JP2006203077A - 積層型圧電構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極層を側面電極から絶縁するための絶縁膜を容易に形成することができる積層型圧電構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】 ワークピース３０は、複数の圧電体層２４，２６，２８と、各圧電体層の上下に形成された電極層２２，２５，２７，２９とからなり、電極層２２，２７は共通電極部３３において共通に接続されており、極層２５，２９は共通電極部３４において共通に接続されている。側面３１を電着液中に浸して共通電極部３３に所定電圧を印加することで、側面３１における電極層２２，２７の露出端面に絶縁膜を形成する。また、側面３２を電着液中に浸して共通電極部３４に所定電圧を印加することで、側面３２における電極層２５，２９の露出端面に絶縁膜を形成する。この後、側面３１，３２に側面電極を形成し、ワークピース３０から共通電極部３３，３４を切り落とす。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、圧電体層と電極層とが交互に積層されてなる積層型圧電構造体の製造方法に関する。

圧電体層の上下に電極層が形成されてなる圧電素子は、圧電アクチュエータや超音波トランスデューサなどの用途に利用されている。近年の微細加工技術の進歩に伴い、圧電素子の微細化および圧電素子を複数配列したアレイの集積化、小型化が進んでいる。

このような圧電素子を単に微細化すると、面積の低下に伴って電極間の容量が減少して電気インピーダンスが上昇するので、圧電素子を駆動するための信号回路とのインピーダンスマッチングが取れず、電力が供給され難くなり、圧電素子の性能が低下するという問題があった。そこで、素子を微細化するとともに電極間容量を大きくするために、複数の圧電体層と複数の電極層とを交互に積層し、電極層を一層おきに共通に接続した積層型圧電素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図２４は、特許文献１および２に記載の従来の積層型圧電素子の構造を示す。積層型圧電素子１００は、複数の圧電体層１０１、端部に絶縁膜１０２が形成された複数の電極層１０３、および２つの側面電極１０４，１０５を備えている。側面電極１０４，１０５の各々には、電極層１０３が一層おきに接続されるとともに、電極層１０３が一層おきに絶縁膜１０２によって絶縁されている。側面電極１０４と側面電極１０５との間に所定電圧を与えると、圧電効果によって各圧電体層１０１が伸縮する。

このような積層型圧電素子１００を製造する方法として、まず、圧電体層１０１と電極層１０３とを交互に積層し、対向する２つの側面における電極層１０３の露出部分に交互に絶縁膜１０２を形成した後、該側面を覆うように側面電極１０４，１０５を形成する方法が用いられている。ところで、積層型圧電素子１００を１次元または２次元状に配列したアレイを製造する場合には、素子間の狭い溝の中で電極層１０３の露出部分に選択的に絶縁膜１０２を形成しなければならず、絶縁膜１０２の形成に際して従来の印刷技術やフォトリソグラフィ技術が実施できない場合が多い。

このため、特許文献１では、電着液中において電極層１０３の露出部分に樹脂イオンを電着させることで絶縁膜１０２を形成するようにしている。
特開２００３−１７４２０９号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法で絶縁膜１０２を形成するには、電極層１０３に電圧を印加するために電圧供給用の配線を別途設ける必要がある。このような配線を設けるには、半導体素子などの製造工程で用いられるワイヤボンディング法による方法が考えられるが、各電極層１０３にワイヤボンディングを行うと製造工程への負担が大きく、製造コスト的に問題がある。また、電極層１０３の積層間隔がおよそ１００μｍ以下の場合には、精度的にワイヤボンディング法を用いることができないといった問題がある。

また、圧電体層１０１には、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの材料が用いられる。圧電体層１０１の圧電性能を高めるために、側面電極１０４と側面電極１０５との間に高電圧を印加して圧電材料に分極反転を行わせるポーリング処理が製造工程中に行われる。このポーリング処理に要される電圧は６００Ｖ程度であり、積層型圧電素子１００を圧電アクチュエータや超音波トランスデューサとして動作させるための電圧より大きく、数倍〜数十倍大きい。従って、このポーリング処理時には、絶縁膜１０２に高電圧が印加されるため、絶縁破壊が生じることのないように絶縁膜１０２の厚みを十分厚くする必要がある。このため、アレイを製造する場合には、隣接する積層型圧電素子１００間の間隔を大きくせざるをえず、上記製造方法では、アレイの高集積化、小型化に関して問題がある。

