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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aktuator, welcher Armauslenkungen
einer Siliziumstruktur mit einer piezoelektrischen Vorrichtung, die
daran befestigt ist, nutzt, und auf ein Verfahren zum Herstellen
desselben. Speziell bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen
Aktuator, der für
ein Steuern der Position eines Magnetkopfes in einer magnetischen
Aufnahmevorrichtung mit hoher Präzision
usw. geeignet ist, und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.
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Verwandter Stand der Technik
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In
den letzten Jahren hat sich die magnetische Aufnahmedichte in einer
sehr raschen Geschwindigkeit verbessert. Daher hat sich die Spurabstandsbreite
verengt, um die Dichte zu erhöhen,
was es notwenig macht, die Präzision
beim Regulieren der Magnetkopfposition im Hinblick auf die Spurpositionen
zu verbessern. Jedoch besteht hier eine Grenze bei der Magnetkopfpositionsregulierung,
wenn sie von der Steuerung eines VOM (Schwingspulenmotor) allein
abhängig
ist. Daher wurde ein zweistufiges Servosteuersystem unter Verwendung
eines VCM und ein Aktuator zum Ausführen einer feineren Steuerung
vorgeschlagen.
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Als
Aktuator für
eine Verwendung in dem zweistufigen Servosteuersystem sind Zirkoniumrahmenaktuatoren
und Metallrahmenaktuatoren (zum Beispiel in der
japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift
Nr. 2002-289936 offenbart, auch veröffentlicht als
EP 1 225 644 ) herkömmlich bekannt.
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Ein
Zirkoniumrahmenaktuator wird durch ein Verfahren erhalten, das die
Schritte eines Ausbildens einer geschichteten Zirkoniumschicht mit
einer piezoelektrischen Vorrichtung durch Drucken oder dergleichen,
Hartbrennen des resultierenden Produktes und dann Schneiden des
gebrannten Produktes in eine Vorrichtungsgröße aufweist. Dieser Aktuator
ist vorteilhaft, da seine Stoßfestigkeit
durch die Verwendung von Zirkonium verbessert ist.
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Zum
Herstellen eines Metallrahmenaktuators wird ein Edelstahl anfangs
geätzt
oder gestanzt, um eine Schieberhalterung, wobei ein Teil an einer Aufhängung zu
befestigen ist, und ein Paar von Antriebsteilen (Armen) auszubilden,
an welchen eine piezoelektrische Vorrichtung angebracht ist. Nachfolgend
wird jedes Antriebsteil so gebogen, dass es senkrecht zu der Schieberhalterung
ist, und eine piezoelektrische Vorrichtung wird an der Außenseite
von jedem Antriebsteil angebracht. Dies resultiert in einem Aktuator
mit einem Hauptteil, das integral aus einem Metall ausgebildet ist.
Das integrale Ausbilden kann die Anzahl von Komponenten reduzieren,
während
die Produktionseffektivität
verbessert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Jedoch
wurden die folgenden Probleme bei den oben erwähnten herkömmlichen Aktuatoren gefunden.
Erstens haben die Zirkoniumrahmenaktuatoren eine solche hohe Härte, dass
ihre Verarbeitbarkeit gering ist, wodurch sie nicht für ein Verringern
der Größe geeignet
sind und nur schwer einem Trend folgen, Kopfschieber kleiner herzustellen,
was von nun an erwartet wird. Keramiken wie zum Beispiel Zirkonium
tendieren dazu, Blasen zu enthalten, was es auch für ein Paar
von Antriebsteilen (Armen) schwierig macht, mit hoher Präzision gesteuert
zu werden.
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Andererseits
ist ein Verbiegen oder dergleichen für ein integrales Ausbilden
der Metallrahmenaktuatoren notwendig, was Zeit und Mühe zum Herstellen
derselben erfordert.
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Daher
war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aktuator,
welcher Arme mit hoher Präzision
steuern kann und einfach und kleiner hergestellt werden kann, und
ein Verfahren zum Herstellen desselben zur Verfügung zu stellen.
