CN107546320A - 微机电系统装置、压电致动器、以及超声波电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电压下降等得到抑制的输出较高的MEMS装置、压电致动器、以及超声波电机。MEMS装置的特征在于，从基板(24)的第一面(39)侧起依次层叠了第一电极层(28)、压电体层(29)、以及第二电极层(30)而构成，在基板(24)的与第一面(39)相反的一侧的第二面(40)上层叠有第一配线层(28)，第一电极层(28)与第一配线层(34)经由贯穿基板(24)的贯穿配线(37)而被连接。

Description

微机电系统装置、压电致动器、以及超声波电机
技术领域
本发明涉及一种具有被夹在两个电极之间的压电体层的MEMS装置、压电致动器、以及超声波电机。
背景技术
作为具备了压电元件的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)装置的一种的压电致动器被应用于机器人或各种装置的驱动部分中。压电元件由两个电极和被夹在这两个电极之间的压电体层构成，并且通过向两个电极施加电压而发生变形。压电致动器利用该压电元件的变形而对与该压电元件相连接的转子等被驱动体进行驱动。例如，应用了压电致动器的超声波电机为，由形成有多个压电元件的基板和形成有用于使转子进行旋转的突起的振动板层叠而成(参照专利文献1)。在这种超声波电机中，通过使多个压电元件选择性地进行变形，从而使振动板进行变形而使突起进行往复运动或椭圆运动。而且，通过使该突起的运动传递到转子，从而使转子进行旋转。
利用图16以及17而对现有的压电致动器的结构的一个示例详细地进行说明。另外，图16为压电致动器89的俯视图，图17为图16中的B-B剖视图。此外，在图16中，将最表面(最上表面)的配线层99用阴影线来表示。如图16所示，在压电致动器89的基板90上配置有：在基板90的宽度方向(即，短边方向)的中央处在基板90的长边方向上呈长条状地被形成的压电元件91；与该中央的压电元件91相比而较小并且被形成在基板90的四个角落的位置处的压电元件91。如图17所示，这五个压电元件91为，在被层叠于基板90的整个面上的氧化膜93上从该氧化膜93侧起依次层叠第一电极层94、压电体层95、第二电极层96而构成。另外，第一电极层94以及第二电极层96为例如通过阴极真空喷镀法等而形成的薄膜电极。压电体层95以及第二电极层96针对每个独立的压电元件91而形成。即，分别形成在与各个压电元件91相对应的位置处。另一方面，第一电极层94作为被五个压电元件91共用的电极层而跨及基板90的大致整个面而形成。此外，例如通过CVD法等来使由氧化硅等构成的绝缘层97以对第一电极层94、压电体层95以及第二电极层96进行覆盖的方式跨及基板90的大致整个面而形成。另外，在各个压电元件91上的与第二电极层96相对应的位置、以及偏离压电元件91的位置上的与第一电极层94相对应的位置处，形成有将绝缘层97去除了的接触孔98。通过该接触孔98，使得被层叠在绝缘层97上的配线层99、和与该配线层99相对应的第二电极层96或第一电极层94导通。
如图16所示，例如配线层99形成在三个区域内。具体而言，形成有配线层99a、配线层99b、配线层99c，所述配线层99a与位于基板90的中央处的压电元件91的第二电极层96以及位于基板90的一个对角(图16中的左上以及右下)处的压电元件91的第二电极层96导通，所述配线层99b与位于基板90的另一个对角(图16中的左下以及右上)处的压电元件91的第二电极层96导通，所述配线层99c与被各个压电元件91共用的第一电极层94导通。由此，在位于中央以及一个对角处的压电元件91上施加有相同的电压，从而它们以相同的相位进行振动。此外，在位于另一个对角处的压电元件91上施加有相同的电压，从而它们以相同的相位进行振动。而且，通过使位于中央以及一个对角处的压电元件91的振动的相位、与位于另一个对角处的压电元件91的振动的相位不同，从而使安装在该压电致动器89上的突起100进行往复运动或者椭圆运动。
