CN110931049A - 薄膜压电材料元件及其制造方法、磁头折片组件、硬盘驱动器 - Google Patents

薄膜压电材料元件及其制造方法、磁头折片组件、硬盘驱动器 Download PDF

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Abstract

一种薄膜压电材料元件，包括：层压结构部，其具有下电极膜、层压在下电极膜上的压电材料膜和层压在压电材料膜上的上电极膜；由合金材料形成的下压电材料保护膜；以及由合金材料形成的上压电材料保护膜。下压电材料保护膜和上压电材料保护膜分别形成在层压结构部的下电极膜的下侧和上电极膜的上侧，以将层压结构部夹在中间。

Description

薄膜压电材料元件及其制造方法、磁头折片组件、硬盘驱动器
背景
技术领域
本发明涉及具有压电材料和薄膜状电极的薄膜压电材料元件、薄膜压电材料元件的制造方法、具有薄膜压电材料元件的磁头折片组件以及具有薄膜压电材料元件的硬盘驱动器。
相关背景技术
硬盘驱动器具有大的记录容量并被用作存储装置的核心。硬盘驱动器通过薄膜磁头向/从硬盘(记录介质)记录和再现数据。形成有薄膜磁头的部件被称为磁头滑块，而边缘部分安装有磁头滑块的部件是磁头折片组件(也将称为HGA)。
此外，在硬盘驱动器中，通过使磁头滑块在记录介质旋转时从记录介质的表面飞过来执行向/从记录介质记录和再现数据。
另一方面，通过仅使用音圈电机(VCM)已经难以精确地控制薄膜磁头的位置，因为随着硬盘驱动器的容量的增加，记录介质的记录密度也一起得到提高。因此，以前公知的有这样一种技术，即：除了具有VCM的主致动器之外，在HGA上还安装了具有辅助功能的致动器(辅助致动器)，辅助致动器控制VCM所不能控制的微小位置。
主致动器和辅助致动器控制薄膜磁头位置的技术也称为两级致动器系统(双级系统)。
在两级致动器系统中，主致动器使驱动臂旋转以确定磁头滑块在记录介质的特定轨道上的位置。此外，辅助致动器微小地调节磁头滑块的位置以使薄膜磁头的位置可成为最佳位置。
使用薄膜压电材料元件的微致动器以前称为辅助致动器。薄膜压电材料元件具有压电材料和形成为将压电材料夹在中间的一对电极，并且每个电极都形成为薄膜形状。
发明内容
另外，硬盘驱动器具有高速旋转的硬盘(磁记录介质)和HGA，并且这些部件同其它部件一起容纳在外壳中。
再者，之前已知那种在外壳中充满氦气的硬盘驱动器(例如参见JP2000-231768，也称专利文件1)，其通过减轻硬盘驱动器的重量来延长寿命和节电。此外，美国专利8,638,524(也称专利文件2)公开了以下硬盘驱动器。在该驱动器中，用于容纳硬盘和HGA的壳体与氦气一起容纳在外壳中。
然而，在传统的硬盘驱动器中，壳体或外壳中充满了氦气，所以有时导致HGA中发生故障。
为了减轻硬盘驱动器的重量，优选尽可能多地将空气从壳体或外壳中排出，以使其中到处都充满氦气。因此，在传统的硬盘驱动器中，有时会密实地充满加压的氦气。
但是，当密实地充满氦气时，在该充满过程中，大于环境空气压力的氦气压力有时会达到HGA的薄膜压电材料元件上。因此，构成薄膜压电材料元件的压电材料有时受到来自环境的更大的压力。于是，就产生了随着时间的推移压电材料的特性退化以及薄膜压电材料元件的性能退化的问题。
本发明用于解决上述问题，并且目的在于在薄膜压电材料元件中、在薄膜压电材料元件的制造方法中、在磁头折片组件和硬盘驱动器中，即使是在壳体或外壳中充满氦气的情况下也尽可能地维持薄膜压电材料元件的性能。
为解决以上问题，本发明提供了一种薄膜压电材料元件，包括：层压结构部，其包括下电极膜、层压在所述下电极膜上的压电材料膜，以及层压在所述压电材料膜上的上电极膜；由合金材料形成的下压电材料保护膜；以及由合金材料形成的上压电材料保护膜。所述下压电材料保护膜和所述上压电材料保护膜形成为分别在所述下电极膜的下侧和所述上电极膜的上侧将所述层压结构部夹在中间。
在上述薄膜压电材料元件的示例中，优选所述薄膜压电材料元件进一步包括：膜尺寸扩展后结构，其中将包括所述上压电材料保护膜和所述上电极膜的上膜部、包括所述压电材料膜的中膜部，以及包括所述下电极膜和所述下压电材料保护膜的下膜部的膜尺寸按顺序地进行扩展。
进一步地，在上述薄膜压电材料元件的示例中，优选所述的薄膜压电材料元件进一步包括：表层绝缘膜，其设置在所述层压结构部、所述下压电材料保护膜和所述上压电材料保护膜的侧表面上，以及所述上压电材料保护膜的上表面上。所述表层绝缘膜包括：布置在所述上压电材料保护膜的上表面上的顶面设置部；形成在所述顶面设置部上的通孔；基于所述上膜部、所述中膜部和所述下膜部的尺寸差异而形成的台阶部；以及错开布置结构，其中将沿所述上膜部的侧面的上侧部、沿所述中膜部的侧面的中侧部，以及沿所述下膜部的侧面的下侧部布置在使得所述上侧部、所述中侧部和所述下侧部按顺序向外错开的位置处。
进一步地，在上述薄膜压电材料元件的示例中，优选地将所述上膜部、所述中膜部以及所述下膜部的沿长边方向的长边宽度和沿长边方向的短边宽度按照所述上膜部、所述中膜部和所述下膜部的顺序进行扩展。
进一步地，在上述薄膜压电材料元件的示例中，优选所述下压电材料保护膜和所述上压电材料保护膜由以Fe为主要成分且具有Co和Mo的合金材料通过PVD来形成。
优选地，所述薄膜压电材料元件进一步包括：层压在所述下电极膜和所述压电材料膜之间的下扩散阻挡膜；以及层压在所述上电极膜和所述压电材料膜之间的上扩散阻挡膜。所述下扩散阻挡膜和所述上扩散阻挡膜包括锶和钌。
进一步地，在上述薄膜压电材料元件的示例中，优选地，所述薄膜压电材料元件进一步包括：与所述上电极膜的暴露在通孔中的暴露面直接接触的上电极极板。所述上电极极板穿透所述上压电材料保护膜。
进一步地，本发明提供了一种薄膜压电材料元件的制造方法，包括：在绝缘硅基板上形成薄膜层压部的薄膜层压部形成步骤，所述绝缘硅基板包括由硅制成的用于沉积的基板和形成在所述基板的表面的用于沉积的绝缘层。所述薄膜层压部形成步骤包括：采用合金材料在所述绝缘硅基板上形成下压电材料保护层的下压电材料保护层形成步骤；在所述下压电材料保护层上通过溅射形成下电极层的下电极层形成步骤；在所述下电极层上通过溅射并采用由通式Pb(ZrxTi(1-x))O3表示的锆钛酸铅制成的薄膜的外延生长来形成压电材料层的压电材料层形成步骤；在所述压电材料层上通过溅射形成上电极层的上电极层形成步骤；以及采用合金材料在所述上电极层上形成上压电材料保护层的上压电材料保护层形成步骤。
进一步地，在上述薄膜压电材料元件的制造方法的示例中，优选地，所述薄膜压电材料元件的制造方法进一步包括：在由薄膜层压部形成步骤形成的薄膜层压部中形成多个元件区域的元件区域形成步骤；以及通过在规划要形成多个元件区域的规划式元件区域中或在执行了所述元件区域形成步骤之后在每个元件区域中部分去除所述薄膜层压部来形成层压结构部的层压结构部形成步骤，所述层压结构部具有由所述下电极层制成的下电极膜、由所述压电材料层制成的压电材料膜和由所述上电极层制成的上电极膜。所述层压结构部形成步骤包括压电材料保护膜形成步骤，用于形成由所述下压电材料保护层制成的下压电材料保护膜和由所述上压电材料保护层制成的上压电材料保护膜，以分别在所述层压结构部的所述下电极膜的下侧和所述上电极膜的上侧将所述层压结构部夹在中间。
