压电陶瓷应用原理.ppt

1、ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,壓 電 陶 瓷 材 料 與 元 件 ( PIEZOELECTRIC CERAMIC MATERIAL AND DEVICES ),寰辰科技股份有限公司 桃園縣桃園市龍壽街231號 Tel : 03-2170761, 2170762, 2170763,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,壓電效應,西元1880年法國居禮兄弟於石英晶體上發現壓電效應。 壓電材料分類 晶體 Quartz, Rochele salt, etc. 陶瓷 BaTiO3, PZT, PMN, PT, etc. 高分子PVDF 複合材料陶瓷/高分子

2、複合材料,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,正壓電效應,正壓電效應施加應力在壓電晶體上,會產生電荷。 D = Q/A = d T,-,+,F,+,-,+,-,F,+,-,-,+,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,逆壓電效應,逆壓電效應施加電壓在壓電晶體上,會 產生應變。 S = d E,+,-,+,-,+,+,-,-,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,壓電效應,壓電方程式 d = D/T = S/E, 狀態方程式 D = d T + T E S = sE T + d E,ELECERAM TECHNOLOGY CO., L

3、TD,壓電參數,d33, d31 : 壓電電荷係數(壓電應變係數) g33, g31 : 壓電電壓係數, Qm : 機械品質因數, 保持振動能力的指標 k33, k31, kp : 機電偶合係數, 機電轉換效率指標 N33, N31, NP : 頻率常數 YE31, YE33 : 楊氏係數 Tc : 居禮溫度,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,單位晶胞正電荷中心與負電荷中心不在相同位置,形成淨電偶極距(polarization) 。 常見結晶構造:鈣鈦礦結構(perovskite), 例如 鋯鈦酸鉛(PZT),鈦酸鉛(PT),鈦酸鋇(BaTiO3)。 壓電陶瓷內部晶體排

4、列凌亂,需加電壓處理(poling)後,使晶體排列一致,在居禮溫度以下才會具有壓電性。,壓電陶瓷材料,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,鈣鈦礦結構 (Perovskite Structure),ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,極化過程微結構變化,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,PZT未加電壓時,PZT加上電壓時之內部離子運動,O2,Pb,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,PZT 相圖,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,三元系 PZT 相圖,Pb(Mg1/3Nb2/3)O,

5、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,P-E 遲滯曲線 硬性壓電陶瓷,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,P-E 遲滯曲線 軟性壓電陶瓷,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,軟性與硬性壓電陶瓷比較表,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,應用限制,電壓 : 電壓方向與極性相反時, 會有去極化作用; 電壓值大於崩潰電壓, 壓電陶瓷會破損。 功率 : 功率愈高壓電陶瓷會發熱, 造成去極化或破損。 溫度 : 溫度愈高, 壓電性逐漸減弱, 高於居禮溫度時, 永久喪失壓電性。 應力 :

6、應力方向與極化方向相反時, 會有去極化作用; 外力超過機械強度,會破損。,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,積層式壓電陶瓷元件製作流程圖,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,應用例,產生器- ignitor for fuel lighter, gas stoves, battery for portable device, 感測器- force sensor, accelerometer, pressure sensor, knock sensor, shock sensor, crash sensor, 致動器- micropositioning

7、 for lens or mirror, hydraulic valve, ink jet printer, ultrasonic motor, electronic switch, 換能器- ultrasonic cleaner, welder, atomizer, buzzer, air transducer, delay line, 變壓器,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,已商業化之積層壓電元件,壓電變壓器-升壓 壓電平面喇叭(DMA)-手機 致動器-微形馬達,手機,數位相機,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,壓電變壓器結構,ELECER

8、AM TECHNOLOGY CO., LTD,壓電變壓器應力及位移分佈,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,壓電變壓器原理,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,壓電變壓器昇壓比,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,壓電變壓器負載效應,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,積層壓電變壓器,http:/www.magsoft-,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,壓電變壓器與磁性變壓器比較,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,壓電變壓器與磁性變壓器比較,ELECERAM

9、 TECHNOLOGY CO., LTD,單層壓電變壓器應用實例,單層式壓電變壓器：用於臭氧產生器、 負離子產生器、 靜電消除裝置、電子口罩等等高壓產生單元模組,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,積層壓電變壓器應用實例,積層式壓電變壓器：用於筆記型電腦液晶顯示器、桌上型電腦液晶顯示器、個人數位助理(PDA)、數位相機(DSC)、數位攝影機(DSC)之冷陰極管電源模組等。,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,經由雙簧式壓電致動器出力使基板產生振動從而構成一揚聲機制：用於行動電話、個人數位助理(PDA) 、筆記型電腦等之發聲模組,壓電式平面喇叭,Dis

10、tributed Mode Actuator (DMA),ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,提升電容值及作用電場 降低驅動電壓 提升音壓,積層壓電平面喇叭,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,3D of DMA G1,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,DMA G-2,較佳音質電腦之動圈式喇叭尺寸. 40 x 20 x 15mm deep (12cm). 相同頻率響應及音壓之壓電平面喇叭尺寸 42 x 10 x 2.5mm (1.05cm). 12 Times Smaller,ELECERAM TECHNOLOGY CO.,

11、LTD,壓電平面喇叭體積效應,DMA is 5 times lighter,MICROSPEAKER 15gms,DMA 3gms,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,重量效應,筆記型電腦 無須出音孔 易於薄型化 手機 無須出音孔 較大螢幕 面板 透明喇叭 易於薄型化,X,broken,smooth,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,產品造形設計,Cone Micro- speaker,DMA Speaker,Actual measured results mainstream notebook PC. Two DMAs attached to r

12、ear lid.,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,Frequency Response DMA vs MICROSPEAKER,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,壓電式平面喇叭與傳統線圈式喇叭特性比較表,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,DMA應用實例,N506i,V501T,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,致動器型態,Longitudinal Wafer,Transverse Wafer,Stack Actuator,Bimorph (extension),Bimorph (bending),

13、*致動器亦稱為馬達,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,雙簧片形致動器(Bimorph actuator),並聯型,串聯型,並聯型(偏壓),ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,致動器工作曲線,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,致動器應用於相機鏡頭模組,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,致動器,螺旋式,ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,產生器(Generator),ELECERAM TECHNOLOGY CO., LTD,產生器工作曲線,ELECERAM TECHNOLOGY CO.,