然而，在上述的结构中，由于在基板90的一个面上形成有多个配线层99，因此配线层99的布局(即，引绕)受到限制。因此，经过配线层99而到达至压电元件91的配线电阻(还称为电性电阻)容易变高。具体而言，如图17所示，由于与第一电极层94导通的配线层99c避开与第二电极层96导通的配线层99a，而形成在从压电元件91偏离的位置处，因此第一电极层94被延伸至压电元件91的外侧处。即，形成仅由膜厚较薄且电阻容易变高的第一电极层94构成的配线。在仅由该第一电极层94构成的部分处，电压下降较大，从而存在无法向压电元件91供给充分的电压的可能性。此外，由于在与第二电极层96导通的配线层99中的、压电元件91之间等的从压电元件91偏离的位置处的配线层99夹着较薄的绝缘层97而与第一电极层94对置，因此在该部分处会形成寄生电容。其结果为，可能会发生驱动信号的延迟或干扰等不良情况。此外，还存在该部分处的第二电极层96与第一电极层94之间的电场强度变高从而发生绝缘破坏等不良情况的可能性。
专利文献1：日本特开2016-40993号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而被完成的，其目的在于，提供一种电压下降等得到抑制的MEMS装置、压电致动器、以及超声波电机。
本发明中的MEMS装置是为了达成上述目的而被提出的，其特征在于，从基板的第一面侧起依次层叠了第一电极层、压电体层、以及第二电极层而构成，在所述基板的与所述第一面相反的一侧的第二面上层叠有第一配线层，所述第一电极层与所述第一配线层经由贯穿所述基板的贯穿配线而被连接。
根据本发明，由于在与形成有压电体层的第一面相反的一侧的第二面上形成有第一配线层，因此提高了设计的自由度。即，能够在不会与形成在第一面上的第二电极层或与该第二电极层导通的第二配线层等的配线发生干涉的条件下，形成第一配线层。由此，能够尽可能将形成第一配线层的区域等设得较大，从而能够抑制第一配线层的配线电阻(电性电阻)。其结果为，能够抑制与压电体层重叠的第一电极层处的电压下降。
此外，在上述结构中，优选为，在所述第一电极层、所述压电体层以及所述第二电极层的层叠方向上，所述贯穿配线与所述压电体层重叠。
根据该结构，由于可以不使第一电极层引绕至压电体层的外侧，因此能够抑制配线电阻。即，能够减少仅由难以增加膜厚增厚且配线电阻易于变高的第一电极层所构成的区域(配线部分)。其结果为，能够进一步抑制与压电体层重叠的第一电极层的电压下降。
此外，在上述各个结构中，优选为，在所述层叠方向上，所述贯穿配线与如下区域重叠，即，所述第一电极层、所述压电体层、所述第二电极层所重叠的区域。
根据该结构，由于可以不将第一电极层引绕至该第一电极层、压电体层、第二电极层所重叠的区域的外侧，因此能够抑制配线电阻。
另外，在上述各个结构中的任意的结构中，优选为，所述第一配线层的至少一部分被埋设在所述基板内。
根据该结构，能够在抑制MEMS装置的板厚变厚的同时，抑制第一配线层的配线电阻。
而且，在上述各个结构中的任意结构中，优选为，所述第一电极层与所述第一配线层经由多个所述贯穿配线而被连接。
根据该结构，与使用一个贯穿配线而对第一电极层与第一配线层进行连接的情况相比较，能够提高第一配线层的紧贴性。由此，能够抑制第一配线层从基板脱离的情况。
此外，本发明中的MEMS装置，其特征在于，从基板的第一面侧起依次层叠了第一电极层、压电体层、以及第二电极层而构成，并且在所述基板的第一面上形成有对所述第一电极层、所述压电体层以及所述第二电极层进行覆盖的树脂层和至少被层叠在所述树脂层的一部分上的第二配线层，所述第二电极层与所述第二配线层经由被形成在所述树脂层中的接触孔而被连接。
根据该结构，能够通过树脂层而对第一电极层与第二配线层进行隔离。因此，能够抑制被形成在第一电极层与第二配线层之间的寄生电容。此外，能够抑制第一电极层与第二配线层之间的电场强度。由此，能够在不避开第一电极层的图案的条件下对第二配线层进行配置，从而提高了设计的自由度。其结果为，能够将形成第二配线层的区域等设得尽可能大，并且能够抑制第二配线层的配线电阻。
此外，在上述的结构中，优选为，在所述第一电极层、所述压电体层、以及所述第二电极层的层叠方向上，所述接触孔与所述压电体层重叠。
根据该结构，由于可以不将第二电极层引绕至压电体层的外侧，因此能够抑制配线电阻。即，能够减少仅由难以增加膜厚且配线电阻易于变高的第二电极层所构成的区域(配线部分)。
另外，在上述各个结构中的任意结构中，优选为，所述第二配线层的至少一部分被埋设在所述树脂层内。
根据该结构，能够抑制MEMS装置的板厚变厚，从而能够抑制第二配线层的配线电阻。
而且，在上述各个结构中的任意结构中，优选为，所述第二电极层与所述第二配线层经由多个所述接触孔而被连接。
根据该结构，与利用一个接触孔而对第二电极层与第二配线层进行连接的情况相比较，能够提高第二配线层的紧贴性。由此，能够抑制第二配线层从树脂层脱落的情况。