进一步地，在上述薄膜压电材料元件的制造方法的示例中，优选执行所述层压结构部形成步骤和所述压电材料保护膜形成步骤，以使得包括所述上压电材料保护膜和所述上电极膜的上膜部、包括所述压电材料膜的中膜部，以及包括所述下电极膜和所述下压电材料保护膜的下膜部的膜尺寸按顺序地进行扩展。
进一步地，在上述薄膜压电材料元件的制造方法的示例中，优选执行所述层压结构部形成步骤和所述压电材料保护膜形成步骤，以使得所述上膜部、所述中膜部以及所述下膜部的沿长边方向的长边宽度和沿长边方向的短边宽度按照所述上膜部、所述中膜部和所述下膜部的顺序进行扩展。
所述薄膜层压部形成步骤还可能进一步包括：在所述下电极层和所述压电材料层之间通过溅射形成由包括锶和钌的材料制成的下扩散阻挡层的下扩散阻挡层形成步骤；以及在所述压电材料层和所述上电极层之间形成由包括锶和钌的材料制成的上扩散阻挡层的上扩散阻挡层形成步骤。
进一步地，优选所述薄膜压电材料元件的制造方法进一步包括：在规划要形成多个元件区域的规划式元件区域中或在执行了所述元件区域形成步骤后的每个元件区域中形成表层绝缘膜的表层绝缘膜形成步骤，所述表层绝缘膜布置在所述层压结构部、所述下压电材料保护膜和所述上压电材料保护膜的侧表面上以及所述上压电材料保护膜的上表面上。
进一步地，本发明提供一种磁头折片组件，包括：具有薄膜磁头的磁头滑块；用于支撑所述磁头滑块的悬架；以及用于相对于所述悬架来移动所述磁头滑块的薄膜压电材料元件。所述薄膜压电材料元件包括：层压结构部，其包括下电极膜、层压在所述下电极膜上的压电材料膜，以及层压在所述压电材料膜上的上电极膜；由合金材料形成的下压电材料保护膜；以及由合金材料形成的上压电材料保护膜。所述下压电材料保护膜和所述上压电材料保护膜形成为将所述层压结构部夹在其中间。
进一步地，本发明提供一种硬盘驱动器，包括：磁头折片组件，其包括具有薄膜磁头的磁头滑块、用于支撑所述磁头滑块的悬架，和用于相对于所述悬架来移动所述磁头滑块的薄膜压电材料元件；以及记录介质。所述薄膜压电材料元件包括：层压结构部，其包括下电极膜、层压在所述下电极膜上的压电材料膜，以及层压在所述压电材料膜上的上电极膜；由合金材料形成的下压电材料保护膜；以及由合金材料形成的上压电材料保护膜。所述下压电材料保护膜和所述上压电材料保护膜形成为将所述层压结构部夹在其中间。
本发明将从以下给出的详细描述和附图中得到更加充分地理解，以下详细描述和附图仅仅是为了说明而提供，因此不应理解为是对本发明的限制。
附图说明
图1是从正面示出根据本发明实施例的整个HGA的透视图；
图2是从正面示出HGA的主要部分的透视图；
图3是从正面示出构成图1的HGA的悬架的主要部分的透视图；
图4是示出固定有薄膜压电材料元件的挠性件的部分的放大透视图；
图5是沿图4中的5-5线截取的截面图；
图6是示出薄膜压电材料元件和HGA的周边部分的平面图；
图7是沿图6中7-7线截取的截面图；
图8是沿图6中8-8线截取的截面图；
图9是沿图6中9-9线截取的截面图；
图10(a)是示出用于制造根据本发明实施例的薄膜压电材料元件的整个薄膜压电材料基板的立体图；
图10(b)是示出形成元件区域之后的薄膜压电材料基板的表面的放大平面图；
图11是沿图10(b)中11-11线截取的截面图；
图12是示出薄膜层压部形成步骤和层压结构部形成步骤的部分省略了的截面图；
图13是示出图12的步骤之后的层压结构部形成步骤的制造步骤的部分省略了的截面图；
图14是示出图13的步骤之后的制造步骤的部分省略了的截面图；
图15是示出图14的步骤之后的制造步骤的部分省略了的截面图；
图16是示出图15的步骤之后的制造步骤的部分省略了的截面图；
图17是示出表层绝缘膜形成步骤的部分省略了的截面图；
图18(a)是示出元件区域形成步骤的部分省略了的截面图；
图18(b)是示出图18(a)的步骤之后的制造步骤的部分省略了的截面图；
图19是示出形成元件区域之前的状态的截面图，与图11对应；
图20是示出随着时间的推移薄膜压电材料元件的行程变化的曲线图；以及
图21是示出配备有根据本发明实施例的HGA的硬盘驱动器的透视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来描述本发明的实施例。注意，相同的部件将采用相同的数字或字母表示，并将省略它们的重复描述。
(HGA的结构)
首先，将参考图1至图4解释根据本发明的实施例的HGA的结构。这里，图1是从正面示出根据本发明的实施例的整个HGA 91的透视图。图2是从正面示出HGA 91的主要部分的透视图。图3是从正面示出构成HGA 91的悬架50的主要部分的透视图。图4是示出固定薄膜压电材料元件12b的挠性件6的部分的放大透视图。
如图1所示，HGA 91具有悬架50和磁头滑块60。悬架50具有底板2、负载杆3、挠性件6和未示出的磁盘架(dumper)，并且悬架具有将这些部件通过焊接等连接成一体的结构。
底板2是用于将悬架50固定到稍后描述的硬盘驱动器201的驱动臂209上的部件，并且由诸如不锈钢等的金属形成。
负载杆3固定在底板2上。负载杆3具有随负载杆3距离底板2越远而宽度逐渐减小的形状。负载杆3具有负载弯曲部，该负载弯曲部产生用于将磁头滑块60压在稍后描述的硬盘驱动器201的硬盘202上的动力。
进一步地，如图1至图4所示，挠性件6具有挠性基板4、基底绝缘层5、连接布线81，以及薄膜压电材料元件12a，12b。挠性件6具有这样的结构，即基底绝缘层5形成在挠性基板4上，并且连接布线81和薄膜压电材料元件12a，12b粘附在基底绝缘层5上。此外，形成未示出的保护绝缘层以覆盖连接布线81和薄膜压电材料元件12a，12b。
挠性件6具有附接压电材料元件的结构，即基底绝缘层5的表面除了连接布线81之外，其上还固定有薄膜压电材料元件12a，12b，从而成为具有压电材料元件的结构。
进一步地，挠性件6在尖端侧(负载杆3侧)具有折片部90。磁头滑件60所安装在的舌部19固定在折片部90上，并且多个连接垫20形成得比舌部19更靠近边缘侧。连接垫20电连接至磁头滑块60的未示出的电极极板上。
挠性件6使薄膜压电材料元件12a，12b伸展或收缩，并且使不锈钢部(称为向外触发部)伸展或收缩到舌部19的外部。这使得磁头滑块60的位置能够围绕未示出的浅凹非常轻微地移动，并使磁头滑块60的位置得到细微控制。
挠性基板4是用于支撑整个挠性件6的基板，并且由不锈钢形成。挠性基板4的背面通过焊接固定至底板2和负载杆3。如图1所示，挠性基板4具有固定至负载杆3和底板2的表面的中心部4a，以及从底板2向外部延伸的布线部4b。
基底绝缘层5覆盖挠性基板4的表面。基底绝缘层5由例如聚酰亚胺形成，并且具有约5μm至10μm的厚度。此外，如图3所详示，基底绝缘层5的设置在负载杆3上的部分被分成两部分。其中一部分是第一布线部5a，另一部分是第二布线部5b。薄膜压电材料元件12a和薄膜压电材料元件12b粘附在每个布线部的表面上。
在第一布线部5a和第二布线部5b的表面上均形成有多个连接布线81。每个连接布线81由诸如铜等的导体形成。每个连接布线81的一个端部连接至薄膜压电材料元件12a，12b或每个连接垫20。
未示出的保护绝缘层由例如聚酰亚胺形成。保护绝缘层具有例如约1μm至2μm的厚度。
此外，在磁头滑块60上形成有未示出的用于记录和再现数据的薄膜磁头。进一步地，在磁头滑块60上形成有多个未示出的电极极板，并且每个电极极板连接至连接垫20。
(薄膜压电材料元件的结构)