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Die
oben genannte Aufgabe kann durch die vorliegende Erfindung gelöst werden,
welche einen Aktuator zur Verfügung
stellt, der die Merkmale von Anspruch 1 aufweist. Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist der Aktuator eine Siliziumstruktur auf, die integral
aus einkristallinem Silizium ausgebildet ist, mit einem Paar von
Armen und einem Verbindungsteil zum Verbinden der Arme miteinander;
und jeweiligen piezoelektrischen Vorrichtungen, die an den Armen
angebracht sind.
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Jede
piezoelektrische Vorrichtung hat eine Form, die sich in einer Richtung
erstreckt und ist an einer Außenseitenfläche des
jeweiligen Arms so angebracht, dass sich eine Längsrichtung der piezoelektrischen
Vorrichtung entlang einer Längsrichtung des
Arms erstreckt.
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Da
der Aktuator aus einkristallinem Silizium ausgebildet ist, sind
weniger Kristalldefekte darin, wodurch die Arme mit hoher Präzision gesteuert
werden können.
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Da
der Aktuator aus Silizium ausgebildet ist, können fotolithografische Techniken,
die bei Halbleiterherstellungsprozessen verwendet werden, und dergleichen
zum Herstellen desselben verwendet werden. Die fotolithografischen
Techniken ermöglichen
ein genaues Prozessieren, wodurch der Aktuator kleiner hergestellt
werden kann.
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Der
Aktuator kann einfach hergestellt werden, da die Siliziumstruktur
integral durch Verwenden der fotolithografischen Techniken ausgebildet
werden kann. Das Herstellen kann auch dadurch als einfach betrachtet
werden, da kein Verbiegen der Arme wie in dem Fall, wo ein Metallrahmenaktuator
integral ausgebildet wird, notwendig ist.
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Der
Aufbau des Aktuators der vorliegenden Erfindung kann effektiv Auslenkungen
von piezoelektrischen Vorrichtungen auf die Arme übertragen,
wodurch es möglich
ist, die Arme mit hoher Präzision
zu steuern.
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In
dem Aktuator der vorliegenden Erfindung kann jede piezoelektrische
Vorrichtung eine geschichtete piezoelektrische Vorrichtung sein.
Dies kann die Antriebsbeträge
der piezoelektrischen Vorrichtungen verbessern, wodurch der Auslenkungsbetrag
der Arme größer gemacht
werden kann.
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Die
Siliziumstruktur kann mit Verunreinigungen dotiert sein, um den
Widerstand zu verringern. Dies macht es möglich, die piezoelektrischen
Vorrichtungen durch die Siliziumstruktur zu erregen.
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Das
Verfahren zum Herstellen eines Aktuators gemäß der vorliegenden Erfindung
weist die Schritte eines Ätzens
einer Oberfläche
eines einkristallinen Siliziumssubstrates, um eine Vielzahl von plattenähnlichen
Auskragen auszubilden, die parallel auf dem einkristallinen Siliziumsubstrat
angeordnet sind; ein Schneiden des einkristallinen Siliziumsubstrates
in eine Vielzahl von Blöcken,
die jeweils ein Paar von plattenähnlichen
Vorsprüngen
haben; ein Anbringen eines länglichen
piezoelektrischen Vorrichtungskörpers
an einer Außenseitenfläche von
jedem eines Paars plattenähnlicher
Vorsprüngen
in jedem Block; und ein Schneiden des Blocks, der die länglichen
piezoelektrischen Vorrichtungen hat, die daran befestigt sind, in
eine Vielzahl von Aktuatoren, die jeweils eine Siliziumstruktur
aufweisen, die integral mit einem Paar von Armen und einem Verbindungsteil
zum Verbinden der Arme miteinander, und jeweiligen piezoelektrischen
Vorrichtungen, die an den Armen befestigt sind, ausgebildet ist,
auf.
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Da
der so erhaltene Aktuator aus einkristallinem Silizium ausgebildet
ist, sind weniger Kristalldefekte darin, wodurch die Arme mit hoher
Präzision gesteuert
werden können.
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Da
eine Ätztechnik,
welche ein feines Prozessieren ermöglicht, für das Herstellen verwendet wird,
kann der Aktuator kleiner gemacht werden.
