JP2008227144A - Piezoelectric actuator, its production process, and liquid injection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電アクチュエータおよびその製造方法ならびに液体噴射ヘッドに関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator, a manufacturing method thereof, and a liquid jet head.
圧電アクチュエータは、一般に、無機酸化物からなる圧電体を2つの電極によって挟んだ構造の圧電素子を有する。圧電アクチュエータは、圧電素子の電極間に電圧を印加して圧電体に変形を生じさせ、電気機械変換を行う素子である。圧電素子の電極間に印加される電圧は、一般に数Vないし数十Vであり、メモリなどの他のデバイスにおける電極間に印加される電圧に比較して大きい。そのため、圧電素子においては、電極や配線の相互の電気的絶縁が、他のデバイスに比較してより重要となる。 A piezoelectric actuator generally includes a piezoelectric element having a structure in which a piezoelectric body made of an inorganic oxide is sandwiched between two electrodes. The piezoelectric actuator is an element that performs electromechanical conversion by applying a voltage between electrodes of a piezoelectric element to cause deformation of the piezoelectric body. The voltage applied between the electrodes of the piezoelectric element is generally several volts to several tens of volts, and is larger than the voltage applied between the electrodes in other devices such as a memory. Therefore, in the piezoelectric element, electrical insulation between electrodes and wirings is more important than other devices.
圧電アクチュエータは小型化が求められ、その内部の圧電素子を密に配置することが検討されている。小型化する必要がなければ、特開平8−116684号公報に記載されている圧電/電歪アクチュエータのように、下部電極と上部電極の配線の絶縁のために、上下の電極をずらして形成するなど、配線を配置するための十分なスペースをとることができた。圧電素子を密に配置しようとすると、上下の電極をずらす余裕がなくなり、上部電極の配線を配置する部分が限られる。たとえば、特開2007−006620号公報に記載の圧電アクチュエータのように、上部電極の配線を行う部分において、下部電極を、圧電体の内部に配置して下部電極と配線との間の絶縁を確保することが行われている。
しかしながら、下部電極を圧電体の内部に配置すると、上下の電極に挟まれない圧電体の部分が生じ、素子の破損の原因となることがあった。この部分の圧電体は、圧電素子を高密度に配置する点でも除去する必要がある。不要な圧電体を除去しつつさらなる高密度化を行うためには、限られた空間の中で、上下の電極および配線を適切に配置し、かつ、それらを適切に絶縁することが必要である。このようなコンパクトな配置を行う場合は、特に、上部電極の配線と下部電極との間の距離を確保することが難しくなる。 However, when the lower electrode is disposed inside the piezoelectric body, a portion of the piezoelectric body that is not sandwiched between the upper and lower electrodes is generated, which may cause damage to the element. It is necessary to remove this portion of the piezoelectric body also in terms of arranging the piezoelectric elements at high density. In order to further increase the density while removing unnecessary piezoelectric bodies, it is necessary to properly arrange the upper and lower electrodes and wiring in a limited space and to insulate them appropriately. . When performing such a compact arrangement, it is particularly difficult to secure a distance between the wiring of the upper electrode and the lower electrode.
本発明の目的は、上部電極に接続する配線が下部電極と電気的に絶縁された圧電素子を含む圧電アクチュエータおよびその製造方法ならびにこのような圧電アクチュエータを備えた液体噴射ヘッドを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator including a piezoelectric element in which a wiring connected to an upper electrode is electrically insulated from the lower electrode, a manufacturing method thereof, and a liquid ejecting head including such a piezoelectric actuator. .
本発明にかかる圧電アクチュエータは、
基体と、
前記基体の上方に設けられた下部電極と、
前記下部電極の上方に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた上部電極と、
前記上部電極に電気的に接続された配線部と、
前記下部電極と前記配線部とを電気的に絶縁する絶縁層と、
を含み、
前記下部電極、前記圧電体層および前記上部電極によって圧電素子が構成され、
前記絶縁層は、前記下部電極と、前記圧電体層の側面の少なくとも一部とを覆うように設けられ、
前記配線部は、前記絶縁層の上方に形成される。
The piezoelectric actuator according to the present invention is
A substrate;
A lower electrode provided above the substrate;
A piezoelectric layer provided above the lower electrode;
An upper electrode provided above the piezoelectric layer;
A wiring portion electrically connected to the upper electrode;
An insulating layer for electrically insulating the lower electrode and the wiring portion;
Including
A piezoelectric element is constituted by the lower electrode, the piezoelectric layer and the upper electrode,
The insulating layer is provided so as to cover the lower electrode and at least a part of a side surface of the piezoelectric layer,
The wiring part is formed above the insulating layer.