接着，将参考图5至图9解释薄膜压电材料元件12b的结构。这里，图5是沿图4中的5-5线截取的截面图；图6是示出薄膜压电材料元件12b和HGA 91的周边部分的平面图；图7是沿图6中7-7线截取的截面图；图8是沿图6中8-8线截取的截面图；图9是沿图6中9-9线截取的截面图。注意，为方便说明，在图6至图8中省略了连接电极18b。
薄膜压电材料元件12b(与薄膜压电材料元件12a类似)，如图5至图9所示，具有层压结构部21、下压电材料保护膜14、上压电材料保护膜24、表层绝缘膜22、上电极极板44A、下电极极板44B，以及粘胶树脂层28。在薄膜压电材料元件12b中，下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24形成为将层压结构部21夹在中间。
薄膜压电材料元件12b，12a通过环氧树脂粘附到基底绝缘层5的表面上。在薄膜压电材料元件12b和基底绝缘层5之间形成有由环氧树脂制成的树脂层29，和支撑层(例如二氧化硅)。
薄膜压电材料元件12b在平面图中形成为矩形形状，如图6所示。极板区25固定在沿薄膜压电材料元件12b的长边方向的一侧。极板区25是从稍后描述的表层绝缘膜22的顶面设置部22a和侧面设置部22b的边界线22e到上电极极板44A和下电极极板44B的区域。在极板区25中形成有上通孔23A、下通孔23B、上电极极板44A，以及下电极极板44B。
注意，在薄膜压电材料元件粘附在基底绝缘层5上的条件下，本发明中的“上”和“下”不一定表示上侧、下侧。这些词是为了方便起见所采用的术语，以便区分两个彼此相对且将压电材料膜13夹在它们之间的上、下电极膜21b，21c等。在实际产品中，上电极膜27有时设置在下侧，而下电极膜17有时设置在上侧。
层压结构部21具有压电材料膜13、下电极膜17和上电极膜27。压电材料膜13层压在下电极膜17上，上电极膜27层压在压电材料膜13上。层压结构部21具有由压电材料膜13、下电极膜17以及上电极膜27形成的层压结构。此外，层压结构部21进一步具有层压在下电极膜17和压电材料膜13之间的下扩散阻挡膜16a，以及层压在上电极膜27和压电材料膜13之间的上扩散阻挡膜16b。
压电材料膜13采用由通式Pb(ZrxTi(1-x))O3表示的锆钛酸铅(下文也称“PZT”)制成的压电材料，被形成为薄膜形状。压电材料膜13是通过外延生长形成的外延膜，并且具有例如约1μm至5μm的厚度。此外，压电材料膜13是通过溅射形成的溅射膜。
例如钛酸钡、钛酸铅等的压电陶瓷(其大部分是铁电物质)，以及不含钛或铅的非铅系压电陶瓷均能够代替PZT用于压电材料膜13。
下电极膜17是由以Pt作为主要成分的金属元素(除了Pt之外可包括Au、Ag、Pd、Ir、Ru、Cu)制成的薄膜(厚度约100nm)，其形成在下压电材料保护膜14上。下电极膜17的晶体结构是面心立方结构。
上电极膜27是由以Pt作为主要成分的金属元素(除了Pt之外，其还可包括Au、Ag、Pd、Ir、Rh、Ni、Pb、Ru、Cu)制成的多晶薄膜(厚度约50nm)，其形成在上扩散阻挡膜16b上。上电极膜27具有这样一种外形，其在下通孔23B下方的部分和周边部分是缺失的(下文也称“部分缺失外形”)，以便不与后面描述的下电极极板44B接触。
下扩散阻挡膜16a是通过外延生长形成的由导电材料制成的薄膜(厚度约20nm)，该导电材料包括锶和钌，例如SrRuO3(也称SRO)等。下扩散阻挡膜16a通过溅射形成。下扩散阻挡膜16a形成在下电极膜17的压电材料膜13侧的上表面上。压电材料膜13形成在下扩散阻挡膜16a上。
上扩散阻挡膜16b是由无定形导电材料制成的薄膜(厚度约10nm至35nm)，导电材料包括锶和钌，例如SrRuO3(也称SRO)等。上扩散阻挡膜16b形成在上电极膜27的压电材料膜13侧的上表面上。上扩散阻挡膜16b也通过溅射形成。
下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24分别形成在下电极膜17的下侧和上电极膜27的上侧。下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24是用合金材料形成的多晶薄膜(厚度约100nm)。
下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24由例如以铁(Fe)为主要成分的合金材料形成。优选地，下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24的晶体结构是体心立方结构。优选地，下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24由包括了Fe并包括Co、Mo、Au、Pt、Al、Cu、Ag、Ta、Cr、Ti、Ni、Ir、Nb、Rb、Cs、Ba、V、W、Ru当中的至少一种的合金材料形成。此外，更优选地，下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24由包括Fe和Co、Mo的合金材料形成。下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24能够通过PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)来形成，PVD例如为：IBD(Ion Beam Deposition，离子束沉积)、溅射、真空蒸发、MBE(Molecular Beam Epitaxy，分子束外延)、离子镀等。
此外，薄膜压电材料元件12b具有膜尺寸扩展后结构。该膜尺寸扩展后结构指的是将稍后描述的上膜部40A、中膜部40B和下膜部40C的尺寸按照该顺序进行扩展的结构。即，在薄膜压电材料元件12b中，中膜部40B的尺寸大于上膜部40A的尺寸，下膜部40C的尺寸大于中膜部40B的尺寸。在该实施例中，上膜部40A是包括上电极膜27和上压电材料保护膜24的部分，中膜部40B是包括压电材料膜13的部分，下膜部40C是包括下电极膜17和下压电材料保护膜14的部分。
进一步地，在薄膜压电材料元件12b中，围绕所有下压电材料保护膜14、下电极膜17、压电材料膜13、上压电材料保护膜24和上电极膜27的长边宽度和短边宽度均按照上膜部40A、中膜部40B和下膜部40C的顺序进行扩展。在这种情况下，长边宽度指的是沿薄膜压电材料元件12b的长边方向的宽度，短边宽度指的是沿薄膜压电材料元件12b的短边方向的宽度。
也就是说，在薄膜压电材料元件12b中，如图7所示，当上压电材料保护膜24和上电极膜27的长边宽度为L24，压电材料膜13的长边宽度为L13，并且下压电材料保护膜14和下电极膜17的长边宽度为L14时，L24<L13<L14。
进一步地，如图9所示，当上压电材料保护膜24和上电极膜27的短边宽度为W24，压电材料膜13的短边宽度为W13，并且下压电材料保护膜14和下电极膜17的短边宽度为W14时，W24<W13<W14。
表层绝缘膜22设置在层压结构部21的上表面和四个方向的侧表面上，并且形成为用于覆盖层压结构部21的上表面和四个方向的侧表面。表层绝缘膜22由诸如聚酰亚胺等的绝缘材料形成。表层绝缘膜22具有顶面设置部22a和侧面设置部22b。
顶面设置部22a是设置在层压结构部21的上表面的部分。顶面设置部22a直接形成在上压电材料保护膜24的上表面24ba上。顶面设置部22a的长边方向上的一个端面被分配给极板区25。上通孔23A和下通孔23B形成在顶面设置部22a上。