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Da
die Siliziumstruktur integral durch Verwenden der Ätztechnik
ausgebildet ist, ist die Herstellung einfach. Das Herstellen kann
auch dadurch als einfach betrachtet werden, da kein Verbiegen der Arme
wie in dem Fall, wo ein Metallrahmenaktuator integral ausgebildet
wird, notwendig ist.
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Da
längliche
piezoelektrische Vorrichtungskörper,
welche aufgrund ihrer Länge
einfach zu handhaben sind, an einem Block angebracht sind, und der Block
dann in eine Vielzahl von Aktuatoren geschnitten wird, ist die Produktionseffektivität viel höher als in
dem Fall, wo piezoelektrische Vorrichtungen an den Armen der Siliziumstrukturen
einer nach dem anderen angebracht sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Aktuator gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung des Aktuators, der in 1 gezeigt
ist; die 3A bis 3F sind
Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen des Aktuators gemäß der ersten Ausführungsform
zeigen;
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4 ist
eine Perspektivansicht, die den Aktuator gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
eine Perspektivansicht, die ein modifiziertes Beispiel von piezoelektrischen
Vorrichtungen zeigt, die in dem Aktuator gemäß der zweiten Ausführungsform
verwendet werden;
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6 ist
eine Perspektivansicht, die den Aktuator gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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7 ist
eine Perspektivansicht, die den Aktuator gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im Detail im Hinblick auf die zugehörigen Zeichnungen
erläutert. Komponenten,
die identisch zueinander sind, werden mit Bezugszeichen bezeichnet,
die identisch zueinander sind, ohne ihre überlappenden Erläuterungen zu
wiederholen.
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Erste
Ausführungsform: 1 ist
eine Perspektivansicht, die den Aktuator gemäß einer ersten Ausführungsform
zeigt, wobei 2 eine perspektivische Explosivdarstellung
des Aktuators ist, der in 1 gezeigt
ist. Der Aktuator 1 ist in dieser Ausführungsform ein Aktuator für eine HDD-Servosteuerung,
und wird für
ein Auslenken eines Magnetkopfschiebers (im Folgenden als ein „Schieber" bezeichnet) SL in
Richtung der Pfeile X in der Zeichnung verwendet. Der Aktuator 1 ist
aus einer Siliziumstruktur 10 und einem Paar von piezoelektrischen
Vorrichtungen 30, 30 aufgebaut.
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Die
Siliziumstruktur 10 ist integral in einer im Wesentlichen
U-förmigen
Form aus einkristallinem Silizium ausgebildet, und ist durch ein
Paar von Armen 12, 12, die den Schieber SL dazwischen
halten, und ein Verbindungsteil 15 zum Verbinden der Arme 12, 12 miteinander
aufgebaut. Das Verbindungsteil 15 hat eine rechteckige
Quaderform, wobei die Arme 12, 12 parallel von
beiden Seiten herausragen. Als Siliziumstruktur 10 wurde
eine Struktur mit einem geringen Widerstand, dotiert mit Verunreinigungen
verwendet. Der Widerstand ist vorzugsweise 1 Ωcm oder geringer. Die Siliziumstruktur 10 kann
durch Dotieren mit einem Donator wie zum Beispiel Phosphor als Verunreinigung
in einen n-Typ-Halbleiter umgewandelt werden, oder durch Dotieren
mit einem Akzeptor wie zum Beispiel Aluminium als Verunreinigung
in einen p-Typ-Halbleiter umgewandelt werden.
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Jede
piezoelektrische Vorrichtung 30 ist an der Außenseitenfläche 12a des
jeweiligen Armteils 12 durch einen elektrisch leitfähigen Kleber
wie zum Beispiel Epoxid, Silikon und Acryltypen befestigt. Jede
piezoelektrische Vorrichtung 30 hat eine Einzelplattenstruktur,
bei welcher die Vorder- und Rückseitenflächen eines
piezoelektrischen Keramikkörpers 31 wie
zum Beispiel PZT mit jeweiligen Elektroden 32 ausgebildet
sind. Jede piezoelektrische Vorrichtung 30 erstreckt sich
in einer Richtung, um eine rechteckige plattenähnliche Form zu erlangen und
ist an dem entsprechenden Arm 12 so ange bracht, dass sich
die Längsrichtung
der piezoelektrischen Vorrichtung 30 entlang der Längsrichtung
des Arms 12 erstreckt. Im Ergebnis können die Auslenkungen der piezoelektrischen
Vorrichtung 30 effektiv auf die Arme 12 übertragen
werden, wodurch die Arme 12 mit hoher Präzision gesteuert
werden können.