また、積層型圧電素子１００にポーリング処理を行った場合には、電極層１０３の間だけでなく、電極層１０３と側面電極１０４，１０５との間にも電界が生じるため、圧電体層１０１内の分極の方向および強度は均一とはならない。このため、圧電体層１０１の圧電性能を充分に高めることができないといった問題がある。また、絶縁膜１０２の膜厚および絶縁性、電極層１０３と側面電極１０４，１０５との接触具合などのばらつきによってポーリング処理による分極反転効果にばらつき生じることが考えられ、これによりアレイを構成する積層型圧電素子１００間に性能差が生じることも問題として挙げられる。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、電極層を側面電極から絶縁するための絶縁膜を容易に形成することができる製造方法を提供することを第１の目的とする。また、積層型圧電素子アレイを高集積化、小型化することができる製造方法を提供することを第２の目的とする。また、圧電体層内の分極方向を揃えて圧電性能を充分に高めることができる製造方法を提供することを第３の目的とする。また、アレイを構成する積層型圧電素子間の圧電性能差を低減することができる製造方法を提供することを第４の目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、第１電極層、圧電体層、第２電極層、圧電体層の順に繰り返し積層されてなる積層体と、この積層体の１つの側面に形成され、前記第１電極層と電気的に接続されるとともに、前記第２電極層と絶縁膜を介して絶縁された第１側面電極と、前記積層体の他の側面に形成され、前記第２電極層と電気的に接続されるとともに、前記第１電極層と絶縁膜を介して絶縁された第２側面電極とを備えてなる積層型圧電構造体の製造方法において、前記第１および第２側面電極を形成する前のワークピースとして、前記第１電極層、前記圧電体層、前記第２電極層、前記圧電体層の順に繰り返し積層するとともに、前記第１電極層が共通に接続された第１共通電極部と、前記第２電極層が共通に接続された第２共通電極部とを形成したものを用いることを特徴とする積層型圧電構造体の製造方法。

なお、前記第１、第２共通電極部を選択的に電着用の電極として用い、電圧が印加された前記第１、第２電極層の露出部に絶縁材料を電着させることによって前記絶縁膜を形成することが好ましい。

また、前記第１、第２共通電極部を選択的に電界メッキ用の電極として用い、電圧が印加された前記第１、第２電極層の露出部に金属メッキ膜を形成し、この金属メッキ膜を、酸化、窒化、硫化、またはフッ化して絶縁化することによって前記絶縁膜を形成することも好ましい。

また、前記第１および第２側面電極を形成する前に、前記第１および第２共通電極部に電圧を印加して前記圧電体層のポーリング処理を行うことが好ましい。

また、前記第１および第２電極層をスパッタ法または蒸着法によって形成することが好ましい。また、前記圧電体層をエアロゾルデポジション法によって形成することが好ましい。

また、前記圧電体層の端部をテーパ状に形成し、このテーパ部で、前記第１および第２電極層の端部を覆うことが好ましい。

また、前記第１および第２側面電極を形成した後、前記ワークピースから前記第１および第２共通電極部を切り落とすことが好ましい。

さらに、前記ワークピースをダイシングして、複数の素子が１次元状または２次元状に配列されてなるアレイを作成することが好ましい。

本発明によれば、第１および第２側面電極を形成する前のワークピースとして、第１電極層、圧電体層、第２電極層、圧電体層の順に所定数繰り返し積層するとともに、第１電極層が共通に接続された第１共通電極部と、第２電極層が共通に接続された第２共通電極部とを形成したものを用いるので、第１、第２共通電極部を選択的に電着用または電解メッキ用の電極として用いることにより、電極層を側面電極から絶縁するための絶縁膜を容易に形成することができる。