另外，本发明中的压电致动器，其特征在于，通过在所述第一电极层与所述第二电极层之间形成电场从而使所述压电体层发生变形，并且通过所述压电体层的变形而使所述基板发生变形，并且具有上述各个结构中的任意结构的MEMS装置的结构。
根据该结构，能够提高压电致动器的输出。
此外，本发明中的超声波电机，其特征在于，所述超声波电机具备：突起，其随着所述基板的变形而位置发生变动；旋转体，其与所述突起抵接，并且伴随着所述突起的变动而进行旋转，并且具有上述结构的所述压电致动器的结构。
根据该结构，能够提高超声波电机的输出。
附图说明
图1为对超声波电机的结构进行说明的俯视图。
图2为对超声波电机的结构进行说明的主视图。
图3为驱动装置的分解立体图。
图4为从压电元件侧对压电致动器进行观察的俯视图。
图5为从与压电元件相反的一侧对压电致动器进行观察的俯视图。
图6为A-A截面的模式图。
图7为对超声波电机的动作进行说明的模式图。
图8为对压电致动器的制造方法进行说明的工序图。
图9为对压电致动器的制造方法进行说明的工序图。
图10为对压电致动器的制造方法进行说明的工序图。
图11为对压电致动器的制造方法进行说明的工序图。
图12为第二实施方式中的压电致动器的截面的模式图。
图13为对第二实施方式中的压电致动器的制造方法进行说明的工序图。
图14为对第二实施方式中的压电致动器的制造方法进行说明的工序图。
图15为对第三实施方式中的压电致动器的制造方法进行说明的工序图。
图16为对现有的压电致动器的结构进行说明的俯视图。
图17为B-B截面的模式图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。另外，虽然在以下所叙述的实施方式中，作为本发明的优选的具体例而进行了各种限定，但只要在以下的说明中没有特别地记载对本发明进行限定的意思，则本发明的范围不限定于这些方式。此外，在下文中，列举出作为本发明的MEMS装置的一种的具备了压电致动器17的超声波电机1为例而进行说明。图1为对超声波电机1的结构进行说明的俯视图。此外，图2为对超声波电机1的结构进行说明的主视图。
超声波电机1由基台2、作为旋转体的一种的转子3、使转子3旋转的驱动装置4、以及对驱动装置4进行保持的保持机构5等构成。转子3呈圆柱状，并且在基台2的一侧的面(配置有驱动装置4的表面)上以能够旋转的状态而被轴支承。保持机构5具备：用于安装驱动装置4的滑动部件7；一端被固定在滑动部件7上的螺旋弹簧等施力部件8；支承销9，其被突出设置在基台2的一侧的面上，并且供施力部件8的另一端进行固定。
滑动部件7具备：相对于基台2以能够滑动移动的方式而被支承的基部11、从基部11起向与基台2相反的一侧立起的一对支承部12。本实施方式的基部11具备两个在滑动方向上呈长条状的未图示的滑动孔。在该滑动孔中，插穿有被固定于基台2上的滑动销13。即，通过在该滑动孔中插穿的滑动销13而使滑动部件7以能够在长边方向上滑动移动的状态被保持。支承部12被形成于基部11的与滑动方向正交的方向(短边方向)上的两端处。在该支承部12的顶端侧(即，与基台2相反的一侧)形成有与后文叙述的驱动装置4的螺栓插穿孔(具体而言，振动板侧螺栓插穿孔20以及致动器侧螺栓插穿孔22)相对应的螺栓固定孔14。通过使插穿了驱动装置4的螺栓插穿孔的螺栓15与该螺栓固定孔14螺合，从而使驱动装置4固定在支承部12上。施力部件8在支承部12与支承销9之间，沿着滑动部件7的滑动方向而被配置。该施力部件8的一端被固定在支承部12上，另一端被固定在支承销9上，并且对滑动部件7朝向转子3施力。由此，成为使安装在滑动部件7上的驱动装置4的后文叙述的突起23被按压在转子3上的状态。
接着，对驱动装置4进行说明。图3为驱动装置4的分解立体图。图4为从压电元件27侧对压电致动器17进行观察的俯视图。图5为从与压电元件27相反的一侧对压电致动器17进行观察的俯视图。图6为图4以及图5中的A-A截面的模式图。另外，在图4以及图5中，用阴影线表示最表面的配线层(具体而言，第一配线层34或者第二配线层35)。