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Der
Schieber SL weist einen Dünnfilmmagnetkopf
H auf und wird zum Lesen einer Magnetaufnahmeinformation von Festplatten
und zum Aufnehmen einer Magnetaufnahmeinformation auf Festplatten
verwendet. Der Schieber SL hat eine im Wesentlichen rechteckige
Quaderform, deren obere Fläche in
der Zeichnung eine Luftlageroberfläche ist, die einer Festplatte
gegenüber
ist. Hier ist der Schieber SL schematisch ohne Darstellung einer
Schieberschiene zum Einstellen des Schwebebetrags von der Festplatte
usw. gezeigt. Der Schieber SL ist an der Innenseitenfläche von
jedem Arm 12 mit einem Kleber befestigt.
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Der
Aktuator 1 ist an einem Aufhängungsarm 40 eines
Festplattenlaufwerks befestigt. Der Aufhängungsarm 40 hat ein
Führungsende,
das mit einem Tragbügel 42 ausgestattet
ist, und wird durch einen Schwingspulenmotor angetrieben. Der Aktuator 1 wird
mit einer Zunge 42a des Tragbügels 42 verbunden
und befestigt. Da die Arme 12 schwingen müssen, wird
der Kleber zum Befestigen des Aktuators 1 an dem Tragbügel 42 nur
auf das Verbindungsteil 15 aufgebracht.
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Wenn
eine Spannung zwischen den Elektroden 32, 32 durch
die Siliziumstruktur 10, deren Widerstand in dem so aufgebauten
Aktuator verringert ist, angelegt wird, dehnt sich jeder piezoelektrische Keramikkörper 31 aus
oder zieht sich gemäß seiner Polarisierungsrichtung
zusammen. Solche Deformationen der piezoelektrischen Keramikkörper 31 können die
Arme 12, 12 in Richtung der Pfeile X (Richtungen
im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung von jedem Arm 12 innerhalb
der Ebene, in welchen die zwei Arme 12 angeordnet sind)
auslenken, wodurch die Position des Schiebers SL gesteuert wird.
Die zwei Arme 12 funktionieren nämlich als Antriebsarme. Der
Aktuator 1 kann bewirken, dass der Schieber SL um einen
winzigen Betrag bei einem Niveau schwankt, was durch das Zusammenwirken
eines Schwingspulenmotors und der Aufhängungsarme nicht realisiert
werden kann.
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Die
folgenden Effekte können
durch den Aktuator 1 gemäß dieser Ausführungsform
erreicht werden. Da dieser Aktuator 1 aus einkristallinem
Silizium ausgebildet ist, sind weniger Kristalldefekte darin, wodurch
die Arme 12 mit hoher Präzision gesteuert werden können. Auch
kann, da einkristallines Silizium sich nicht plastisch sondern elastisch
in nerhalb des Temperaturbereichs, in welchem das Festplattenlaufwerk
verwendet wird, deformiert, ein Aktuator mit hoher Steuerbarkeit
realisiert werden.
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Der
Aktuator 1 ist aus Silizium ausgebildet und kann daher
durch Verwenden fotolithografischer und mikromechanischer Techniken,
die in Halbleiterherstellungsprozessen und dergleichen verwendet werden,
hergestellt werden. Die fotolithografischen Techniken ermöglichen
ein feines Prozessieren und daher kann der Aktuator 1 kleiner
gemacht werden, so dass der Aktuator 1 vollständig als
Pico-Schieber, Fempto-Schieber oder dergleichen verwendet werden
kann.
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Wenn
ein Aktuator durch Bearbeiten wie zum Beispiel Spanen oder Schleifen
hergestellt wird, können
seine Oberflächen
beschädigt
werden, wodurch Cracks und dergleichen auftreten können. Andererseits
kann ein Trocken- oder Nassätzen
das Erscheinen eines solchen Problems verhindern, wodurch der Aktuator
vollständig
als ein HDD-Servosteueraktuator verwendet werden kann.
