法などがあり、このような半田付け方法は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００７】
しかし、圧電材料層の一辺が３ｍｍ以下である小型の積層圧電部品では、主な市場が一般の民生電子機器類であることから、製品の品質向上と製造コストの低減は極めて重要な課題であり、製造工程に高価なロボットを導入することは困難な場合がある。
【０００８】
一方、従来の半田コテを用いた半田付け方法の場合、作業者の技量や半田コテの形状、先端の汚れ具合、外部電極の面積変化などの要因が複合的に影響を与えるため、品質や生産量にばらつきが生じ易いという問題があった。
【０００９】
また、外部電極の寸法が一辺１ｍｍ以下になるような小型の積層圧電部品の場合、接続するリード線の線径も０．２ｍｍ以下のものを用いる必要があるため、半田付け部位での半田供給位置と半田コテ位置の制御に高い精度が求められることから、製品品質と製造コストの両立に問題があった。
【００１０】
また、小型の積層圧電部品では、半田接合部と絶縁材料層との間で、半田付け時の熱的な影響を回避するような距離を確保することが寸法上の制約により困難な場合が多く、耐熱性や耐環境性に優れた絶縁材料としてガラスやセラミックなどの硬脆材を選定した場合には、急激な熱膨張により絶縁材料に亀裂が入り絶縁不良が発生することを避けるため、厳密な条件下での半田付け作業が求められ、生産性に影響を及ぼすため製造コストの低減に問題があった。
【００１１】
【特許文献１】特開平５−２０８２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の技術的課題は、品質の向上と生産性の向上による製造コスト低減を両立させた、積層圧電部品の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、圧電セラミック層と内部電極層を交互に積層して積層体を形成し、前記積層体の側面に露出した前記内部電極層を一層おきに覆って絶縁材料層を形成し、前記絶縁材料を覆って一層おきに前記内部電極層と導通する外部電極を形成し、前記外部電極の各々は定量の半田を介してリード線を接続する積層圧電部品の製造方法であって、前記積層圧電部品から離間配置された熱源と、前記熱源と前記積層圧電部品の間に開口部を有する遮蔽部材を配して、前記熱源からの輻射熱の量を調節することにより、前記半田を配したリード線接続部位の温度を制御しながら前記半田の溶融固化を行うことを特徴とする積層圧電部品の製造方法が得られる。
【００１４】
本発明では、前記半田を定量に配することで、半田供給量のばらつきを排して半田付け時に必要な熱エネルギーのばらつきを抑えると共に、半田の過不足による品質のばらつきや半田の無駄を抑制することができる。
【００１５】
また、前記熱源からの輻射熱を利用して非接触で加熱を行うことにより、従来の半田コテを用いた半田付け方法に比べ、半田コテの熱容量の影響がないことから迅速かつ精密な温度制御が可能となり、製品の品質や生産性に影響を及ぼす作業者の技量や半田作業条件等のばらつき要因を除外することができる。
【００１６】
更に、前記遮蔽部材を用いて輻射熱による加熱範囲を前記半田の近傍に制限することで、半田付け不要な部位の熱膨張による熱応力を抑制し、前記絶縁材料層の亀裂発生を防ぐことができる。
【００１７】
本発明によれば、前記積層圧電部品に冷却部材を接触させて、前記積層圧電部品の温度を制御することを特徴とする積層圧電部品の製造方法が得られる。
【００１８】
本発明では、前記冷却部材を前記積層圧電部品に接触させることで、熱伝導による放熱効果と、加熱される対象物の総体的な熱容量が増加することにより、急激な温度変化が生じ難くなり、前記積層圧電部品に生じる熱応力が緩和される。
【００１９】
本発明によれば、前記半田はクリーム半田であることを特徴とする、積層圧電部品の製造方法が得られる。
【００２０】