上通孔23A形成在顶面设置部22a的极板区25中。如图7所述，上通孔23A穿透表层绝缘膜22的顶面设置部22a和上压电材料保护膜24。上电极膜27的上表面作为暴露面27b，暴露在上通孔23A中。进一步地，由于上压电材料保护膜24是由合金材料制成，所以在通孔23A内部的经过上压电材料保护膜24的部分上形成有未示出的绝缘膜。
下通孔23B也形成在顶面设置部22a的极板区25中。如图8所示，与上通孔23A类似，下通孔23B也穿透顶面设置部22a。由于上电极膜27和上压电材料保护膜24形成有以上所述的部分缺失外形，所以下电极膜17的上表面作为暴露面17b暴露在下通孔23B中。
此外，上电极极板44A和下电极极板44B分别形成在上通孔23A和下通孔23B中。上电极极板44A形成为长方平行六面体形状。上电极极板44A与上电极膜27的暴露面27b直接接触。下电极极板44B形成为长方平行六面体形状。下电极极板44B与下电极膜17的暴露面17b直接接触。上电极极板44A和下电极极板44B的长边宽度为L44，上电极极板44A和下电极极板44B的短边宽度为W44。
侧面设置部22b是设置在层压结构部21、下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24的侧表面上的部分。如图9所示，侧面设置部22b具有上侧部22a1、中侧部22a2以及下侧部22a3。上侧部22a1是沿上膜部40A的侧表面的部分。中侧部22a2是沿中膜部40B的侧表面的部分。下侧部22a3是沿下膜部40C的侧表面的部分。
进一步地，表层绝缘膜22具有错开布置结构。错开布置结构指的是上侧部22a1、中侧部22a2和下侧部22a3所布置的位置使得它们按顺序地向外错开的结构。进一步地，表层绝缘膜22具有台阶部22S1和台阶部22S2。
台阶部22S1和台阶部22S2基于上膜部40A、中膜部40B和下膜部40C的表层绝缘膜22的尺寸差异而形成。台阶部22S1和台阶部22S2沿压电材料膜13的表面分别从上侧部22a1和中侧部22a2突出出来并连接于中侧部22a2和下侧部22a3。即，位于上侧部22a1和中侧部22a2之间的部分是台阶部22S1，位于中侧部22a2和下侧部22a3之间的部分是台阶部22S2。
此外，如图4所示，具有上述结构的薄膜压电材料元件12b连接至具有连接电极18b(也称连接极板，例如可由焊料形成)的悬架极板26，26。在这种情况下，连接电极18b，18b将上电极极板44A、下电极极板44B各自的外端面连接至悬架极板26，26。
注意，在图2至图4中示出了连接布线81和薄膜压电材料元件12b，12a，为了方便说明，它们未暴露在挠性件6的表面，因为它们覆盖有未出示的保护绝缘层。
(薄膜压电材料元件的制造方法)
接下来，将参考图10(a)至图18(b)解释薄膜压电材料元件12b的制造方法。这里，图10(a)是示出用于制造根据本发明的实施例的薄膜压电材料元件12b的整个薄膜压电材料基板1的立体图；图10(b)是示出了形成元件区域之后的薄膜压电材料基板1的表面的放大平面图；图11是沿图10(b)中11-11线截取的截面图；图12是示出薄膜层压部形成步骤和层压结构部形成步骤的截面图(该截面图被部分省略)；图13是示出继图12的步骤之后的层压结构部形成步骤的制造步骤的截面图(该截面图被部分省略)；图14至图16是分别示出继图13至图15的步骤之后的制造步骤的截面图(该截面图被部分省略)；图17是示出表层绝缘膜形成步骤的截面图(该截面图被部分省略)；图18(a)是示出元件区域形成步骤的截面图(该截面图被部分省略)；图18(b)是示出图18(a)的步骤之后的制造步骤的截面图(该截面图被部分省略)。
薄膜压电材料元件12b由薄膜压电材料基板1制造而成。薄膜压电材料基板1是用于制造薄膜压电材料元件12b的基板，薄膜压电材料基板1通过执行基板制造步骤来制造。根据本实施例，基板制造步骤中包括薄膜层压部形成步骤。
在基板制造步骤中，首先制备硅晶圆。对硅晶圆进行热氧化，从而在硅晶圆的一侧形成绝缘层2a。然后，得到绝缘硅基板2。形成绝缘层2a的硅晶圆的那侧的表面是第一表面1a，背面是第二表面1b。
如图11所示，绝缘硅基板2具有：作为沉积用基板的硅晶圆，以及形成于表面的由二氧化硅制成的绝缘层2a。
然后，如图10(a)所示，通过执行薄膜层压部形成步骤，在绝缘硅基板2的第一表面1a上形成薄膜层压部3。于是，就制成了薄膜压电材料基板1。薄膜层压部3形成在绝缘层2a上。
薄膜层压部形成步骤包括稍后描述的下压电材料保护层形成步骤、下电极层形成步骤、下扩散阻挡层形成步骤、压电材料层形成步骤、上扩散阻挡层形成步骤、上电极层形成步骤以及上压电材料保护层形成步骤。
在下压电材料保护层形成步骤中，如图12所示，形成下压电材料保护层14L。下压电材料保护层14L由以铁(Fe)作为主要成分的合金材料(例如，包括Fe、Co和Mo的合金材料)通过溅射或IBD(离子束沉积)形成。在这种情况下，在绝缘硅基板2的绝缘层2a上涂覆树脂胶，由树脂胶形成下压电材料保护层14L。粘性树脂层28由树脂胶形成。
接着，执行下电极层形成步骤。在下电极层形成步骤中，通过溅射在下压电材料保护层14L上执行以Pt作为主要成分的金属元素的外延生长。该外延生长形成下电极层17L。
接下来，执行下扩散阻挡层形成步骤。在该步骤中，通过溅射在下电极层17L的上表面由例如SRO形成下扩散阻挡层16aL。
接着，执行压电材料层形成步骤。在该步骤中，如图12所示，通过溅射在下扩散阻挡层16aL上执行由PZT制成的薄膜的外延生长，以形成压电材料层13L。
再接下来，执行上扩散阻挡层形成步骤。在该步骤中，如图12所示，通过溅射在压电材料层13L上由例如SRO形成上扩散阻挡层16bL。
进一步地，执行上电极层形成步骤。在该步骤中，通过溅射在上扩散阻挡层16bL上执行以Pt作为主要成分的金属材料的生长，以形成上电极层27L。上电极层27L能够是非定向多晶膜，或优选地是具有(110)面或(111)面的定向膜，而非外延生长膜。
如上所述，下扩散阻挡层形成步骤和上扩散阻挡层形成步骤均是在薄膜层压部形成步骤中执行的。因此，压电材料层13L是经由下扩散阻挡层16aL而形成在下电极层17L上，上电极层27L是经由上扩散阻挡层16bL而形成在压电材料层13L上。
之后，执行上压电材料保护层形成步骤。在上压电材料保护层形成步骤中，通过溅射或IBD(离子束沉积)，采用与下压电材料保护层形成步骤中通用的合金材料，在上电极层27L上形成上压电材料保护层24L。
当通过执行以上所述薄膜层压部形成步骤在绝缘层2a的上表面形成薄膜层压部3时，就制成了薄膜压电材料基板1。从下压电材料保护层14L到上压电材料保护层24L的每层都包括在薄膜层压部3中，如图12所示。
在薄膜层压部形成步骤之后，接着执行层压结构部形成步骤。在层压结构部形成步骤中，将薄膜层压部3部分去除，从而形成上述层压结构部21。
如图10(a)和图11所示，针对每个元件区域10执行层压结构部形成步骤。元件区域10通过在纵向和水平方向上均匀分割薄膜层压部3而形成。薄膜压电材料元件12b形成自每个元件区域10。元件区域10之间由间隔部11隔开，元件区域10通过执行稍后所述的元件区域形成步骤而形成。