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Weiterhin
kann der Aktuator einfach hergestellt werden, da die Siliziumstruktur 10 integral
durch Verwenden einer fotolithografischen Technik ausgebildet werden
kann. Das Herstellen kann auch als einfach betrachtet werden, da
kein Verbiegen der Arme, wie in dem Fall, in dem ein Metallrahmenaktuator integral
ausgebildet wird, notwendig ist.
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Ein
Verfahren zum Herstellen des Aktuators gemäß dieser Ausführungsform
wird nun im Hinblick auf die 3A bis 3F erläutert.
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Zuerst
wird, wie in 3A gezeigt, ein einkristallines
Siliziumsubstrat 60 vorbereitet. Das einkristalline Siliziumsubstrat 60 ist
absichtlich undotiert, wodurch es einen hohen Widerstand aufweist.
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Nachfolgend
wird, wie in 3B gezeigt, eine Oberfläche des
einkristallinen Siliziumsubstrates 60 geätzt, um
so eine Vielzahl von plattenähnlichen
Vorsprüngen 61 auszubilden,
die parallel daran angeordnet sind. Die plattenähnlichen Vorsprüngen 61,
von welchen jede wie ein Band ausgebildet ist, sind parallel zueinander.
Die plattenähnlichen
Vorsprüngen 61 werden
Arme 12 in einem späteren Schritt.
Der nicht geätzte
Bereich des Substrates, der sich unter den Armen 12 befindet,
wird ein Verbindungsteil 15 in einem späteren Schritt. Die Abstände der
plattenähnlichen
Vorsprüngen 61 können durch eine
Struktur einer Fotomaske, die während
des Ätzens
ausgebildet wird, einge stellt werden. Die Höhe jeder plattenähnlichen
Vorsprung 61 (entsprechend der Länge jedes Arms) wird durch
die Ätzzeit
eingestellt.
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Als
das oben genannte Ätzen
wird ein Nassätzen
unter Verwendung einer wässrigen
Alkalilösung
wie zum Beispiel KOH und TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid) als
ein Ätzer
oder ein Trockenätzen
wie zum Beispiel ICP-RIE (induktiv gekoppeltes reaktives Plasmainonenätzen) unter
Verwendung von SF6/CF4 nachdem
eine Struktur mit einem Fotolack ausgebildet wurde, ausgeführt. Hierbei
ist die Oberflächenorientierung
des Siliziumsubstrates vorzugsweise eine (110)-Oberfläche, wenn
sie einem Nassätzen
ausgesetzt wird, aber speziell im Fall eines Trockenätzens ist
sie nicht darauf beschränkt. Obwohl
ein (110)-oberflächenorientiertes
Substrat für ein
Nassätzen
verwendet wird, gibt es keine spezielle Beschränkung in dem Fall eines Trockenätzens. Die plattenähnlichen
Vorsprüngen 61,
die zu den Armen 12 werden, werden durch Stoppen des Ätzens in
der Mitte ausgebildet. Die Höhe
der Vorsprüngen 61 wird durch
Einstellen der Ätzzeit
gesteuert.
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Nachfolgend
wird, wie in 3C gezeigt, das geätzte Siliziumsubstrat
mit einer Vielzahl von plattenähnlichen
Vorsprüngen 61 in
eine Vielzahl von Blöcke 68 geschnitten,
die jeweils ein Paar von plattenähnlichen
Vorsprüngen 61 haben.
Die Schneiderichtungen sind parallel zu der Richtung, in welche sich
jede plattenähnliche
Vorsprung 61 erstreckt. Ohne speziell beschränkend zu
sein, kann die Technik zum Schneiden des Substrates irgendwelche Substratverteiler,
Waferschneider, Drahtsägen
und Laser verwenden. Nach dem Schneiden des Siliziumsubstrates werden
die Querschnitte geschliffen.
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Als
Nächstes
werden, wie in 3D gezeigt, längliche
(streifenähnliche)
piezoelektrische Vorrichtungskörper 70 vorbereitet.
Ein rechteckiger piezoelektrischer Keramikkörper wird mit jeweiligen Elektroden
an seiner Vorder- und Rückseite
ausgebildet und dann dünn
geschnitten, um längliche
piezoelektrische Vorrichtungskörper 70 zu
erzeugen.
