セラミック応用の新分野 - 電子セラミックス

1980 年代、我が国のエレクトロニクス産業の発展と民生用製品のニーズに伴い、江西省景徳鎮 999 工場と上海第 1 工場におけるセラミック フィルターとセラミック共振器の需要が急速に増加しました。ラジオ工場 同時に、日本の村田製圧電セラミック周波数部品生産ラインが導入され、軍需品から民生品まで我が国の圧電セラミックス製品の大量生産が始まりました。日本から輸入した先進的な材料とプロセスを探求し、消化することにより、浙江嘉康電子（旧嘉興電子陶磁器廠）、江蘇江佳電子、無錫宝通電子、蘇州解放電子など、多くの国内の中小圧電セラミックスメーカーが急速に発展した。 、など。当時の嘉康電子の主力製品は月産数千万個の圧電セラミックブザーで、高度なプロセスラインの導入、消化、吸収、改善により、すぐに最も完成度の高い最大の高周波製品になりました。中国の圧電セラミックデバイスの数は、2007 年までに 7 億 1,500 万個に達しました。 Jiangsu Jiangjia Electronics は、少量のマルチチップ セラミック フィルターの生産を開始し、現在では中国最大の中周波セラミック フィルターのメーカーに成長し、2007 年までに年間生産量は 4 億 6,700 万個に達しました。

セラミック材料は大きな進歩を遂げました

我が国の圧電セラミックス産業の発展を振り返ると、20 年前には山東大学、清華大学、華南工業大学、天津大学、四川大学、上海科技大学。同校は圧電材料と応用を専攻しており、中国電子技術グループの第7研究院と第26研究院には圧電セラミック材料と応用研究室がある。唯一のメーカーは山東省淄博ラジオセラミックスである。ファクトリーでは、主なプロジェクトのほとんどが軍事製品に関連しています。民生用に関連する唯一の製品は、大量生産された圧電セラミックブザーとイグナイター、郵便および電気通信通信に使用される少量のマルチチップセラミックフィルター、機械フィルター、および水中音響および超音波に使用される圧電セラミックトランスデューサーです。

さまざまな圧電デバイスの材料特性に対するさまざまな要件に適応するために、材料研究者は改質添加剤に関する広範な研究を実施し、多数の高性能圧電セラミック材料を開発してきました。

チタン酸鉛セラミック (PT)

1990 年代後半、10MHz を超える高周波セラミック フィルターとセラミック共振器の製造ニーズを満たすために、材料研究者はチタン酸鉛セラミック材料を少量の酸化ランタンに置き換え、マンガン、ニオブ、セリウムイオンを使用して、高周波応答性と温度安定性に優れた改質チタン酸鉛セラミック材料が得られ、その電気的特性は同時期の日本の村田製作所の同様の材料と同等です。同時に、高温超音波トランスデューサーに適したチタン酸鉛圧電セラミック材料が開発され、高温環境での深油井検出や流量計での使用に成功しました。

チタン酸ジルコン酸鉛セラミック (PZT)

1980 年代に、江西省景徳鎮 999 工場と上海ラジオ第一工場は、日本の村田製作所の圧電セラミック周波数部品の生産ラインを同時に導入しました。主な原材料は日本から供給されており、国内での大量生産と生産に問題が生じました。コスト削減は、外国の封鎖を打破するために、PZT材料の研究開発と改良を通じて、独自に開発されたPZT圧電セラミック材料の電気的性能指標の国産化を迅速に達成しました。要件。その後、さまざまな帯域幅に適したさまざまな PZT 圧電セラミック材料が開発されました。

三元セラミックス

過去 20 年間、我が国は三元圧電セラミック材料の改質に関する多くの継続的な研究を行い、さまざまな元素の組み合わせの置換と追加をテストし、多くの三元システムを開発しました。 、PCM-PZT、PMS-PZT、PNZ-PNS-PZT、PMS-PNZ-PNS-PZT などの四元および多元素材料。これらの材料は異なる特性を持ち、さまざまなニーズを満たすことができ、圧電セラミックスを製造します。範囲が急速に拡大されました。