如图3所示，本实施方式中的驱动装置4具备：金属制的振动板18、在硅制的基板24上形成有压电元件27等的压电致动器17。本实施方式中的振动板18为，与压电致动器17的形成有压电元件27的一侧的面(后文叙述的第一面39)接合的在俯视观察时呈矩形形状的板材。通过该振动板18而能够对压电致动器17进行加强。此外，在振动板18的与滑动方向正交的方向上的两端处形成有振动板连接部19。在该振动板连接部19上开口有与支承部12的螺栓固定孔14相对应的振动板侧螺栓插穿孔20。另外，在振动板18的转子3侧的边中的与滑动方向正交的方向的中央部，形成有与转子3抵接(接触)的突起23。该突起23为，用于与转子3抵接而向该转子3施加进行旋转的力的部件。另外，振动板18例如，能够由不锈钢、铝、铝合金、钛、钛合金、铜、铜合金、鉄-镍合金等金属材料形成。此外，突起23可以与振动板18一体地形成，也可以由具有更耐久性的部件形成。
本实施方式中的压电致动器17为，在俯视观察时被形成为与振动板18的除突起23以外的形状大致相同的形状的矩形形状的板材。如与振动板18同样地，在振动板18的与滑动方向正交的方向上的两端处形成有致动器连接部21。而且，在该致动器连接部21上开口有与振动板侧螺栓插穿孔20相对应的致动器侧螺栓插穿孔22。即，在使振动板18与压电致动器17重叠的状态下，振动板侧螺栓插穿孔20与致动器侧螺栓插穿孔22连通。通过使螺栓15穿过该振动板侧螺栓插穿孔20以及致动器侧螺栓插穿孔22而固定在支承部12的螺栓固定孔14中，从而驱动装置4被固定在滑动部件7上。
在构成压电致动器17的基板24的与振动板18对置的一侧的面(以下，称为第一面39)上形成有压电元件27。在本实施方式中形成有五个压电元件27a～27e。具体而言，在压电致动器17的短边方向(即，与滑动方向正交的方向)的中央处，配置有在压电致动器17的长边方向(即，滑动方向)上形成为长条的压电元件27e，在压电致动器17的四个角落处，配置有以长边方向上的尺寸与中央的压电元件27e相比而较小的方式形成的压电元件27a～27d。
如图6所示，各个压电元件27a～27e为从基板24的第一面39侧(更详细而言，被形成在基板24的第一面39上的氧化膜25侧)起依次层叠第一电极层28、压电体层29以及第二电极层30而形成。第一电极层28为被各个压电元件27a～27e共用的电极，如图4所示，被形成在基板24的大致整个面上。另一方面，压电体层29以及第二电极层30为对于各个压电元件27a～27e而独立的电极，并且形成在配置有压电元件27的区域内。即，压电体层29以及第二电极层30对各个压电元件27a～27e的形状进行规定。另外，还可以根据驱动电路和配线的情况，而将第一电极层28设为独立电极，而将第二电极层30设为共用电极。以此方式构成的压电元件27当在第一电极层28与第二电极层30之间被施加与两个电极的电位差相对应的电场时，会通过横向压电效应而在长边方向上进行伸缩振动(换言之，伸缩运动)。
此外，如图6所示，对包含压电元件27在内的第一电极层28、压电体层29、以及第二电极层30的整体进行覆盖的方式形成的无机保护膜31、以及对该无机保护膜31进行覆盖的第一树脂层32(相当于本发明中的树脂层)依次被层叠。而且，在该第一树脂层32的内部埋入有与第二电极层30导通的第二配线层35。本实施方式中的第一树脂层32被形成在第二配线层35的上表面以及下表面上。换言之，第二配线层35被层叠在第一树脂层32之间。因此，在第一电极层28、压电体层29以及第二电极层30与第二配线层35之间，配置有无机保护膜31以及第一树脂层32。此外，在与压电元件27相对应的位置(具体而言，在第一电极层28、压电体层29、以及第二电极层30的层叠方向上，与压电体层29重叠的区域)处，第二电极层30与第二配线层35之间的无机保护膜31、以及第一树脂层32被去除，而形成有多个对该第二电极层30与第二配线层35进行连接的接触孔36。本实施方式中的接触孔36的直径被形成为，与压电元件27的长边方向以及短边方向上的尺寸相比而足够小。如图4所示，该接触孔36在形成有第二电极层30的区域、即形成有压电体层29的区域的整体区域内均匀地(换言之，一样地)被配置。
本实施方式中的第二配线层35被构成为，被分割为两个系统，并且两者被施加不同的电压。一方的第二配线层35a跨及被配置于基板24的一个对角(图4的左上以及右下)的位置处的压电元件27a、27d而被形成。具体而言，如图4所示，一方的第二配线层35a以对被配置于左上角的压电元件27a的第二电极层30、被配置于中央处的压电元件27e的第二电极层30、被配置于右下角的压电元件27d的第二电极层30进行连接的方式而被配置。另一侧的第二配线层35b跨及被配置于基板24的另一个对角(图4的左下以及右上)的位置处的压电元件27c、27b的方式而被形成。具体而言，另一方的第二配线层35b以避开一方的第二配线层35a的方式，对被配置于左下角的压电元件27c的第二电极层30、被配置于右上角的压电元件27b的第二电极层30进行连接的方式而被配置。即，另一方的第二配线层35b从与被配置于左下角的压电元件27c相对应的位置起引绕被配置于右下角的压电元件27d上的一方的第二配线层35a的外侧，而延伸至与被配置于右上角的压电元件27b相对应的位置处。另外，第二配线层35在例如致动器连接部21等的基板24的端部处，与未图示的外部配线进行连接。