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Nachfolgend
werden, wie in 3E gezeigt, die länglichen
piezoelektrischen Vorrichtungskörper 70 an
beiden Seiten des Blocks 68 jeweils angebracht. Für diese
Anbringung wird ein elektrisch leitfähiger Klebstoff wie zum Beispiel
Epoxidharz, Silikon und Acryltypen beispielsweise verwendet. Die
jeweiligen länglichen
piezoelektrischen Vorrichtungskörper 70,
die an einem Paar von plattenähnlichen Vorsprüngen 61, 61 angebracht
sind, können
in der gleichen Richtung oder in Richtungen entgegengesetzt zueinander
polarisiert werden.
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Dann
wird, wie in 3F gezeigt, der Block 68 mit
den länglichen
piezoelektrischen Vorrichtungskörpern 70,
die daran befestigt sind, in eine Vielzahl von Aktuatoren 1 geschnitten,
die jeweils die Siliziumstruktur 10 und die piezoelektrischen
Vorrichtungen 30, wie in 1 gezeigt,
haben. Die Schneiderichtungen (gezeigt durch unterbrochene Linien
in 3F) sind senkrecht zu der Richtung, in welche sich
jede plattenähnliche
Vorsprung 61 erstreckt. Ohne sich speziell zu beschränken, kann
die Schneidetechnik in diesem Fall jegliche Substratverteilung, jedes
Waferschneiden, Drahtsägen
und Laser verwenden. Die Siliziumstruktur 10 in dem Aktuator 1 ist durch
die Arme 12 ausgebildet, die aus den plattenähnlichen
Vorsprüngen 61 und
dem Verbindungsteil 15, das von dem verbleibenden Bereich
des einkristallinen Siliziumsubstrats 60 erhalten wird,
ausgebildet werden. Die länglichen
piezoelektrischen Vorrichtungskörper 70 werden
die piezoelektrischen Vorrichtungen 30.
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Das
Vorhergehende ist ein Verfahren zum Herstellen des Aktuators gemäß dieser
Ausführungsform.
Da der so erhaltene Aktuator 5 aus einkristallinem Silizium
ausgebildet ist, sind die Kristalldefekte darin geringer, wodurch
die Arme 12 mit hoher Präzision gesteuert werden können. Auch
kann, da sich einkristallines Silizium nicht plastisch sondern elastisch
innerhalb des Temperaturbereiches, in welchem das Festplattenlaufwerk
in Verwendung ist, deformiert, ein Aktuator mit hoher Steuerbarkeit
realisiert werden.
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Da
eine Ätztechnik
für die
Herstellung verwendet wird, die eine genaue Prozessierung ermöglicht,
kann der Aktuator 1 kleiner hergestellt werden. Da weiterhin
die Siliziumstruktur 1 durch Verwenden der Ätztechnik
integral ausgebildet ist, ist die Herstellung einfach. Die Herstellung
kann auch daher als einfach betrachtet werden, da kein Verbiegen
der Arme wie in dem Fall, wo ein Metallrahmenaktuator integral ausgebildet
wird, notwendig ist.
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Da
die Ätztechnik
verwendet wird, gibt es hier geringere Schäden an Siliziumoberflächen, wodurch
der Aktuator seine Festigkeit nicht verringert. Da Ätzen verwendet
wird, kann eine Struktur mit einem hohen Aspektverhältnis ausgebildet
werden, was es möglich
macht, die Länge
der Arme 12 über einen
breiten Bereich festzulegen, und was Produktionen mit einer bevorzugten
wiederholbaren Reproduzierbarkeit ermöglicht.
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Da
die länglichen
piezoelektrischen Vorrichtungskörper 70,
welche aufgrund ihrer Länge
einfach zu handhaben sind, an dem Block 68 angebracht sind,
und der Block 68 in eine Vielzahl von Aktuatoren 1 geschnitten
wird, ist die Produktionseffektivität viel höher als in dem Fall, wo piezoelektrische
Vorrichtungen 30 an den Armen 12 der Siliziumstrukturen 10 einer
nach dem anderen angebracht sind. Daher ist das Verfahren gemäß dieser
Ausführungsform ausgezeichnet
in der Massenproduktivität.