このような圧電アクチュエータは、上部電極に接続する配線が、下部電極と電気的に確実に絶縁された圧電素子を有する。 Such a piezoelectric actuator has a piezoelectric element in which the wiring connected to the upper electrode is electrically and reliably insulated from the lower electrode.
なお、本発明において、特定のA層(以下、「A層」という。)の上方に設けられた特定のB層(以下、「B層」という。)というとき、A層の上に直接B層が設けられた場合と、A層の上に他の層を介してB層が設けられた場合とを含む意味である。 In the present invention, when a specific B layer (hereinafter referred to as “B layer”) provided above a specific A layer (hereinafter referred to as “A layer”) is referred to as “B” directly on the A layer. This includes the case where the layer is provided and the case where the B layer is provided on the A layer via another layer.
本発明にかかる圧電アクチュエータにおいて、前記絶縁層は、前記圧電素子の外周に設けられることができる。 In the piezoelectric actuator according to the present invention, the insulating layer may be provided on an outer periphery of the piezoelectric element.
本発明にかかる圧電アクチュエータにおいて、前記絶縁層は、前記圧電素子の外周の一部に設けられることができる。 In the piezoelectric actuator according to the present invention, the insulating layer may be provided on a part of the outer periphery of the piezoelectric element.
本発明にかかる圧電アクチュエータにおいて、前記絶縁層は、シリコンを含む酸化物から構成されることができる。 In the piezoelectric actuator according to the present invention, the insulating layer may be made of an oxide containing silicon.
本発明にかかる圧電アクチュエータにおいて、前記下部電極は、複数の層から構成され、前記複数の層の一部の層の外周が、前記圧電体層の下面の外周よりも内側となるように設けられることができる。 In the piezoelectric actuator according to the present invention, the lower electrode includes a plurality of layers, and an outer periphery of a part of the plurality of layers is provided so as to be inside an outer periphery of a lower surface of the piezoelectric layer. be able to.
本発明にかかる圧電アクチュエータにおいて、さらに、前記圧電体層の側面の少なくとも一部を覆うようにバリア層が設けられることができる。 In the piezoelectric actuator according to the present invention, a barrier layer may be further provided so as to cover at least a part of the side surface of the piezoelectric layer.
本発明にかかる圧電アクチュエータにおいて、さらに、前記基体の上に前記圧電素子の側面に対向する側面を有するバンクが設けられ、前記バンクと前記圧電素子との間に前記絶縁層が設けられることができる。 In the piezoelectric actuator according to the present invention, a bank having a side surface facing the side surface of the piezoelectric element may be further provided on the base, and the insulating layer may be provided between the bank and the piezoelectric element. .
本発明にかかる液体噴射ヘッドは、上述の圧電アクチュエータを備える。本発明にかかる液体噴射ヘッドは、前記圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの下方に圧力室基板と、前記圧力室基板の下方にノズル板と、を含むことができる。 A liquid jet head according to the present invention includes the above-described piezoelectric actuator. The liquid ejecting head according to the invention may include the piezoelectric actuator, a pressure chamber substrate below the piezoelectric actuator, and a nozzle plate below the pressure chamber substrate.
このような液体噴射ヘッドは、高密度に配置された圧電素子を有する圧電アクチュエータを備えるため、インクジェット印刷に用いた場合、印刷物の精細度が高い。 Since such a liquid ejecting head includes a piezoelectric actuator having piezoelectric elements arranged at high density, when used for ink jet printing, the printed matter has high definition.
