圧電セラミック材料の特徴は何ですか

圧電セラミック材料の特徴は何ですか

圧電セラミック材料が表面音響波装置に適しているかどうかを判断することは、以下の側面で考慮することができます。

（1）誘電率は中程度でなければなりません。一般に、誘電率は10〜1000である必要があります。誘電率が大きすぎると、inter間電極間の直接結合が発生します。小さすぎる場合、インピーダンスが大きすぎ、回路とデバイスとの接続は簡単ではありません。 1,700のbatio3の誘電率を除き、モノリシック系の圧電セラミックでは、PBTIO3とPBNB2O6の両方が小さく、約200で、より高い周波数表面音波デバイスの圧電材として使用できます。他のバイナリおよびマルチ電子圧電セラミック材料の誘電率は200〜1000であり、これは中程度の誘電率に沿っています。

20K超音波バイブレーター

15Kバイブレーターテール

（2）処理により、インターディジタル電極の製造に適した良好な表面を持つことができます。一般に、単結晶材料は非常に密度が高く、表面は切断や研磨などのその後の処理後に理想的です。圧電セラミックは一般に、異なる組成の粉末材料で構成されています。一連の処理の後、それは高温で焼結されるため、その粒子サイズと細孔サイズは、表面音波デバイスの圧電セラミック材料の主な指標です。材料の滑らかさを決定するだけでなく、デバイスの上部動作周波数も決定します。上記のように、表面音響波装置の動作周波数は、インターディジタルトランスデューサーの指間バー幅に依存します。これには、表面の空気穴の寸法が少なくともインターディジタルトランスデューサーの指間幅よりも少ないことが必要です。たとえば、60 MHzの中心周波数を持つ表面音響波バンドパスフィルターは、2400 m/sの表面音波速度を持つ圧電セラミック材料の表面に製造されます。その表面音響波波長aは1秒 /工場であるため、a =40μmです。相互作用したスト​​リップ幅はλ/4で、10μmです。音波の反射を減らすために、スプリットピンガートランスデューサーが採用されています。つまり、各指はλ/8であり、各指のストリップはわずか51 UM幅です。金属製フォークの指に材料の毛穴と穀物の影響を防ぐためには、少なくとも3μm未満の孔のサイズと粒子のサイズが必要です。したがって、インターディジタル電極の製造に適した良好な表面を得るには、圧電セラミック材料の結晶粒と毛穴ができるだけ小さくする必要があります。

20kバイブレーター

超音波トランスデューサー

（3）表面音響波伝達減衰は小さい。表面の音波伝達の減衰は、圧電セラミック材料自体の物理的特性と表面状態に関連しています。毛穴と穀物が大きすぎると、散乱損失が発生し、粒子間の振動中の摩擦損失も減衰を引き起こします。したがって、処理に加えて、材料を選択することによって決定されます。

（4）電気機械導入効率を改善するには、可能な限り最高の電気機械結合係数を持つ必要があります。電気機械結合係数は、圧電材料の機械的エネルギーと電気エンタルピーの間の相互変換の効率を反映しており、非常に重要な指標です。材料の弾性特性、誘電特性、圧電特性に密接に関連しているだけでなく、異なる振動モードにも密接に関連しています。変換効率を改善するために、電気機械的結合係数が大きくなるほど、信号処理中のエネルギー損失を減らすことができます。一般に、圧電セラミック材料は比較的大きな電気機械結合係数を持っているため、圧電セラミックにとって簡単です。

15kバイブレーター

（5）温度特性の方が優れています。デバイスの安定性を確保するために、材料の温度特性は良好であり、周波数の老化率は小さくなります。特に、表面音波遅延の温度係数はできるだけ小さくする必要があります。これは、インターディジタルの指が決定されると、動作周波数も設定され、動作周波数の主要な設計基盤とインターディジタル幅が表面音響波遅延時間（つまり、音の速度）であるためです。したがって、時間遅延が変化すると、動作周波数が変化し、デバイスが適切に機能しません。 TCDは通常、25 x 10*-6/°C未満である必要があります。

（6）老化するのは簡単ではありません。一般的な要件は0.5％/年以下であり、厳密な要件は0.1％/年以下です。

（7）一貫性と再現性の方が優れています。デバイスが大量生産されると、同じ素材または同じ材料のバッチのローカルエリアのパフォーマンスの違いが小さいため、デバイスは正常に機能します。圧電単結晶材料の均一性と再現性が優れており、圧電セラミック材料がより大きな影響を与えるため、これは圧電単結晶にほとんど影響を与えません。材料の分散性に影響を与える主な要因は、原材料の分散、偏差の重量のバッチ、焼結温度、時間制御です。音速などの重要な特性の偏差が1％に達すると、部品の大量生産には受け入れられないため、0.1％未満であることが厳密に要求されます。いわゆる再現性は一般に、異なるバッチ間の特徴的な偏差の程度を指し、一貫性は一般に、同じバッチまたは同じ焼結のバッチ間の特性偏差の程度を指します。 2つを分離することは困難です。一貫性が良くない場合、再現性は良好ではありません。この問題は、圧電セラミックの顕著な弱点です。圧電セラミック材料が音響ボディバイブレーターまたはトランスデューサーコンポーネントとして使用される場合、この弱さを補うために周波数変調または選別測定がしばしば必要です。表面音響波装置の基質として使用する場合、調整できないため、再現性と一貫性が良好でなければなりません。そうしないと、他の特性が良好であっても適用できません。