Speziell verringert das Verfahren die Anzahl von Operationen zum
Einstellen der Positionen der piezoelektrischen Vorrichtungen und
die Anzahl von Verbindeoperationen und deren Kosten. Da die länglichen
piezoelektrischen Vorrichtungskörper 70 an
ausreichend geeigneten Positionen mit einer Vorrichtung allein angebracht
werden können,
ist das Verfahren auch dahingehend vorteilhaft, dass keine teure
Vorrichtungsmontageapparatur notwendig ist.
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Zweite
Ausführungsform: 4 ist
eine Perspektivansicht, die den Aktuator gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Aktuator 1 gemäß der zweiten
Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch eine geschichtete
piezoelektrische Vorrichtung 50, die anstelle der mit einer
Platte verwendet wird. In einem piezoelektrischen Keramikkörper 51 von
jeder geschichteten piezoelektrischen Vorrichtung 50 sind
innere Elektroden 52a, 52b abwechselnd geschichtet.
Endteile der inneren Elektroden 52a sind in einer Endfläche des
piezoelektrischen Keramikkörpers 51 offengelegt
und mit einer Außenelektrode 53a verbunden.
Andererseits sind Endteile der inneren Elektroden 52b an
der anderen Endfläche
des piezoelektrischen Keramikkörpers 51 offengelegt
und mit einer Außenelektrode 53b verbunden.
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Die
Außenelektroden 53a, 53b erstrecken sich
von jeweiligen Endflächenbereichen
des piezoelektrischen Keramikkörpers 51 zu
ihren entsprechenden Außenseitenflächen (Oberflächen gegenüber den
Seiten, wo die Arme 12 positioniert sind), wodurch Verbindungsoperationen,
wie zum Beispiel Drahtbonden, an der gleichen Oberfläche ausgeführt werden
können.
Hier deckt die Außenelektrode 53a die
Oberfläche
auf der Seite der Siliziumstruktur 10 in dem piezoelektrischen
Keramikkörper 51 ab.
Die Außenelektroden 53a und 53b sind
nicht miteinander in Kontakt und bilden einen Spalt dazwischen.
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Als
eine treibende piezoelektrische Vorrichtung wird in dieser Ausführungsform
eine geschichtete verwendet, wodurch der Betrag der Auslenkung auf
der führenden
Endseite von jedem Arm 12 verbessert werden kann.
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Der
Aktuator kann in einem Verfahren ähnlich dem der ersten Ausführungsform
hergestellt werden, wenn als streifenähnliche längliche piezoelektrische Vorrichtungskörper diejenigen
während
des Herstellens verwendet werden, die eine Vielzahl von Innen- und
Außenelektroden,
wie oben erwähnt,
aufweisen.
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In
dieser Ausführungsform
kann die Siliziumstruktur 10 dazu gebracht werden, einen
niedrigen Widerstand durch Dotieren mit Verunreinigungen oder einen
hohen Widerstand ohne Dotierung anzunehmen. Diese Ausführungsform
ist dahingehend vorteilhaft, dass die Herstellung einfacher als
in der ersten Ausführungsform
ist, da die Zeit und der Aufwand zum Dotieren mit Verunreinigungen
gespart werden kann.
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5 ist
eine Perspektivansicht, die ein modifiziertes Beispiel von piezoelektrischen
Vorrichtungen zeigt, die in dem Aktuator dieser Ausführungsform
verwendet werden. In diesem modifizierten Beispiel bedeckt die andere
Außenelektrode 53b,
obwohl die Außenelektrode 53a der
piezoelektrischen Vorrichtung 50 die Struktur hat, die
in 4 gezeigt ist, keine Endflächen des piezoelektrischen
Keramikkörpers 51.
Eine Durchgangsbohrung 54, die elektrisch mit den einzelnen
inneren Elektroden 52b verbunden ist, ist in dem piezoelektrischen
Keramikkörper 51 ausgebildet
und ist mit der Außenelektrode 53b verbunden.
Solch ein Aufbau kann auch die piezoelektrischen Vorrichtungen auslenken,
wenn eine Spannung zwischen den Außenelektroden 53a, 53b angelegt
wird.