此外，如图6所示，在构成压电致动器17的基板24的与形成有压电元件27的面(第一面39)相反的一侧的面(以下，称为第二面40)上，层叠有与第一电极层28连接的第一配线层34。如图5所示，本实施方式中的第一配线层34形成在基板24的第二面40的大致整个面上。另外，如图6所示，第一配线层34经由贯穿基板24的贯穿配线37而与第一电极层28连接。贯穿配线37为在于板厚方向上贯穿了基板24的贯穿孔42的内部形成与第一配线层34相同的导体而构成。本实施方式中的贯穿孔42的内径、即贯穿配线37的直径被形成为，与压电元件27的长边方向以及短边方向的尺寸相比而足够小。此外，贯穿配线37在与压电元件27相对应的区域内形成有多个。具体而言，如图5所示，本实施方式中的贯穿配线37在第一电极层28、压电体层29、以及第二电极层30的层叠方向上与压电元件27(即压电体层29)重叠的区域的整个区域内均匀地(换言之，一样地)被配置。另外，第一配线层34在例如致动器连接部21等的基板24的端部处，与未图示的外部配线连接。
另外，如图6所示，在基板24的第二面40上形成有对第一配线层34进行覆盖的第二树脂层33。该第二树脂层33与对第二配线层35进行覆盖的第一树脂层32一体地形成。即，压电致动器17的整体被第一树脂层32以及第二树脂层33覆盖。由此，能够对被形成在基板24的表面以及背面上的配线或压电元件27等进行保护。
另外，作为氧化膜25，能够使用氧化硅、氧化锆、以及这些元素被层叠而成的物质等。此外，作为第一电极层28以及第二电极层30，能够使用铱、铂、钛、钨、镍、铬、钯、金等各种金属、及这些元素的合金，及这些元素被层叠而成的物质等。另外，作为压电体层29，可以使用锆钛酸铅(PZT)等铁电压电材料、或在此添加铌、镍、镁、铋或钇等金属的弛豫铁电体等。此外，还可以使用钛酸钡等非铅材料。此外，作为无机保护膜31，还可以使用氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、以及这些被层叠而成的物质等。另外，作为树脂层，可以使用以环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、苯乙烯树脂等作为主成分而包含的感光性树脂等。而且，作为第一配线层34及第二配线层35，可以使用铜、钛、钨、及这些的合金，以及这些被层叠而成的物质等。
图7为对以上述方式构成的超声波电机1的动作进行说明的模式图。另外，图7为从压电致动器17的与形成有压电元件27的面相反的一侧的面(即，第二面40)侧进行观察的俯视图。由于被配置于基板24的一个对角(图7的左下以及右上)的位置处的压电元件27a、27d以及被配置于中央处的压电元件27e经由第二配线层35a而被供给相同的驱动电压，因此在它们的压电体层29上施加相同的电场。一方面，由于被配置于基板24的另一个对角(图7的左上以及右下)的位置处的压电元件27b、27c经由第二配线层35b而被供给相同的驱动电压，因此在它们的压电体层29上施加相同的电场。即，一方的压电元件组27a、27d、27e以相同的相位进行伸缩振动(参照图7中的箭头标记)，另一方的压电元件组27b、27c以相同的相位进行伸缩振动(参照图7中的虚线箭头标记)。而且，通过使一方的压电元件组27a、27d、27e与另一方的压电元件组27b、27c的振动的相位不同，从而使压电致动器17及与该压电致动器17相接合的振动板18扭曲变形(参照图7中的虚线)，使得被设置在振动板18上的突起23进行往复运动或椭圆运动。其结果为，转子3以其轴为中心朝向预定的方向(参照图7中的箭头标记)进行旋转。另外，通过对另一方的压电元件组27b、27c进行驱动，并且不对一方的压电元件组27a、27d、27e进行驱动、或者与另一方的压电元件组27b、27c相比而较弱地进行驱动，从而能够将转子3的旋转方向设为与图示的方向相反。