本発明では、前記半田付け部位に前記クリーム半田をディスペンサやスクリーン印刷等の手段を用いて定量塗布することで、半田の供給量や供給位置を精密に再現することができるため、半田の過不足や供給位置ずれによる品質のばらつきや半田の無駄を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、品質の向上と生産性の向上による製造コスト低減を両立させた、積層圧電部品の製造方法の提供が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明による積層圧電部品の製造方法は、圧電セラミック層と内部電極層を交互に積層して積層体を形成し、前記積層体の側面に露出した前記内部電極層を一層おきに覆って絶縁材料層を形成し、前記絶縁材料を覆って一層おきに前記内部電極層と導通する外部電極を形成し、前記外部電極の各々は定量の半田を介してリード線を接続する積層圧電部品に適用されるものであり、前記積層圧電部品から離間配置された熱源と、前記熱源と前記積層圧電部品の間に開口部を有する遮蔽部材を配して、前記熱源からの輻射熱の量を調節することで前記半田の溶融固化を行うように構成したものである。
【００２３】
前記積層圧電部品としては、例えば寸法が一辺１〜１０ｍｍで、長さが５〜４０ｍｍの角柱形状のような小型の積層圧電アクチュエータが好ましい。
【００２４】
前記熱源には、電熱線、シースヒータ、ハロゲンランプ等を用いることができ、前記半田の部位に輻射熱を集中させるため、１枚もしくは複数枚のレンズや反射鏡を組み合わせることも可能であるが、光学的な効率からは前記半田の部位に焦点を結ぶ１枚の凹面鏡で構成されていることが好ましい。
【００２５】
前記遮蔽部材は耐熱性が必要であるため、通常は金属や各種セラミックで構成するのが良く、開口部の寸法形状は前記半田の近傍のみが加熱され、それ以外の部位には前記熱源からの輻射熱が到達し難いことが望ましい。前記熱源と前記遮蔽部材と前記積層圧電部品の配置について、各々の構成要素に求められる条件を満たした場合、最適な条件は実験によって導き出すことができる。
【００２６】
また、本発明による積層圧電部品の製造方法では、前記積層圧電部品に冷却部材を接触させて、前記積層圧電部品の温度を制御するよう構成したもので、前記冷却部材は熱伝導率の高い銅、アルミニウム等の金属で形成されたヒートシンクであることが好ましい。前記冷却部材は、放熱性を高めるために複数の溝やフィン状の放熱部を設けて大気と接する表面積を大きくしたり、放熱用のファンやペルチェ素子（熱電冷却素子）を取り付けて冷却効果を高めたりすることが好ましい。
【００２７】
また、本発明による前記半田はペースト状のクリーム半田であり、ディスペンサやスクリーン印刷等の手段を用いて所定の位置に塗布することができる流動性を備えつつ、塗布後に垂れや剥がれが生じ難い粘度であることが好ましい。
【００２８】
また、本発明による前記クリーム半田は、前記リード線の接続固定に十分な量であり、かつ余剰な半田が前記半田接合部以外にはみ出して付着しないような、定量に塗布することが更に好ましい。
【００２９】
以下に実施例を用いて、本発明の実施の形態を詳述する。なお、積層圧電部品の一例として、積層圧電アクチュエータを用いた。
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
積層圧電部品として、図１に示した構造の積層圧電アクチュエータを用意した。積層圧電アクチュエータ１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とする圧電材料層２と、パラジウムを主成分とする内部電極層３を交互に積層し、１０００℃以上の温度で焼成することにより一体に形成した後、内部電極層３が一層おきに対向電極となるように低融点ガラスで絶縁材料層４を形成し、銀の微粒子を含むポリイミド樹脂の硬化により外部電極５を形成している。その後、予め所定の寸法形状に成形しておいた定量の半田を配置した半田接合部７にリード線６の一端を接し、以下に述べる方法で半田接合部７を外部から加熱して半田を溶融させて接合し、寸法が一辺５ｍｍで、長さが３０ｍｍの角柱形状の積層圧電アクチュエータを得た。
【００３１】
図２は、本発明の積層圧電部品の製造方法を説明する図である。熱源９は、凹面の反射鏡を備えたハロゲンランプを用い、その焦点における最高温度は４００℃以上となるものを用意した。熱源９の焦点温度の制御にはハロゲンランプに供給する電力を制御する電源１０が接続され、電力と通電時間を制御するプログラムにより、電源１０は少なくとも２段階以上の異なる加熱条件の設定が可能である。