可针对如图19所示的规划式元件区域10A而非图11所示的元件区域10来执行层压结构部形成步骤，规划式元件区域10A规划出要形成多个元件区域10。注意，图12至图17中示出了对分割之前的规划式元件区域10A执行层压结构部形成步骤的情况。
在层压结构部形成步骤中包括用于形成下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24的压电材料保护膜形成步骤。因此，当执行层压结构部形成步骤时，下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24与层压结构部21一同形成。
在层压结构部形成步骤中，如图12所示，首先在上压电材料保护层24L上形成由氧化铝(Al2O3)制成的帽层。接着，如图13所示，在帽层31上形成具有未示出的光刻胶的抗蚀图案61。以抗蚀图案61为掩膜，执行离子研磨或反应离子蚀刻(RIE)，以去除帽层31、上压电材料保护层24L、上电极层27L以及上扩散阻挡层16bL的多余部分。
于是，如图14所示，分别从上压电材料保护层24L、上电极层27L以及上扩散阻挡层16bL形成上压电材料保护膜24、上电极膜27和上扩散阻挡膜16b。在这种情况下，按照上述上膜部40A的尺寸形成上压电材料保护膜24、上电极膜27和上扩散阻挡膜16b。
接着，以未示出的抗蚀图案作为掩膜，对压电材料层13L和下扩散阻挡层16aL执行图形化操作，以去除压电材料层13L和下扩散阻挡层16aL的多余部分。然后，如图15所示，就从压电材料层13L和下扩散阻挡层16aL形成压电材料膜13和下扩散阻挡膜16a。在这种情况下，按照述中膜部40B的尺寸形成压电材料层13L和下扩散阻挡层16aL。
再接下来，以未示出的抗蚀图作为掩膜，对下电极层17L和下压电材料保护层14L执行图形化操作，以去除下电极层17L和下压电材料保护层14L的多余部分。然后，从下电极层17L和下压电材料保护层14L形成下电极膜17和下压电材料保护层14L。在这种情况下，按照上述下膜部40C的尺寸形成下电极膜17和下压电材料保护膜14。
执行以上所描述的步骤以形成层压结构部21。此外，形成下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24以将层压结构部21夹在中间。
然后，分别将上压电材料保护膜24、层压结构部21的上电极膜27、层压结构部21的压电材料膜13、层压结构部21的下电极膜17以及下压电材料保护膜14形成为上膜部40A、中膜部40B以及下膜部40C的尺寸。因此，所形成的上压电材料保护膜24、层压结构部21以及下压电材料保护膜14具有以上描述的膜尺寸扩展后结构。进一步地，在每个膜中，长边宽度和短边宽度均按照上膜部40A、中膜部40B和下膜部40C的顺序进行扩展。
在执行层压结构部形成步骤之后，采用氧气执行RIE(反应离子蚀刻)，以去除粘性树脂层28的多余部分。在这种情况下，如图16所示，RIE是在帽层31仍保留在上压电材料保护膜24上的状态下执行的。通过这样，就可以保护上压电材料保护膜24不被氧化。之后，执行离子研磨或RIE以去除帽层31。
接着，执行表层绝缘膜形成步骤。在表层绝缘膜形成步骤中，如图17所示，用聚酰亚胺形成表层绝缘膜22。在每个元件区域10或每个规划式元件区域10A中，表层绝缘膜22布置在层压结构部21、下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24的侧表面上，以及上压电材料保护膜24的上表面上。
在这种情况下，层压结构部21、下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24具有膜尺寸扩展后结构。因此，表层绝缘膜22被形成以具有以上描述的错开布置结构和台阶部22S1，22S2。
另一方面，按照以下执行元件区域形成步骤。在元件区域形成步骤中，首先，在薄膜压电材料基板1的表面涂覆未示出的光刻胶，以在薄膜层压部3上形成光刻胶层，如图18(a)所示。随后，采用未示出的光掩膜，执行图形化操作以形成抗蚀图案38。
之后，以抗蚀图案38为掩膜，对薄膜层压部3执行RIE或蚀刻以去除薄膜层压部3和粘性树脂层28的多余部分。然后，如图18(b)所示，通过间隔部11将薄膜层压部3和粘性树脂层28分割成多个元件区域10。
在元件区域形成步骤之后，执行电极极板形成步骤。在电极极板形成步骤中，通过蚀刻去除表层绝缘膜22和上压电材料保护膜24的多余部分，以形成上通孔23A和下通孔23B。之后，在每个元件区10中执行电镀等以形成上电极极板44A、上通孔23A和下通孔23B中的下电极极板44A。
在硬盘驱动器(HDD)的示例中，通过蚀刻等从薄膜压电材料基板1去除绝缘硅基板2。于是，就形成多个薄膜压电材料元件12b。例如，将所形成的薄膜压电材料元件12b粘附在HGA 91的基底绝缘层5的表面。
(薄膜压电材料元件的操作和作用)
在以上所述的薄膜压电材料元件12b中，形成了下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24以将层压结构部21夹在中间。因此，包括在层压结构部21中的压电材料膜13受到下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24的保护。因此，压电材料膜13几乎不受氦气的向下压力和向上压力。
此外，安装有薄膜压电材料元件12b的HGA 91与其它部件一起容纳在稍后描述的HDD 201的未示出的外壳中。氦气以一定的压力充满HDD 201的外壳。因此，加压的氦气到达HGA 91，并且也到达薄膜压电材料元件12b。然后，氦气的向下压力可能经由表层绝缘膜22到达压电材料膜13。此外，向上压力可能经由挠性基板4和基底绝缘层5到达压电材料膜13。因为压电材料膜13形成为薄膜形状，所以压电材料膜13容易遭受向上压力和向下压力。压电材料膜13可能引起弯曲移位(并非期待的移位)。
然而，在薄膜压电材料元件12b中，下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24形成为将层压结构部21夹在中间。压电材料膜13的压力易于到达的上表面侧和下表面侧均受到下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24的保护。因此，氦气的压力几乎不能到达压电材料膜13。相应地，相比于不形成下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24的情况，在薄膜压电材料元件12b中使压电材料膜13引起弯曲移位的可能性得以降低。
相应地，在薄膜压电材料元件12b中，随着时间的推移使压电材料膜13的特性发生退化的可能性也得以降低，由此就能够尽可能地保持薄膜压电材料元件12b的性能，即使是在外壳或壳体中充满氦气的情况下。
这里，图20是示出随着时间的推移薄膜压电材料元件的行程(stroke)变化的曲线图。g1是示出了不具有下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24的传统薄膜压电材料元件的行程变化的曲线。g2是示出了具有下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24的薄膜压电材料元件12b的行程变化的曲线。