以此方式，在本实施方式中，由于在与形成有压电体层29的第一面39相反侧的第二面40上形成有第一配线层34，因此提高了设计的自由度。即，不与被形成在第一面39上的第二电极层30、第二配线层35等的配线发生干涉地，形成第一配线层34。由此，能够将形成第一配线层34的区域等设得尽可能大，从而能够抑制第一配线层34的配线电阻(电性电阻)。其结果为，能够抑制与压电体层29重叠的第一电极层28的电压降低，从而能够提高压电致动器17、进而超声波电机1的输出。此外，由于贯穿配线37以与压电体层29(在本实施方式中，第一电极层28、压电体层29、第二电极层30重叠的区域、即压电元件27)重叠的方式被形成，因此能够在不将第一电极层28引绕到压电体层29的外侧的条件下，对第一电极层28和第一配线层34进行连接。由此，能够减少仅由难以增加膜厚且配线电阻易于变高的第一电极层28所构成的区域(配线部分)。其结果为，能够对到与压电体层29重叠的第一电极层28为止的配线电阻进行抑制，从而能够进一步抑制与压电体层29重叠的第一电极层28的电压降低。另外，由于具备了多个贯穿配线37，因此与利用一个贯穿配线37而对第一电极层28与第一配线层34进行连接的情况相比，能够提高第一配线层34的紧贴性。由此，能够抑制第一配线层34从基板24脱落的情况。
此外，由于利用第一树脂层32而对第一电极层28与第二配线层35进行隔离，因此能够抑制被形成在第一电极层28与第二配线层35之间的寄生电容。另外，能够抑制第一电极层28与第二配线层35之间的电场强度。由此，能够在不避开第一电极层28的图案的条件下，对第二配线层35进行配置，进而提高了设计的自由度。其结果为，能够将形成第二配线层35的区域等设得尽可能大，从而能够抑制第二配线层35的配线电阻。此外，由于接触孔36以与压电体层29重叠的方式而被形成，因此能够在不将第二电极层30引绕至压电体层29的外侧的条件下，对第二电极层30与第二配线层35进行连接。由此，能够减少仅由难以增加膜厚且配线电阻易于变高的第二电极层30所构成的区域(配线部分)。其结果为，能够抑制至与压电体层29重叠的第二电极层30的配线电阻。另外，由于第二配线层35的至少一部分被埋设在第一树脂层32内，因此能够抑制压电致动器17的板厚变厚，并且能够抑制第二配线层35的配线电阻。此外，由于具备多个接触孔36，因此与利用一个接触孔36而对第一电极层28与第一配线层34进行连接的情况相比，能够提升第二配线层35的紧贴性。由此，能够抑制第二配线层35从第一树脂层32脱落的情况。
接下来，对压电致动器17的制造方法进行说明。图8～图11为对压电致动器17的制造方法进行说明的工序图。首先，在基板24的第一面39上形成氧化膜25。接着，通过半导体工艺(即，成膜工序、光刻工序以及蚀刻工序等)而依次将第一电极层28、压电体层29、第二电极层30等图案形成，从而形成压电元件27等。此外，通过半导体工艺，以对除与接触孔36相对应的部分以外的压电元件27等进行覆盖的方式形成无机保护膜31。另外，通过利用旋转涂布机等而在形成有无机保护膜31的第一面39上涂覆具有感光性以及热固性的液体状的感光性粘合剂，并且加热后进行曝光以及显象，从而形成与接触孔36相对应的部分被去除的第一树脂层32的一部分(下层部分)。由此，如图8所示，压电元件27被无机保护膜31以及第一树脂层32覆盖，并且在与压电元件27相对应的部分处形成接触孔36。
接下来，如图9所示，通过半导体工艺或电镀法，而在第一树脂层32上形成第二配线层35。此处，经由接触孔36而第二配线层35与第二电极层30导通。接下来，从第二面40侧形成贯穿配线37。首先，如图10所示，形成将基板24以及氧化膜25贯穿的贯穿孔42。该贯穿孔42能够通过例如干蚀刻或激光等而进行开设。一旦形成了贯穿孔42，则如图11所示，通过电镀法而在该贯穿孔42内形成导体，从而形成贯穿配线37。而且，在第二面40上通过半导体工艺或电镀法而形成第一配线层34。由此，经由贯穿配线37而第一配线层34与第一电极层28导通。另外，在通过电镀法而形成第一配线层34的情况下，也能够利用一次的电镀法而形成贯穿配线37以及第一配线层34。此外，也通过电镀法而形成第二配线层35的情况下，也能够通过一次的电镀法而形成贯穿配线37、第一配线层34以及第二配线层35。在该情况下，在形成了第一树脂层32以后，形成贯穿孔42，并且通过电镀法而统一形成贯穿配线37、第一配线层34以及第二配线层35。
最后，在基板24的包含第一面39以及第二面40在内的整体上形成树脂。即，形成对第二配线层35进行覆盖的第一树脂层32以及对第一配线层34进行覆盖的第二树脂层33。由此，制作如图6所示的压电致动器17。