本発明によれば、第１および第２側面電極を形成する前に圧電体層のポーリング処理を行い、上記絶縁膜にポーリング処理時の電圧が印加されることはないので、上記絶縁膜を薄くすることができ、この結果、アレイを高集積化、小型化することができる。また、第１および第２側面電極を形成する前に圧電体層のポーリング処理を行うことで、圧電体層内の分極方向が上下方向に揃うので、圧電性能を充分に高めることができる。また、圧電体層内の分極方向が均一になるので、アレイを構成する素子間の圧電性能差を低減することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係わる積層型圧電素子１０が１次元状に配列されてなる１次元超音波トランスデューサ２を示す。各積層型圧電素子１０は、例えば、長手方向の長さが約４ｍｍ、幅が約９０μｍ、高さが約３００μｍの構造体であり、フレキシブルプリント（ＦＰＣ）基板３上に固着されている。また、ＦＰＣ基板３は、可撓性を有するバッキング材４上に固着されている。

なお、バッキング材４を適宜の形状にすることによって、１次元超音波トランスデューサ２をいわゆるラジアル型やコンベックス型とすることができる。また、隣接する積層型圧電素子１０間（溝部）にウレタンやエポキシ樹脂などの充填材（不図示）を充填し、さらに積層型圧電素子１０全体を覆うように音響レンズ（不図示）を形成するようにしてもよい。

積層型圧電素子１０は、３つの圧電体層１１と、各圧電体層１１の上下に形成された電極層１２ａ，１２ｂと、各電極層１２ａ，１２ｂの１つの端面に形成された絶縁膜１３と、対向する側面に形成された側面電極１４ａ，１４ｂとから構成されている。電極層１２ａは、側面電極１４ａに接続されており、電極層１２ｂは、側面電極１４ｂに接続されている。なお、圧電体層の積層数は３層に限られず、適宜の数としてよく、例えば７層としてもよい。また、側面電極の形成部は、対向する２つの側面に限られず、異なる２つの面であればよい。

圧電体層１１は、９０μｍ程度の厚さを有しており、材料としては、主たる化学組成としてＰｂＺｒＯ₃およびＰｂＴｉＯ₃を含む２元系固溶体であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb Zirconate Titanate）が用いられる。電極層１２ａ，１２ｂは、３μｍ程度の厚さを有しており、材料としては酸化されにくい導電性材料が好ましく、白金（Ｐｔ）などが用いられる。

絶縁膜１３は、１０μｍ程度の厚さを有しており、材料としては、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂などの樹脂、ガラスやアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属酸化物などが用いられる。絶縁膜１３は、電極層１２ａを側面電極１４ｂから絶縁するため、および電極層１２ｂを側面電極１４ａから絶縁するために設けられている。

圧電体層１１は、電極層１２ａ，１２ｂに印加されたパルス電圧によって伸縮し、所定の周波数（例えば５〜３０ＭＨｚ）の超音波を発生する。また逆に、圧電体層１１は、外部からの超音波を受けて、超音波の周波数に応じた電圧を電極層１２ａ，１２ｂに生成する。このように、１次元超音波トランスデューサ２は、超音波の送受信を行うことを可能とするものである。

上記のように積層型圧電素子１０には圧電体層１１が複数積層されているので、単層の場合と比べて、圧電体層１１に対向する電極の面積が大きく（つまり電極間容量が大きく）、電気的インピーダンスを下げることができる。従って、積層型圧電素子１０に印加される電圧のロスが低減し、積層型圧電素子１０は印加される電圧に対して効率よく駆動される。

次に、１次元超音波トランスデューサ２の製造方法について、図２〜図１５を参照しながら説明する。図２において、まず、積層型圧電素子１０を形成するためのベース部材としてシリコンなどからなる基板２０を用意する。基板２０上には、以下の説明で用いる座標を図示している。図３において、Ｘ方向に約４ｍｍ、Ｙ方向に約４５ｍｍの矩形開口２１ａを有するマスク２１を用いて白金（Ｐｔ）をスパッタリングし、基板２０上のＸ＝０〜４ｍｍ，Ｙ＝０〜２５ｍｍの領域に厚さ約３μｍの電極層２２を形成する。