如图20所示，薄膜压电材料元件12b中的行程变化小于传统的薄膜压电材料元件，随着时间的推移几乎保持了恒定的行程。因此，通过提供下压电材料保护膜14和上压电材料保护膜24，能够尽可能地保持薄膜压电材料元件12b的性能。
如上所述，薄膜压电材料元件12b具有一种即使外壳或壳体中充满氦气其性能也几乎不降低的结构。
在HGA 91中，在薄膜压电材料元件12b的示例中，尽管并非薄膜压电材料元件12b的挠性基板4和基底绝缘层5布置在了薄膜压电材料元件12b的下侧，但是其它并非薄膜压电材料元件12b的构件也不会布置在薄膜压电材料元件12b的上侧。因此，相比于向上压力，压电材料膜13更容易受到来自表层绝缘膜22外部的向下压力的影响。
然而，因为薄膜压电材料元件12b具有膜尺寸扩展后结构，每个膜尺寸都按照从上压电材料保护膜24到下压电材料保护膜14的顺序进行扩展。因此，来自表层绝缘膜22外部的向下压力容易被分散而不会集中。到达压电材料膜13的压力也容易被分散而不会集中。因此，肯定能降低压电材料膜13引起弯曲移位的可能性。相应地，肯定能降低压电材料膜13的特性退化的可能性。也肯定能降低薄膜压电材料元件12b的性能退化的可能性。
此外，围绕所有上压电材料保护膜24、上电极27、压电材料膜13、下压电材料保护膜14以及下电极膜17的长边宽度和短边宽度都按照上膜部40A、中膜部40B以及下膜部40C的顺序进行扩展。因此，到达压电材料膜13的压力完全被分散，而几乎不会集中。
进一步地，由于覆盖薄膜压电材料元件12b的表层绝缘膜22具有台阶部22S1，22S2，所以向下压力的影响不仅到达顶面设置部22a还到达台阶部22S1和22S2。因此，到达压电材料膜13的压力容易被分散而不会集中。另外，因为表层绝缘膜22具有错开布置结构，向下压力还到达并非压电材料膜13的外部，所以肯定能减小到达压电材料膜13的向下压力。
由于薄膜压电材料元件12b具有下扩散阻挡膜16a和上扩散阻挡膜16b，所以下电极膜17、压电材料膜13和上电极膜27的扩散阻挡强度也得到提高。
(硬盘驱动器的实施例)
接下来，将参照图21解释硬盘驱动器的实施例。
图21是示出配备有上述提到的HGA 91的硬盘驱动器201的透视图。硬盘驱动器201包括高速旋转的硬盘(磁记录介质)202和HGA 91。硬盘驱动器201是致动HGA 91的装置，以便将数据记录到硬盘202的记录表面上或从硬盘202的记录表面再现数据。硬盘202具有多个(图中为4个)盘片。每个盘片具有与其对应的磁头滑块60相对的记录表面。
硬盘驱动器201通过组件托架装置203将磁头滑块60定位在轨道上。在该磁头滑块60上形成有未示出的薄膜磁头。此外，硬盘驱动器201具有多个驱动臂209。驱动臂209通过音圈电机(VCM)205绕枢轴承轴206枢转，并沿着枢轴承轴206的方向堆叠。此外，HGA 91附接到每个驱动臂209的尖端。
进一步地，硬盘驱动器201具有用于控制记录/再现的控制电路204。
在硬盘驱动器201中，当HGA 91旋转时，磁头滑块60沿硬盘202的径向移动，即沿横穿磁道线的方向移动。
在硬盘驱动器201形成有上述薄膜压电材料元件12a，12b的示例中，即使外壳或壳体中充满了氦气，还是能够尽可能地保持薄膜压电材料元件12a，12b的性能。
本发明不限于前述实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其部件进行各种改变和修改。此外，显然，可以基于前述说明来实施本发明的各种实施例和修改示例。因此，在与所附权利要求等同的范围内，本发明可以在除上述最佳模式之外的模式中进行实施。

Claims (15)

1.一种薄膜压电材料元件，包括：
层压结构部，其包括下电极膜、层压在所述下电极膜上的压电材料膜，以及层压在所述压电材料膜上的上电极膜；
由合金材料形成的下压电材料保护膜；以及
由合金材料形成的上压电材料保护膜，
其中，所述下压电材料保护膜和所述上压电材料保护膜形成为分别在所述下电极膜的下侧和所述上电极膜的上侧将所述层压结构部夹在中间。
2.根据权利要求1所述的薄膜压电材料元件，进一步包括：
膜尺寸扩展后结构，其中将包括所述上压电材料保护膜和所述上电极膜的上膜部、包括所述压电材料膜的中膜部以及包括所述下电极膜和所述下压电材料保护膜的下膜部的膜尺寸按顺序地进行扩展。
3.根据权利要求2所述的薄膜压电材料元件，进一步包括：
表层绝缘膜，其设置在所述层压结构部、所述下压电材料保护膜和所述上压电材料保护膜的侧表面上，以及所述上压电材料保护膜的上表面上，
其中，所述表层绝缘膜包括：
布置在所述上压电材料保护膜的上表面上的顶面设置部；
形成在所述顶面设置部上的通孔；
基于所述上膜部、所述中膜部和所述下膜部的尺寸差异而形成的台阶部；以及
错开布置结构，其中沿所述上膜部的侧面的上侧部、沿所述中膜部的侧面的中侧部以及沿所述下膜部的侧面的下侧部布置在使得所述上侧部、所述中侧部和所述下侧部按顺序地向外错开的位置处。
4.根据权利要求2所述的薄膜压电材料元件，
其中，所述上膜部、所述中膜部以及所述下膜部的沿长边方向的长边宽度和沿长边方向的短边宽度按照所述上膜部、所述中膜部和所述下膜部的顺序进行扩展。
5.根据权利要求1所述的薄膜压电材料元件，
其中，所述下压电材料保护膜和所述上压电材料保护膜由以Fe为主要成分且具有Co和Mo的合金材料通过物理气相沉积来形成。
6.根据权利要求1所述的薄膜压电材料元件，进一步包括：
下扩散阻挡膜，其被层压在所述下电极膜和所述压电材料膜之间；以及
上扩散阻挡膜，其被层压在所述上电极膜和所述压电材料膜之间，
其中，所述下扩散阻挡膜和所述上扩散阻挡膜包括锶和钌。
7.根据权利要求3所述的薄膜压电材料元件，进一步包括：
上电极极板，其与所述上电极膜的暴露在所述通孔中的暴露面直接接触，
其中，所述上电极极板穿透所述上压电材料保护膜。
8.一种薄膜压电材料元件的制造方法，包括：
薄膜层压部形成步骤，其中在绝缘硅基板上形成薄膜层压部，所述绝缘硅基板包括由硅制成的用于沉积的基板和形成在所述基板的表面的用于沉积的绝缘层，
其中，所述薄膜层压部形成步骤包括：
下压电材料保护层形成步骤，其中采用合金材料在所述绝缘硅基板上形成下压电材料保护层；
下电极层形成步骤，其中在所述下压电材料保护层上通过溅射来形成下电极层；
压电材料层形成步骤，其中在所述下电极层上通过溅射并采用由通式Pb(ZrxTi(1-x))O3表示的锆钛酸铅制成的薄膜的外延生长来形成压电材料层；
上电极层形成步骤，其中在所述压电材料层上通过溅射来形成上电极层；以及
上压电材料保护层形成步骤，其中采用合金材料在所述上电极层上形成上压电材料保护层。
9.根据权利要求8所述的薄膜压电材料元件的制造方法，进一步包括：
元件区域形成步骤，其中在由所述薄膜层压部形成步骤形成的所述薄膜层压部中形成多个元件区域；以及
层压结构部形成步骤，其中通过在规划要形成多个元件区域的规划式元件区域中或在执行了所述元件区域形成步骤后的每个元件区域中部分去除所述薄膜层压部来形成层压结构部，所述层压结构部具有由所述下电极层制成的下电极膜、由所述压电材料层制成的压电材料膜和由所述上电极层制成的上电极膜，
其中，所述层压结构部形成步骤包括压电材料保护膜形成步骤，其中形成由所述下压电材料保护层制成的下压电材料保护膜和由所述上压电材料保护层制成的上压电材料保护膜，以分别在所述层压结构部的所述下电极膜的下侧和所述上电极膜的上侧将所述层压结构部夹在中间。