然而，作为压电致动器17，并不限定于上述的第一实施方式。在如图12～图14所示的第二实施方式中的压电致动器17＇中，第一配线层34＇被埋设在基板24内。下面，对第二实施方式的结构详细地进行说明。另外，图12为第二实施方式的压电致动器17＇的截面的模式图，详细而言，是相当于第一实施方式中的A-A截面的图。此外，图13以及图14为对第二实施方式中的压电致动器17＇的制造方法进行说明的工序图。
如图12所示，本实施方式中的压电致动器17＇中，在基板24的第二面40上形成有在板厚方向上凹陷的凹部44。而且，在该凹部44内形成有第一配线层34＇。另外，本实施方式中的凹部44形成在第二面40的除基板24的外周缘以外的大致整个面上。因此，第一配线层34＇与第一实施方式同样地，被形成在第二面40的大致整个面上。此外，由于贯穿配线37＇贯穿与凹部44相对应的区域的基板24，并对第一配线层34＇与第一电极层28进行连接，因此与第一实施方式的贯穿配线37相比较，距离变短。因此，与第一实施方式相比配线电阻降低。另外，第一配线层34＇还可以以其整体被埋设在凹部44内的方式形成，还可以以其一部分从凹部44向第二面40的外侧(与压电元件27相反的一侧)突出的方式形成。而且，由于以此方式第一配线层34＇的至少一部分被埋设在基板24内，因此能够抑制压电致动器17＇的板厚变厚，从而能够抑制第一配线层34＇的配线电阻。另外，由于其他结构与上述的第一实施方式相同，因此省略对其说明。
接下来，对本实施方式中的压电致动器17＇的制造方法进行说明。另外，由于关于第一面39侧的压电元件27等的形成，与上述的第一实施方式相同，因此省略说明。一旦在第一面39上形成了压电元件27、无机保护膜31、第一树脂层32的一部分、以及第二配线等，则如图13所示，在第二面40上形成凹部44以及贯穿孔42＇。具体而言，通过各向异性蚀刻等而形成凹部44，之后，通过干蚀刻或激光等而形成贯穿孔42＇。另外，也能够先通过干蚀刻或激光等而形成贯穿孔42＇，之后通过各向异性蚀刻等而形成凹部44。一旦形成了贯穿孔42＇以及凹部44，则如图14所示，通过电镀法而在贯穿孔42＇内以及凹部44内形成导体，从而形成贯穿配线37＇以及第一配线层34＇。另外，还可以将第一配线层34＇独立于贯穿配线37＇，通过半导体工艺或电镀法来制作。最后，在基板24的包含第一面39以及第二面40在内的整体上形成树脂。即，形成对第二配线层35进行覆盖的第一树脂层32以及对第一配线层34＇进行覆盖的第二树脂层33。由此，制作出如图12所示的压电致动器17＇。
另外，虽然在上述的各个实施方式中，在第二面40上只配置了与第一电极层28导通的第一配线层，但并不限定于此。在如图15所示的第三实施方式中的压电致动器17″中，在第二面40上除了第一配线层34＇以外，还形成有与第二配线层35导通的第三配线层45。
具体而言，在本实施方式中，在第二面40的一部分上形成有从压电元件27偏离的区域、且未形成有第一配线层34＇的区域A。在该区域A内形成有第三配线层45。本实施方式中的第三配线层45与第一配线层34＇同样地，被形成在基板24于板厚方向上凹陷而成的凹部47内。即，在与被埋设有第一配线层34＇的凹部44不同的位置处所形成的凹部47内埋设有第三配线层45。此外，在第一面39侧处，第二配线层35＇延伸至与该第三配线层45对置的区域、即与区域A相对应的位置。而且，第二配线层35＇与第三配线层45通过对基板24以及该基板24与第二配线层35＇之间的第一树脂层32进行贯穿的贯穿配线46而被连接。即，第三配线层45经由贯穿配线46以及第二配线层35＇而与第二电极层30连接。该贯穿配线46的直径被形成为，与将第一配线层34＇和第一电极层28连接的贯穿配线37＇同样地，与压电元件27的长边方向以及短边方向的尺寸相比而足够小。此外，贯穿配线46在区域A内形成有多个。以此方式，通过在第二面40侧形成与第二电极层30连接的配线，从而能够抑制该配线的配线电阻。例如，在为了便于布局，而通过使第二配线层35＇的一部分的配线宽度变窄或者膜厚变薄而该第二配线层35＇的配线电阻变高的情况下，如本实施方式那样，优选与第三配线层45连接并且在第二面40内引绕。另外，由于其他结构与上述的第二实施方式相同，因此省略说明。此外，对于本实施方式中的压电致动器17″的制造方法，在形成贯穿配线37＇的贯穿孔42＇时，形成贯穿配线46的贯穿孔，并且在形成第一配线层34＇的凹部44时，形成第三配线层45的凹部47，在形成贯穿配线37＇以及第一配线层34＇时，形成贯穿配线46以及第三配线层45，除此以外，与上述的第二实施方式均相同，因此省略说明。