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Dritte
Ausführungsform: 6 ist
eine Perspektivansicht, die den Aktuator gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform ist die Siliziumstruktur 10 eine,
in welcher einkristallines Silizium mit Verunreinigungen dotiert
ist, um seinen Widerstand zu verringern. Der Widerstand ist vorzugsweise
1 Ωcm oder geringer.
Die Siliziumstruktur 10 kann in einen n-Typ-Halbleiter
durch Dotieren mit einem Donator wie zum Beispiel Phosphor als Verunreinigung
oder in einen p-Typ-Halbleiter
durch Dotieren mit einem Akzeptor wie zum Beispiel Aluminium als
Verunreinigung umgewandelt werden.
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Jede
piezoelektrische Vorrichtung 90, die in dieser Ausführungsform
verwendet wird, ist aus einem Einzelplattentyp wie in der ersten
Ausführungsform
aber ist durch einen piezoelektrischen Keramikkörper 91 und eine einzelne
Elektrode 92 ausgebildet, die an einer Außenseitenfläche davon
positioniert ist. Anders als die ersten Ausführungsform ist nämlich eine
Elektrode an nur einer Seite des piezoelektrischen Keramikkörpers 91 ausgebildet.
Die piezoelektrische Vorrichtung 90 ist mit einem Arm 12 der Siliziumstruktur 10 mit
einem elektrisch leitfähigen Kleber
verbunden.
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Wenn
ein Strom zwischen jeder Elektrode 92 und der Siliziumstruktur 10 angelegt
wird, kann eine Spannung an jedes der Paare von piezoelektrischen Vorrichtungen 90, 90 angelegt
werden. Die Siliziumstruktur 10 funktioniert nämlich auch
als eine gemeinsame Anschlussklemme für die piezoelektrischen Vorrichtungen 90, 90.
Da nur eine Oberfläche
von jeder piezoelektrischen Vorrichtung 90 mit einer Elektrode
auszubilden ist, können
Herstellungszeit und Kosten verringert werden.
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Vierte
Ausführungsform: 7 ist
eine Perspektivansicht, die eine vierte Ausführungsform des Aktuators gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Der Aktuator 1 gemäß dieser Ausführungsform
unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform in der piezoelektrischen
Vorrichtungsstruktur. Nämlich obwohl
jeder piezoelektrische Keramikkörper 81 eine Einzelplattenstruktur
wie in der ersten Ausführungsform
hat, unterscheiden sich die Konfigurationen der Elektroden 82, 83 von
denen in der ersten Ausführungsform.
Die Elektrode 83 deckt die Oberfläche an der Seite der Siliziumstruktur 10,
einer Seitenendfläche,
und einen Teil der Außenseitenfläche des
piezoelektrischen Keramikkörpers 81 ab.
Andererseits ist die Elektrode 82 an der Außenseitenfläche des
Keramikkörpers 81 ausgebildet,
während
sie durch einen geeigneten Spalt von der Elektrode 83 getrennt
ist. Solch ein Aufbau ist dahingehend vorteilhaft, dass Verbindungsoperationen,
wie zum Beispiel Drahtbonden, an der gleichen Oberfläche ausgeführt werden
können.
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In
dieser Ausführungsform
kann die Siliziumstruktur 10 dazu gebracht werden, einen
niedrigen Widerstand durch Dotieren mit Verunreinigungen oder einen
hohen Widerstand ohne Dotieren anzunehmen. Diese Ausführungsform
ist dahingehend vorteilhaft, dass die Herstellung einfacher als
in der ersten Ausführungsform
ist, da die Zeit und der Aufwand zum Dotieren mit Verunreinigungen
gespart werden können.
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Während die
Erfindung, die durch die Erfinder erzielt wurde, in dem Vorhergehenden
speziell im Hinblick auf die Ausführungsformen erläutert wurde, ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen
beschränkt.
Beispielsweise, obwohl piezoelektrische Vorrichtungen beispielhaft
durch Einzelplatten und geschichtete Typen gezeigt wurden, können auch
solche vom bimorphen Typ verwendet werden.
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Wie
in dem Vorangegangenen erläutert, kann
die vorliegende Erfindung Arme mit hoher Präzision steuern, kleinere Größen erzielen
und die Herstellung erleichtern.