10.根据权利要求9所述的薄膜压电材料元件的制造方法，
其中，执行所述层压结构部形成步骤和所述压电材料保护膜形成步骤，以使得包括所述上压电材料保护膜和所述上电极膜的上膜部、包括所述压电材料膜的中膜部以及包括所述下电极膜和所述下压电材料保护膜的下膜部的膜尺寸按顺序进行扩展。
11.根据权利要求10所述的薄膜压电材料元件的制造方法，
其中，执行所述层压结构部形成步骤和所述压电材料保护膜形成步骤，以使得所述上膜部、所述中膜部以及所述下膜部的沿长边方向的长边宽度和沿长边方向的短边宽度按照所述上膜部、所述中膜部和所述下膜部的顺序进行扩展。
12.根据权利要求8所述的薄膜压电材料元件的制造方法，其中，所述薄膜层压部形成步骤进一步包括：
下扩散阻挡层形成步骤，其中在所述下电极层和所述压电材料层之间通过溅射形成由包括锶和钌的材料制成的下扩散阻挡层；以及
上扩散阻挡层形成步骤，其中在所述压电材料层和所述上电极层之间形成由包括锶和钌的材料制成的上扩散阻挡层。
13.根据权利要求9所述的薄膜压电材料元件的制造方法，进一步包括：
表层绝缘膜形成步骤，其中在规划要形成多个元件区域的规划式元件区域中或在执行了所述元件区域形成步骤后的每个元件区域中形成表层绝缘膜，所述表层绝缘膜布置在所述层压结构部、所述下压电材料保护膜和所述上压电材料保护膜的侧表面上以及所述上压电材料保护膜的上表面上。
14.一种磁头折片组件，包括：具有薄膜磁头的磁头滑块；用于支撑所述磁头滑块的悬架；以及用于相对于所述悬架来移动所述磁头滑块的薄膜压电材料元件，
其中，所述薄膜压电材料元件包括：
层压结构部，其包括下电极膜、层压在所述下电极膜上的压电材料膜，以及层压在所述压电材料膜上的上电极膜；
由合金材料形成的下压电材料保护膜；以及
由合金材料形成的上压电材料保护膜，
其中，所述下压电材料保护膜和所述上压电材料保护膜形成为将所述层压结构部夹在其中间。
15.一种硬盘驱动器，包括：磁头折片组件，其包括具有薄膜磁头的磁头滑块、用于支撑所述磁头滑块的悬架，和用于相对于所述悬架来移动所述磁头滑块的薄膜压电材料元件；以及记录介质；
其中，所述薄膜压电材料元件包括：
层压结构部，其包括下电极膜、层压在所述下电极膜上的压电材料膜，以及层压在所述压电材料膜上的上电极膜；
由合金材料形成的下压电材料保护膜；以及
由合金材料形成的上压电材料保护膜，
其中，所述下压电材料保护膜和所述上压电材料保护膜形成为将所述层压结构部夹在其中间。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4190947A4 (en) * 2020-07-28 2024-01-17 FUJIFILM Corporation SUBSTRATE WITH PIEZOELECTRIC FILM AND PIEZOELECTRIC ELEMENT

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05225521A (ja) * 1992-02-10 1993-09-03 Sony Corp 薄膜磁気ヘッド
US20010055185A1 (en) * 2000-06-20 2001-12-27 Alps Electric Co., Ltd. Spin-valve thin-film magnetic element and method for fabricating the same
CN1527415A (zh) * 2003-03-06 2004-09-08 ���µ�����ҵ��ʽ���� 薄膜压电元件及其制造方法与执行元件
CN1675058A (zh) * 2002-08-07 2005-09-28 株式会社丰田中央研究所 具有粘合层的层压产品和具有保护膜的层压产品
CN1757158A (zh) * 2003-03-31 2006-04-05 Tdk株式会社 薄膜压电谐振器的制造方法、薄膜压电谐振器的制造装置、薄膜压电谐振器以及电子部件
US20060267711A1 (en) * 2005-05-31 2006-11-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Thin-film piezoelectric resonator, filter and voltage-controlled oscillator
JP2009172878A (ja) * 2008-01-24 2009-08-06 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
CN101615650A (zh) * 2008-06-23 2009-12-30 新科实业有限公司 薄膜压电元件及其制造方法、磁头折片组合及磁盘驱动单元
US20130069490A1 (en) * 2010-05-17 2013-03-21 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric Actuator And Drive Device
CN203690347U (zh) * 2014-01-29 2014-07-02 西安科技大学 压电材料多向极化夹具
JP2016072589A (ja) * 2014-09-29 2016-05-09 新科實業有限公司ＳＡＥ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ（Ｈ．Ｋ．）Ｌｔｄ． 薄膜圧電体素子およびその製造方法並びにそれを有するヘッドジンバルアセンブリ、ハードディスク装置、インクジェットヘッド、可変焦点レンズおよびセンサ
US9646637B1 (en) * 2015-11-05 2017-05-09 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Thin-film piezoelectric material element, head gimbal assembly and hard disk drive
US20170162779A1 (en) * 2015-12-03 2017-06-08 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Thin-film piezoelectric material substrate, thin-film piezoelectric material element, head gimbal assembly, ink jet head and method of manufacturing the thin-film piezoelectric material element
US20180137883A1 (en) * 2016-11-15 2018-05-17 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Thin-film piezoelectric material element having a solder regulating part formed on a pad surface being a surface of an electrode pad