図４において、Ｘ方向に４ｍｍの長さを有するノズル２３からエアロゾルデポジション（Aerosol Deposition：ＡＤ）法によってＰＺＴの粉体（例えば、平均粒径０．３μｍのＰＺＴ単結晶粉体）を基板２０に向けて射出するとともに、ノズル２３と基板２０に対してＹ方向に移動させることによって、Ｘ＝０〜４ｍｍ，Ｙ＝５〜２５ｍｍの領域に厚さ約９０μｍの圧電体層２４を形成する。ＡＤ法とは、不図示のエアロゾル生成容器によって生成された粉体を高速に吹き付けて堆積させる周知の成膜方法であり、ガスデポジション、ジェットプリンティング、噴射堆積法とも称されている。

ノズル２３をＹ＝５〜２５ｍｍの領域で往復運動させて上記厚さ約９０μｍの圧電体層２４を形成すると、圧電体層２４の両端部に、Ｙ方向に例えば２００μｍ程度の幅を有する裾状のテーパ部２４ａ，２４ｂが形成される。このように圧電体層２４を形成することによって、電極層２２の右端部は、圧電体層２４のテーパ部２４ａによって覆われる。電極層２２の左端部は、圧電体層２４によって覆われず露出している。なお、テーパ部２４ａ，２４ｂのＹ方向の幅を調整するには、ノズル２３の移動速度を制御すればよい。また、ノズル２３を移動させずに固設し、基板２０を可動ステージに積載して移動させるようにしてもよい。

図５において、上記マスク２１を用いて白金（Ｐｔ）をスパッタリングし、Ｘ＝０〜４ｍｍ，Ｙ＝５〜３０ｍｍの領域に厚さ約３μｍの電極層２５を形成する。電極層２５は、圧電体層２４の上面およびテーパ部２４ａの表面を覆い、電極層２２とは絶縁される。次いで、図６において、上記ＡＤ法を実施し、Ｘ＝０〜４ｍｍ，Ｙ＝５〜２５ｍｍの領域に厚さ約９０μｍの圧電体層２６を形成する。圧電体層２６の両端部には、テーパ部２６ａ，２６ｂが形成され、テーパ部２６ｂが電極層２５の左端部を覆う。

図７において、上記マスク２１を用いて白金（Ｐｔ）をスパッタリングし、Ｘ＝０〜４ｍｍ，Ｙ＝０〜２５ｍｍの領域に厚さ約３μｍの電極層２７を形成する。電極層２７は、左端部（Ｘ＝０〜４ｍｍ，Ｙ＝０〜５ｍｍの領域）において電極層２２と接続され、電極層２５とは絶縁される。図８において、上記ＡＤ法を実施し、Ｘ＝０〜４ｍｍ，Ｙ＝５〜２５ｍｍの領域に厚さ約９０μｍの圧電体層２８を形成する。圧電体層２８の両端部には、テーパ部２８ａ，２８ｂが形成され、テーパ部２８ａが電極層２７の右端部を覆う。

そして、図９において、上記マスク２１を用いて白金（Ｐｔ）をスパッタリングし、Ｘ＝０〜４ｍｍ，Ｙ＝５〜３０ｍｍの領域に厚さ約３μｍの電極層２９を形成する。電極層２９は、右端部（Ｘ＝０〜４ｍｍ，Ｙ＝２５〜３０ｍｍの領域）において電極層２５と接続され、電極層２７とは絶縁される。このようにして、基板２０上にワークピース（被加工物）３０が形成される。

ワークピース３０は、スパッタリングとＡＤ法とを繰り返し実施して形成したものであるため、これにより形成される側面（図中の前面および背面）は平坦ではない。このため、基板２０に垂直でかつＸ＝０ｍｍを通る仮想平面、および基板２０に垂直でかつＸ＝４ｍｍを通る仮想平面に沿ってワークピース３０に対してダイシングを行い、図１０に示すように、平坦な側面３１，３２を形成し、電極層２２，２５，２７，２９の端面を側面３１，３２から露出させる。なお、ワークピース３０において、電極層２２および電極層２７が共通に接続された部分を共通電極部３３、電極層２５および電極層２９が共通に接続された部分を共通電極部３４と称することとする。