然而，虽然在上述的各个实施方式中，对第一配线层34与第一电极层28进行连接的贯穿配线37、和对第二电极层30与第二配线层35进行连接的接触孔36，在与压电元件27(即压电体层29)重叠的区域内，以相同的方式配置，但并不限定于此。例如，还可以在与压电元件重叠的区域的中心部处集中地配置这些贯穿配线或接触孔。此外，还可以将贯穿配线或接触孔的一部分形成在从压电元件偏离的区域内。
此外，虽然在上述的各个实施方式中，例示了使用于超声波电机1的压电致动器17，但并不限定于此。本发明还可以应用于具有由第一电极层、压电体层、以及第二电极层构成的压电元件，并且使该压电元件变形的其他压电致动器中。另外，本发明并不限定于压电致动器，只要是第一电极层、压电体层、以及第二电极层被层叠的MEMS装置，则可以应用本发明。例如，本发明还可以适用于将由第一电极层、压电体层、以及第二电极层构成的压电元件应用于用于对压力变化、振动、或者位移等进行检测的传感器的装置。
符号说明
1…超声波电机；2…基台；3…转子；4…驱动装置；5…保持机构；7…滑动部件；8…施力部件；9…支承销；11…基部；12…支承部；13…滑动销；14…螺栓固定孔；15…螺栓；17…压电致动器；18…振动板；19…振动板连接部；20…振动板侧螺栓插穿孔；21…致动器连接部；22…致动器侧螺栓插穿孔；23…突起；24…基板；25…氧化膜；27…压电元件；28…第一电极层；29…压电体层；30…第二电极层；31…无机保护膜；32…第一树脂层；33…第二树脂层；34…第一配线层；35…第二配线层；36…接触孔；37…贯穿配线；39…第一面；40…第二面；42…贯穿孔；44…凹部；45…第三配线层；46…贯穿配线；47…凹部；89…压电致动器；90…基板；91…压电元件；93…氧化膜；94…第一电极层；95…压电体层；96…第二电极层；97…绝缘层；98…接触孔；99…配线层；100…突起。

Claims (11)

1.一种微机电系统装置，其特征在于，
从基板的第一面侧起依次层叠了第一电极层、压电体层以及第二电极层而构成，
在所述基板的与所述第一面相反的一侧的第二面上层叠有第一配线层，
所述第一电极层与所述第一配线层经由贯穿所述基板的贯穿配线而被连接。
2.如权利要求1所述的微机电系统装置，其特征在于，
在所述第一电极层、所述压电体层以及所述第二电极层的层叠方向上，所述贯穿配线与所述压电体层重叠。
3.如权利要求1或2所述的微机电系统装置，其特征在于，
在所述层叠方向上，所述贯穿配线与如下区域重叠，即，所述第一电极层、所述压电体层、所述第二电极层所重叠的区域。
4.如权利要求1至3中任一项所述的微机电系统装置，其特征在于，
所述第一配线层的至少一部分被埋设在所述基板内。
5.如权利要求1至4中任一项所述的微机电系统装置，其特征在于，
所述第一电极层与所述第一配线层经由多个所述贯穿配线而被连接。
6.一种微机电系统装置，其特征在于，
从基板的第一面侧起依次层叠了第一电极层、压电体层以及第二电极层而构成，
在所述基板的第一面上，形成有对所述第一电极层、所述压电体层以及所述第二电极层进行覆盖的树脂层和至少层叠在所述树脂层的一部分上的第二配线层，
所述第二电极层与所述第二配线层经由形成在所述树脂层中的接触孔而被连接。
7.如权利要求6所述的微机电系统装置，其特征在于，
在所述第一电极层、所述压电体层以及所述第二电极层的层叠方向上，所述接触孔与所述压电体层重叠。
8.如权利要求6或7所述的微机电系统装置，其特征在于，
所述第二配线层的至少一部分被埋设在所述树脂层内。
9.如权利要求6至8中任一项所述的微机电系统装置，其特征在于，
所述第二电极层与所述第二配线层经由多个所述接触孔而被连接。
10.一种压电致动器，其特征在于，
通过在第一电极层与第二电极层之间形成电场从而使压电体层发生变形，并且通过所述压电体层的变形而使基板发生变形，
所述压电致动器具有权利要求1至权利要求9中任一项所述的微机电系统装置的结构。
11.一种超声波电机，其特征在于，
具备：突起，其位置随着基板的变形而发生变动；旋转体，其与所述突起抵接，并且伴随着所述突起的变动而进行旋转，
所述超声波电机具有权利要求10所述的压电致动器的结构。
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