TW201830982A (zh) * 2017-02-14 2018-08-16 智動全球股份有限公司 電聲轉換器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6767655B2 (en) 2000-08-21 2004-07-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magneto-resistive element
JP4930569B2 (ja) * 2009-10-14 2012-05-16 株式会社村田製作所 磁気ヘッド駆動用圧電セラミックアクチュエータ
US8493694B2 (en) 2010-11-22 2013-07-23 Headway Technologies, Inc. Fabrication of a coercivity hard bias using FePt containing film
US9401469B2 (en) * 2014-09-29 2016-07-26 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Thin-film piezoelectric material element, method of manufacturing the same, head gimbal assembly, hard disk drive, ink jet head, variable focus lens and sensor
US9875759B1 (en) * 2015-09-10 2018-01-23 Magnecomp Corporation Dual stage actuated suspension having shear-mode PZT actuators for rotating gimbal tongue

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05225521A (ja) * 1992-02-10 1993-09-03 Sony Corp 薄膜磁気ヘッド
US20010055185A1 (en) * 2000-06-20 2001-12-27 Alps Electric Co., Ltd. Spin-valve thin-film magnetic element and method for fabricating the same
CN1675058A (zh) * 2002-08-07 2005-09-28 株式会社丰田中央研究所 具有粘合层的层压产品和具有保护膜的层压产品
CN1527415A (zh) * 2003-03-06 2004-09-08 ���µ�����ҵ��ʽ���� 薄膜压电元件及其制造方法与执行元件
CN1757158A (zh) * 2003-03-31 2006-04-05 Tdk株式会社 薄膜压电谐振器的制造方法、薄膜压电谐振器的制造装置、薄膜压电谐振器以及电子部件
US20060267711A1 (en) * 2005-05-31 2006-11-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Thin-film piezoelectric resonator, filter and voltage-controlled oscillator
JP2009172878A (ja) * 2008-01-24 2009-08-06 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
CN101615650A (zh) * 2008-06-23 2009-12-30 新科实业有限公司 薄膜压电元件及其制造方法、磁头折片组合及磁盘驱动单元
US20130069490A1 (en) * 2010-05-17 2013-03-21 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric Actuator And Drive Device
CN203690347U (zh) * 2014-01-29 2014-07-02 西安科技大学 压电材料多向极化夹具
JP2016072589A (ja) * 2014-09-29 2016-05-09 新科實業有限公司ＳＡＥ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ（Ｈ．Ｋ．）Ｌｔｄ． 薄膜圧電体素子およびその製造方法並びにそれを有するヘッドジンバルアセンブリ、ハードディスク装置、インクジェットヘッド、可変焦点レンズおよびセンサ
US9646637B1 (en) * 2015-11-05 2017-05-09 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Thin-film piezoelectric material element, head gimbal assembly and hard disk drive
US20170162779A1 (en) * 2015-12-03 2017-06-08 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Thin-film piezoelectric material substrate, thin-film piezoelectric material element, head gimbal assembly, ink jet head and method of manufacturing the thin-film piezoelectric material element
US20180137883A1 (en) * 2016-11-15 2018-05-17 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Thin-film piezoelectric material element having a solder regulating part formed on a pad surface being a surface of an electrode pad
TW201830982A (zh) * 2017-02-14 2018-08-16 智動全球股份有限公司 電聲轉換器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
荆阳等: "硬盘用压电厚膜微致动器的制作及有限元分析", 《北京理工大学学报》 *

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Publication number Publication date
US20200091403A1 (en) 2020-03-19
CN110931049B (zh) 2022-07-15
US10614842B1 (en) 2020-04-07

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