次いで、このワークピース３０を絶縁オイル中などで１５０℃程度に加熱し、共通電極部３３と共通電極部３４との間に６００Ｖ程度の電圧を印加することによって、圧電体層２４，２６，２８に対してポーリング（分極反転）処理を実施する。これにより、圧電体層２４，２６，２８の平坦部分の分極方向は上下方向に揃い、均一になる。

この後、ワークピース３０の側面３１を電着性を有する絶縁材料（アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂など樹脂、ガラスやアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）など）を含む電着液に浸し、該電着液と共通電極部３３との間に適度な電位を印加することにより、電気泳動によって、図１１に示すように、側面３１における電極層２２，２７の露出端面およびその近傍に厚さ約１０μｍの絶縁膜３５を形成する。図１１は、基板２０に垂直でかつＹ＝１５ｍｍを通る仮想平面に沿うワークピース３０の縦断面図である。

次いで、ワークピース３０の側面３２を上記電着液中に浸し、該電着液と共通電極部３４との間に適度な電位を印加することにより、図１２に示すように、側面３２における電極層２５，２９の露出端面およびその近傍に厚さ約１０μｍの絶縁膜３６を形成する。なお、上記電着法に代えて、下記第２実施形態で示す電解メッキおよびその絶縁化による方法で絶縁膜３５，３６を形成するようにしてもよい。

次いで、無電解メッキ法を用いて、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）などの金属で側面３１，３２をメッキし、図１３に示すように側面電極３７，３８をそれぞれ形成する。側面電極３７は、電極層２５，２９に電気的に接続され、電極層２２，２７とは絶縁膜３５を介して絶縁されている。側面電極３８は、電極層２２，２７に電気的に接続され、電極層２５，２９とは絶縁膜３５を介して絶縁されている。

この後、ワークピース３０から基板２０を、剥離、研磨、エッチングなどの方法によって分離する。図１４において、基板２０から分離されたワークピース３０を可撓性を有するバッキング材４上に固着されたＦＰＣ基板３に接着する。詳しくは、ＦＰＣ基板３には、Ｙ方向に１２０μｍ程度のピッチで芯線（不図示）が配設されており、この芯線の露出部に銀（Ａｇ）ペーストなどの導電性接着材を塗布し、芯線とワークピース３０の電極層２２とを接着させる。

そして、図１５に示すように、ダイサー（ブレードを用いたダイシング装置）を用いてワークピース３０を、ＦＰＣ基板３にＹ方向に配設された芯線の間においてＹ方向に約３０μｍの幅でバッキング材４の上部に到るまでダイシングする（ダイシング方向Ｘ方向）。また、このダイシング時に、共通電極部３３，３４およびテーパ部を切り落とす。これにより、図１に示した１次元超音波トランスデューサ２が作成される。

なお、上記ポーリング処理は、ワークピース３０が形成されてから側面電極３７，３８を形成するまでの間に行えばよく、例えば絶縁膜３５，３６を形成した直後に行うようにしてもよい。

次に、図１６は、本発明の第２実施形態に係わる積層型圧電素子５０が２次元状に配列されてなる２次元超音波トランスデューサ４０を示す。各積層型圧電素子５０は、例えば、約１００μｍ角の底面を有する柱状の構造体であり、ＦＰＣ基板４１上に固着されている。また、ＦＰＣ基板４１は、可撓性を有するバッキング材４２上に固着されている。

なお、バッキング材４２を適宜の形状にすることによって、２次元超音波トランスデューサ４０をいわゆるラジアル型やコンベックス型とすることができる。また、隣接する積層型圧電素子５０間（溝部）にウレタンやエポキシ樹脂などの充填材（不図示）を充填し、さらに積層型圧電素子５０全体を覆うように音響レンズ（不図示）を形成するようにしてもよい。

