(Pb_(1-1.5x)La_(x))Ti_(1-y)O₃계 RESONATOR의 가속수명예측

Abstract

제품이 정밀화됨에 따라 소비자의 요구가 점점 다양해지고 높은 품질 수준이 요구되고 있다. 신뢰성 시험이란 파괴시험을 통하여 품질을 평가함과 동시에 수명을 예측한다. 압전 세라믹 재료의 온도 및 습도에 극명하게 열화특성이 나타나지 않기 때문에 열화 시험을 하기가 어려웠다. 이번 실험에서 시중에 거래가 되고 있는 세라믹 레조네이터를 Sample로 사용해서 Reliability를 수행하였다. 기존의 접착 방식이 아닌 동시 소성 방식으로 제작된 시편으로 Tape casting 방식의 성형과 각 시료 특성에 맞는 Punching을 실시하였고 PbO 휘발을 고려한 PbO 분위기로 소성을 하였다. 내.외부 전극 연결을 위하여 銀 paste를 도포 후 약 120℃의 실리콘 오일 안에서 2kV의 전계를 인가하여 분극하였다. 이렇게 제조된 시료 15pcs를 준비하였다. 이 시료의 Rated Voltage는 3Vrms이고 가속 수준은 10Vrms, 13Vrms, 16Vrms, 19Vrms이다. 15pcs 전 시편에 발진을 인가하기 위하여 Sweep Range는 20kHz, 2sec 인가하였다. 특성 평가는 초기 Oscillation Frequency 값과 가속 후의 값을 비교하여서 ±0.1% 이동되는 현상을 고장 모드로 정의하였다. 테스트 결과 가속 수준이 증가 할수록 고장 시료가 증가하였다. MTTF는 Weibull 분포를 사용하여 계산하였다. 각 수준에 대한 결과치는 가속성이 성립되었고 이를 바탕으로 계산한 결과 3Vrms 환경에서 MTTF는 약 392,529hr으로 예측되었다. 가속 수준이 증가 할수록 진동자의 변위량은 증가하였고 그 증가에 따라 분극 특성의 변화가 있다고 예측이 된다. 이 실험의 요점은 압전 RESONATOR에 전압 가속을 하여 고장모드를 정의하고 고장 메카니즘을 찾는 것이다. 고장모드는 Oscillation frequency 이동이고 고장메카니즘은 micro-cracks, Elasticity loss 이다.; Customer's needs are getting variety. They request high qualities of product also, because products are getting precise currently. Reliable test is inspection to estimate qualities and to forecast length of life. There have been difficulties for degradation test analysis of Piezo ceramics because those are not seriously degraded by a temperature and humidity reliability test. Casting of the tape casting way has operated with specimen which made by co-firing type, not existing adhesive type. And has done punching which is suitable for each material. We consider of PbO's volatility, so we made the PbO atmosphere. After we cover the silver paste for connection between inside and outside pole, we polarized it in silicon oil on 120℃ degree and 2kV electric field. In this work, the Piezo based commercial ceramic resonators were utilized as samples for a reliability test and voltage stress was used as an acceleration factor. Acceleration levels of 10Vrms, 13Vrms, 16Vrms and 19Vrms were applied to the 15 ceramic resonators which have a rated voltage of 3Vrms. To oscillate all the samples, they were swept for 2 seconds with a 20kHz-span from an average oscillating frequency because of their slightly different oscillation frequencies. As a result, the frequencies were shifted from original value. The samples which showed excess of ±0.1% oscillation frequency change were adopted to failure. Mean-time-to-failure (MTTF) was calculated using Weibull distribution function and inverse power law relationship and the average life time was predicted to be about 392,529 hours under normal operating conditions. As long as accelerated level is increased, displacement capacity of Resonator has increased. The main focus of this work was to observe degradation rate/degree with voltage stress for the PZT-based commercial ceramic resonators whose MTTF could not be obtained by the temperature and humidity as the acceleration factors, and to search failure mode/mechanism. The failure mode was the shift of its oscillation frequency, and the failure mechanisms were micro-cracks, Elasticity loss