【００３２】
図４は、本発明による熱源の焦点温度変化を説明する図である。
【００３３】
熱源９を２段階の異なる加熱条件１および２で制御した場合の、積層圧電アクチュエータ１上の半田接合部７近傍における、焦点温度ｔの変化を模式的に示している。
【００３４】
図４に示したように、加熱時間Ｔにともない焦点温度ｔが変化する熱源９より発せられた熱は、ステンレスの薄板からなる遮蔽部材１１によって一部が遮られ、所定形状寸法の開口部により半田接合部７近傍のみを加熱することにより、他の半田付け不要部分を過度に加熱することなく半田付けがなされた。
【００３５】
上記方法によって、加熱条件１を１００℃、加熱条件２を３５０℃として得た上記積層圧電アクチュエータを試料Ｎｏ．４、加熱条件１を１００℃、加熱条件２を４００℃として得た上記積層圧電アクチュエータを試料Ｎｏ．５として表１に示す。
【００３６】
（実施例２）
図３は、本発明の積層圧電部品の製造方法を説明する図である。積層圧電アクチュエータ１に冷却部材１２および冷却ファン１３を取り付けた以外は、実質的に前記実施例１と同様に構成した。
【００３７】
冷却部材１２は、フィン状の放熱部を有するアルミニウム製のヒートシンクを用い、放熱を効果的に行うために、前記放熱部に冷却ファン１３で送風を行った。
【００３８】
本実施例の製造方法によって加熱条件１を１００℃、加熱条件２を４００℃として得た上記積層圧電アクチュエータを試料Ｎｏ．６として表１に示す。
【００３９】
（比較例）
なお、比較例として、図２と同様の装置を用いて、遮蔽部材および冷却部材を設けずに製造した上記積層圧電アクチュエータを試料Ｎｏ．１〜３として表１に示す。
【００４０】
これらの試料Ｎｏ．１〜６について、積層圧電部品の電気的な特性を測定し、規格内である部品の割合を示す初期歩留まりと、温度６０℃、湿度９０％の恒温恒湿環境に放置することで電気的なマイグレーション（配線や電極の金属が絶縁物の上を移動して絶縁不良を起こす現象）を加速させる耐湿度評価不良率を評価した結果を、表１に併せて示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
本実施例の製造方法によって得た試料Ｎｏ．４〜６の積層圧電部品は、比較例である試料Ｎｏ．１〜３よりも初期歩留まりが高いことから電気的な特性が良好であることが明らかである。加えて、耐湿度評価不良率が低いため信頼性にも優れていることは明白である。従って、品質および生産性の向上と、製造コストの低減の両立が可能となった。
【００４３】
以上、実施例を用いて本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、材質や構成の変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば当然なしえるであろう各種変形や修正もまた、本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、積層圧電部品の製造に好適で、特に積層圧電アクチュエータにリード線の半田付けを行う製造方法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】積層圧電アクチュエータの構造を説明する図。
【図２】本発明による積層圧電部品の製造方法を説明する図。
【図３】本発明による積層圧電部品の製造方法を説明する図。
【図４】本発明による熱源の焦点温度変化を説明する図。
【符号の説明】
【００４６】
１    積層圧電アクチュエータ
２    圧電材料層
３    内部電極層
４    絶縁材料層
５    外部電極
６    リード線
７    半田接合部
９    熱源
１０    電源
１１    遮蔽部材
１２    冷却部材
１３    冷却ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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