鉛フリー圧電セラミックス

上記の圧電セラミックスには多量の鉛が含まれており、その製造過程で環境汚染が発生するため、国内外の研究者が鉛を含まない圧電セラミックスの研究を行っています。鉛を含む圧電セラミックスとの違い セラミック材料と比較すると、鉛フリー圧電セラミックスの性能は明らかに異なります。 200℃～300℃高く、誘電率はわずか140～150ですが、機械的品質係数は4000～7000と高くなりますが、電気機械結合係数などの特性は鉛フリー圧電セラミックスに比べてはるかに劣ります。鉛を含むセラミックスは製造プロセスの管理が難しいため、鉛を含まない圧電セラミックスは一部の分野でのみ使用されており、研究はまだ途上にあります。

アプリケーションの急速な普及

20 年の開発を経て、今日、圧電セラミック製品はあらゆる種類の製品を揃え、軍事および産業分野で広く使用されているだけでなく、人々の日常生活の隅々まで浸透しています。その応用分野には主に次の 5 つの側面が含まれます。

まず、周波数制御装置。セラミック共振器、セラミックフィルタ、さらに同調音叉フィルタ、機械フィルタ、セラミック周波数弁別器、ノッチ、および遅延線は、近年急速に発展しています。中でも、セラミック発振子とセラミックフィルターの生産量は我が国の圧電セラミックス製品の65％以上を占めており、非常に注目を集めています。特にセラミック発振子は安定性が高く、調整不要、小型、低コストという特徴を持っています。一般的な用途には、テレビ、ビデオカメラ、コンピュータ、CD-ROM ドライブ、自動車電化製品、VCD、電話、コピー機、音声合成装置、リモコン、おもちゃなどが含まれます。

2 つ目は、圧電超音波トランスデューサーです。圧電超音波トランスデューサは、超音波を発信および受信する音響デバイスであり、水および空気媒体で広く使用されています。水中音響通信におけるレーダーの役割を果たし、あらゆる種類の船舶にとって不可欠かつ重要なセンサーです。産業界では、超音波トランスデューサは、超音波洗浄、超音波精密加工、超音波加湿、水晶体超音波乳化吸引術、超音波種子処理、超音波探傷、超音波診断などに使用されています。今日の圧電超音波トランスデューサーのもう 1 つの幅広い応用分野は、テレメトリー、遠隔制御システム、および警報システムです。

3 つ目は、圧電音発生器です。圧電サウンダの代表的な製品としては、圧電ブザーや圧電発信機、受信機、時計、電卓、電子目覚まし時計、小型アラームベルなどがあり、電話や携帯電話の着信音はブザーと切っても切れない関係にあります。トランジスタ発振回路と直流電源を用いたブザーは連続音を発することができ、スイッチング回路を用いたブザーは断続音を発することができ、音響変換器である水中マイクやスピーカーを使用して魚群を追い払ったりおびき寄せたりすることもできます。

4 番目は、測定および制御用の圧電デバイスです。測定および制御用の圧電デバイスには、主に圧力、加速度、角速度センサー、超音波深さ測定、超音波厚さ測定、超音波流速測定、超音波診断などが含まれます。

5 番目は、圧電点火器と圧電トランスです。圧電点火装置の大量生産は 1965 年に始まり、過去 20 年間で急速に発展し、現在、我が国のほぼすべてのガスストーブ、浴室用ガスボイラー、ガス暖房器具、ガス給湯器、およびシガーライターが圧電点火装置を使用しています。圧電トランスは、構造が簡単、小型、高い変圧比、高い電気機械変換効率、電磁障害がない、安全性などの利点があり、静電除煙器、マイナスイオン発生器、静電塗装装置、静電複写機、電気機器などに使用されています。フィールドセラピー機器およびLCDバックライトなど

表面弾性波は完全なシステムを形成します

表面弾性波デバイスは、電子セラミックスの分野で人気のある製品です。表面弾性波 (SAW) は、物体の表面に沿って伝播する弾性波の一種です。我が国における表面弾性波技術の開発は 1970 年に始まりました。37 年間の研究開発を経て、基本的に完全なシステムが形成されました。理論研究、結晶材料の成長と加工、デバイス設計と製造、およびシステム応用の完全なシステム。