積層型圧電素子５０は、３つの圧電体層５１と、各圧電体層５１の上下に形成された電極層５２ａ，５２ｂと、各電極層５２ａ，５２ｂの１つの端面に形成された絶縁膜５３と、対向する側面に形成された側面電極５４ａ，５４ｂとから構成されている。電極層５２ａは、側面電極５４ａに接続されており、電極層５２ｂは、側面電極５４ｂに接続されている。なお、圧電体層の積層数は３層に限られず、適宜の数としてよく、例えば７層としてもよい。また、側面電極の形成部は、対向する２つの側面に限られず、異なる２つの面であればよい。

なお、圧電体層５１、電極層５２ａ，５２ｂ、絶縁膜５３、側面電極５４ａ，５４ｂの各材料は、上記第１実施形態と同様である。２次元超音波トランスデューサ４０は、上記第１実施形態の１次元超音波トランスデューサ２と同様に、超音波の送受信を行うことを可能とするものである。

次に、２次元超音波トランスデューサ４０の製造方法について、図１７〜図２２を参照しながら説明する。まず、上記第１実施形態で説明した図２〜図１０の製造工程を実施し、図１０に示すワークピース３０を形成する。ただし、本第２実施形態では、図２に示す基板２０上のＸ＝０〜１１ｍｍ、Ｙ＝０〜２０ｍｍの領域にワークピース３０を形成する。圧電体層２４，２６，２８の平坦部は、Ｙ＝５〜１５ｍｍの領域に形成され、共通電極部３３はＹ＝０〜５ｍｍの領域内、共通電極部３４はＹ＝１５〜２０ｍｍの領域内に形成される。

図１７において、上記ＡＤ法を実施し、電極層２９上のＸ＝０〜１５ｍｍ、Ｙ＝５〜１５ｍｍの領域に膜厚数μｍの保護膜６０をＰＺＴなどの材料で形成する。なお、ＡＤ法に代えて、蒸着法、スパッタ法、塗布法などを用いてもよく、保護膜６０を有機ポリマーなどのレジスト材で形成するようにしてもよい。

図１８において、ダイサーを用いてワークピース３０をＸ方向に約３００μｍのピッチでダイシングし（ダイシング方向Ｙ方向）、Ｘ方向に約５０μｍの幅を有する溝６１を形成する。このダイシングの際には、Ｙ＝５〜１５ｍｍの領域の圧電体層２４，２６，２８および電極層２２，２５，２７，２９を完全に切断するが、共通電極部３３，３４は完全には切断しない。同図には、簡略化のために溝６１を３本のみ図示しているが、実際には３３本の溝６１が形成される。

この後、溝６１が形成されたワークピース３０の共通電極部３３以外の部分を、ニッケル（Ｎｉ）イオンを含む電解メッキ液に浸し、該電解メッキ液と共通電極部３３との間に適度な電位を印加することにより、図１９に示すように、溝６１内の電極層２２，２７の露出端面およびその近傍に厚さ約１０μｍのメッキ膜６２を形成する。図１９は、基板２０に垂直でかつＹ＝１０ｍｍを通る仮想平面に沿うワークピース３０の縦断面図である。

次いで、図２０に示すように、有機ポリマーなどのレジスト材６３を溝６１に埋入する。また、隣接する２つの溝６１の中間位置をＹ方向にダイシングし、同図に示すように溝６１と平行な溝６４を形成する。溝６１の場合と同様に、このダイシングの際には、Ｙ＝５〜１５ｍｍの領域の圧電体層２４，２６，２８および電極層２２，２５，２７，２９を完全に切断するが、共通電極部３３，３４は完全には切断しない。

この状態で、ワークピース３０の共通電極部３４以外の部分を上記電解メッキ液に浸し、該電解メッキ液と共通電極部３４との間に適度な電位を印加することにより、同図に示すように、溝６４内の電極層２５，２９の露出端面およびその近傍に厚さ約１０μｍのメッキ膜６５を形成する。なお、上記電解メッキ液に使用するイオンは、ニッケル（Ｎｉ）イオンでなくてもよく、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などのイオンでもよい。