我が国における弾性表面波技術の発展は大きく 3 つの段階に分けられます。第 1 段階では、弾性表面波技術は軍事分野の開発と応用に使用されます。弾性表面波技術の発展のきっかけは各国の国防および軍事分野にあり、我が国も例外ではなく、レーダー、通信、航法、電子対策などの分野でさまざまなSAW信号処理装置が使用されています。第 2 段階では、弾性表面波技術がラジオやテレビの分野に応用されます。第 3 段階では、弾性表面波技術が現代の通信に応用されます。

弾性表面波は我が国で 30 年以上発展しており、大小 30 社以上の製造会社が誕生していますが、その技術レベルと生産規模は限られています。 China Electronics Technology 26.55 Research Institute の第 3 会社を除くと、Deqing Huaying Electronics Co., Ltd.、Wuxi Haoda Electronics Co., Ltd. などは、生産技術、規模、製品タイプにおいて一定の優位性を持っています。規模が小さく、主に TV 用中間周波フィルターや共振器のほか、トランシーバー フィルターなどのプロセス要件が比較的低い製品を製造しています。

製品パッケージの観点から見ると、テレビ用中周波表面弾性波フィルタは、金属パッケージからプラスチック シェル パッケージへの発展が進んでいます。これは、プラスチック シェル パッケージは、特に一体型では小型軽量という特徴があるためです。その利点は高周波ヘッドに反映されており、規模の点では、無錫浩達電子有限公司と中電科技徳清華英電子有限公司が大きなシェアを占めています。プラスチック包装製品のシェア。

中国で量産できる SMD 製品の最小サイズは 3mm × 3mm です。主な生産拠点には、中国電子技術研究所、徳清華英、第 26 研究所、無錫 Haoda Electronics Co があります。 .,株式会社現在の主流のRFフィルタの製品パッケージは2.5mm×2.0mm以下のフリップチップはんだ付け技術を使用しているため、国内のSAWRFフィルタの生産はコストや技術などの理由により現在大幅に制限されています。製造会社は製品パッケージの縮小にさらに投資する計画はありません。 南陽ゴールデンクラウングループはいくつかのフリップチップはんだ付け装置に投資していますが、まだ生産能力がありません。

我が国における弾性表面波製品、特に低損失設計技術の基礎研究は現在、主に 3 つの科学研究機関、すなわち中国電子技術第 26 研究院、南京大学、および中国電子技術研究院の 3 つによって実施されています。中国科学院音響研究所のほか、清華英、55 科学技術研究所、無錫好達などの中国電子技術有限公司の部門も、一定の製品開発能力を持っています。

外国と比較すると、我が国の弾性表面波産業には大きな差があります。製品の研究開発を技術的にサポートする科学研究機関や大学が少なく、市場競争のため各部門が独立して運営されており、学術交流が不足している中小企業も多い。研究開発能力を持っています。生産技術と生産規模の点では、パッケージング技術、自動化レベル、プロセスレベル、生産規模など、EPCOS、村田製作所、富士通、三洋電機などの一部の有名な国際企業と比較すると、依然として大きなギャップがあります。 。

市場競争の激化により、SAW 業界全体の現在の収益性は一般的に高くありません。最大の市場である携帯電話用 RF フィルターは維持レベルで生産されており、投資機会を失っています。将来的に業界で一定の生き残りを図るには、自社の技術進歩により製品歩留まりの向上、生産コストの削減、製品品質の向上、大規模生産能力の強化を継続的に行う必要があります。私たちは、我が国の表面弾性波産業が将来の発展のために以下の側面を実行できると信じています: 第一に、業界内の相互協力と資源の統合を強化します。第二に、国際的な技術協力を拡大する。第三に、新しい応用分野を積極的に探索します。弾性表面波技術は、現在の従来の用途に加えて、センサー、無線周波数識別 (RFID) などの特殊な用途。