この後、溝６１に埋入したレジスト材６３を除去し、ワークピース３０を空気中で熱処理（例えば７００℃で３時間）することにより、メッキ膜６２，６５を酸化させ、メッキ膜６２，６５を絶縁化する。なお、ニッケル（Ｎｉ）イオン以外の上記イオンを使用してメッキ膜６２，６５を形成した場合には、空気中での熱酸化に加え、水蒸気中で熱酸化させることも好適である。また、アルミニウム（Ａｌ）を用いる場合には、陽極酸化法を用いてメッキ膜６２，６５を絶縁化してもよい。また、酸化に代えて、窒化、硫化、フッ化などによってメッキ膜６２，６５の絶縁化を行ってもよい。さらに、この電解メッキおよびその絶縁化による方法に代えて、上記第１実施形態で示した電着法を用いてもよい。

次いで、このワークピース３０を絶縁オイル中などで１５０℃程度に加熱し、共通電極部３３と共通電極部３４との間に６００Ｖ程度の電圧を印加することによって、圧電体層２４，２６，２８に対してポーリング（分極反転）処理を実施する。これにより、圧電体層２４，２６，２８の平坦部分の分極方向は上下方向に揃い、均一になる。

この後、無電解メッキ法を用いて、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）などの金属でワークピース３０の表面をメッキし、保護膜６０上に形成されるメッキ膜を除去する。これにより、図２１に示すように、側面電極６６，６７が形成される。側面電極６６は、電極層２５，２９に電気的に接続され、電極層２２，２７とは絶縁化されたメッキ膜６２を介して絶縁されている。側面電極６７は、電極層２２，２７に電気的に接続され、電極層２５，２９とは絶縁化されたメッキ膜６５を介して絶縁されている。

次いで、ダイサーを用いてワークピース３０を、Ｙ方向に約１５０μｍのピッチおよび約５０μｍの幅で６５箇所ダイシングする（ダイシング方向Ｘ方向）。このダイシングの際には、Ｘ＝０〜１１ｍｍの領域の圧電体層２４，２６，２８および電極層２２，２５，２７，２９を完全に切断するが、基板２０は完全には切断せず底部が繋がった状態にする。また、このダイシング時に、共通電極部３３，３４およびテーパ部を切り落とす。これにより、図２２に示すように、底面が約１００μｍ角の柱状の積層型圧電素子５０が２次元状に６４×６４個配列された状態で形成される。

この後、隣接する積層型圧電素子５０間（溝部）にウレタンやエポキシ樹脂などの充填材（不図示）を充填した上で、基板２０を剥離、研磨、エッチングなどの方法によって除去する。そして、基板２０が除去された積層型圧電素子５０の２次元アレイを、可撓性を有するバッキング材４２上に固着されたＦＰＣ基板４１に接着することで、図１６に示した２次元超音波トランスデューサ４０が形成される。

なお、上記ポーリング処理は、ワークピース３０が形成されてから側面電極６６，６７を形成するまでの間に行えばよく、例えば溝６１，６４を形成する前のワークピース３０を形成した直後に行うようにしてもよい。

上記第１および第２実施形態においては、無電解メッキ法を用いて各側面電極を形成したが、無電解メッキ法に代えて、蒸着法、スパッタ法、塗布法などを用いて側面電極を形成してもよい。蒸着法またはスパッタ法に使用する材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）などが挙げられる。塗布法に使用する材料としては、銀（Ａｇ）ペーストや導電性樹脂などが挙げられる。

また、上記第１および第２実施形態においては、スパッタ法（スパッタリング）を用いて各電極層を形成したが、スパッタ法に代えて、蒸着法などを用いて電極層を形成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態においては、ダイサーを用いてワークピース３０をダイシングしたが、ダイサーに代えて、サンドブラストなどの方法を用いてもよい。

また、上記第１および第２実施形態においては、ワークピース３０内の圧電体層２４，２６，２８の両端部をテーパ状にしたが、必ずしもこのようにする必要はなく、図２３に示すようにテーパ部を形成せずに、圧電体層２４，２６，２８の厚さを全体にわたってほぼ均一にするようにしてもよい。ワークピース３０は、圧電体層と電極層が交互に積層され、電極層が一層おきに共通に接続されたものであればよい。

本発明の第１実施形態に係わる１次元超音波トランスデューサの斜視図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す縦断面図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す縦断面図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す縦断面図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 １次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係わる２次元超音波トランスデューサの斜視図である。 ２次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 ２次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 ２次元超音波トランスデューサの製造工程を示す縦断面図である。 ２次元超音波トランスデューサの製造工程を示す縦断面図である。 ２次元超音波トランスデューサの製造工程を示す縦断面図である。 ２次元超音波トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。 ワークピースの変形例を示す斜視図である。 従来の積層型圧電素子の構造を示す縦断面図である。

符号の説明

２ １次元超音波トランスデューサ
１０ 積層型圧電素子
１１ 圧電体層
１２ａ，１２ｂ 電極層
１３ 絶縁膜
１４ａ，１４ｂ 側面電極
２０ 基板
２１ マスク
２２，２５，２７，２９ 電極層
２３ ノズル
２４，２６，２８ 圧電体層
３０ ワークピース
３３，３４ 共通電極部
３５，３６ 絶縁膜
３７，３８ 側面電極
４０ ２次元超音波トランスデューサ
５０ 積層型圧電素子
５１ 圧電体層
５２ａ，５２ｂ 電極層
５３ 絶縁膜
５４ａ，５４ｂ 側面電極
６１，６４ 溝
６２，６５ メッキ膜
６３ レジスト材
６６，６７ 側面電極

Claims (9)

1. 第１電極層、圧電体層、第２電極層、圧電体層の順に繰り返し積層されてなる積層体と、
   この積層体の１つの側面に形成され、前記第１電極層と電気的に接続されるとともに、前記第２電極層と絶縁膜を介して絶縁された第１側面電極と、
   前記積層体の他の側面に形成され、前記第２電極層と電気的に接続されるとともに、前記第１電極層と絶縁膜を介して絶縁された第２側面電極とを備えてなる積層型圧電構造体の製造方法において、
   前記第１および第２側面電極を形成する前のワークピースとして、
   前記第１電極層、前記圧電体層、前記第２電極層、前記圧電体層の順に繰り返し積層するとともに、前記第１電極層が共通に接続された第１共通電極部と、前記第２電極層が共通に接続された第２共通電極部とを形成したものを用いることを特徴とする積層型圧電構造体の製造方法。
2. 前記第１、第２共通電極部を選択的に電着用の電極として用い、電圧が印加された前記第１、第２電極層の露出部に絶縁材料を電着させることによって前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１記載の積層型圧電構造体の製造方法。
3. 前記第１、第２共通電極部を選択的に電解メッキ用の電極として用い、電圧が印加された前記第１、第２電極層の露出部に金属メッキ膜を形成し、この金属メッキ膜を、酸化、窒化、硫化、またはフッ化して絶縁化することによって前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１記載の積層型圧電構造体の製造方法。
4. 前記第１および第２側面電極を形成する前に、前記第１および第２共通電極部に電圧を印加して前記圧電体層のポーリング処理を行うことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の積層型圧電構造体の製造方法。
5. 前記第１および第２電極層をスパッタ法または蒸着法によって形成することを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の積層型圧電構造体の製造方法。
6. 前記圧電体層をエアロゾルデポジション法によって形成することを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の積層型圧電構造体の製造方法。
7. 前記圧電体層の端部をテーパ状に形成し、このテーパ部で、前記第１および第２電極層の端部を覆うことを特徴とする請求項１ないし６いずれか記載の積層型圧電構造体の製造方法。
8. 前記第１および第２側面電極を形成した後、前記ワークピースから前記第１および第２共通電極部を切り落とすことを特徴とする請求項１ないし７いずれか記載の積層型圧電構造体の製造方法。
9. 前記ワークピースをダイシングして、複数の素子が１次元状または２次元状に配列されてなるアレイを作成することを特徴とする請求項１ないし８いずれか記載の積層型圧電構造体の製造方法。
   

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