本発明にかかる圧電アクチュエータの製造方法は、
基体の上方に下部電極、圧電体層、および上部電極を順次積層する工程と、
前記上部電極、前記圧電体層、および前記下部電極をパターニングして圧電素子を形成する工程と、
前記下部電極と、前記圧電体層の側面の少なくとも一部を覆うように絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の上方に前記上部電極に電気的に接続する配線部を形成する工程と、
を含む。
A method for manufacturing a piezoelectric actuator according to the present invention includes:
A step of sequentially laminating a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode above the substrate;
Patterning the upper electrode, the piezoelectric layer, and the lower electrode to form a piezoelectric element;
Forming an insulating layer so as to cover at least a part of the side surface of the lower electrode and the piezoelectric layer;
Forming a wiring portion electrically connected to the upper electrode above the insulating layer;
including.
本発明にかかる圧電アクチュエータの製造方法の前記絶縁層を形成する工程は、スピンオングラス(SOG)法によって行われることができる。 The process of forming the said insulating layer of the manufacturing method of the piezoelectric actuator concerning this invention can be performed by a spin on glass (SOG) method.
本発明にかかる圧電アクチュエータの製造方法の前記絶縁層を形成する工程は、インクジェット法によって行われることができる。 The process of forming the said insulating layer of the manufacturing method of the piezoelectric actuator concerning this invention can be performed by the inkjet method.
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the following embodiment demonstrates an example of this invention.
1.圧電アクチュエータ
図1は、本実施形態にかかる圧電アクチュエータを模式的に示す断面図である。図2は、本実施形態にかかる圧電アクチュエータ100を模式的に示す平面図である。図2のA−A線に沿った断面は、図1に相当する。図2においては、絶縁層60は、端部を破線で表し透視させて描かれている。図3は、本実施形態にかかる圧電アクチュエータ100の変形例を模式的に示す断面図である。図4は、本実施形態にかかる圧電アクチュエータ100の変形例を模式的に示す平面図である。図4のA−A線に沿った断面は図3に対応する。
1. Piezoelectric Actuator FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a piezoelectric actuator according to this embodiment. FIG. 2 is a plan view schematically showing the
圧電アクチュエータ100は、基体10と、圧電素子50と、絶縁層60と、配線部70と、を有する。
The
基体10は、圧電アクチュエータ100が動作したときの機械的な出力を行う部材である。基体10は、たとえば、振動板を含んで構成し、液体噴射ヘッドの可動部分となり、圧力発生室などの壁を構成していてもよい。基体10は、圧電体層30の動作により、たわんだり振動したりすることができる。基体10の材質には、剛性および機械的強度の高い材料を含むことが望ましい。基体10の厚みは、用いる材質の弾性率などにしたがって、最適に選ばれる。基体10の材質としては、たとえば、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金を好適に用いることができる。基体10は、2種以上の物質の積層構造であってもよい。
The
圧電素子50は、下部電極20と圧電体層30と上部電極40とから構成される。
The
下部電極20は、基体10の上方に形成される。下部電極20は、圧電体層30の下部と必ずしも形状が一致している必要はない。たとえば、図2に示すように、圧電素子50の隣に同様の圧電素子があるときに、当該圧電素子の下部電極と共通の下部電極となるように電気的に接続することができる。下部電極20は、図示せぬ外部回路と電気的に接続されている。下部電極20の厚みは、基体10に圧電体層30の変形が伝達できる範囲であれば任意である。下部電極20の厚みは、たとえば100nm〜300nmとすることができる。下部電極20は、上部電極40と対になり、圧電体層30を挟んでおり、圧電素子50の一方の電極として機能する。下部電極20は、その上面に圧電体層30が形成される場合、圧電体層30の結晶の配向およびグレインサイズを圧電動作に適したものとする機能を有する。下部電極20の材質は、この機能を満足する導電性を有する物質である限り、特に限定されない。たとえば、下部電極20の材質には、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物(たとえば酸化イリジウムなど)、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物、ランタンとニッケルの複合酸化物などを用いることができる。また、下部電極20は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
The
圧電体層30は、下部電極20の上に形成される。圧電体層30の厚みは、500nm〜1500nmとすることができる。圧電体層30は、下部電極20および、上部電極40によって電界が印加されることで伸縮変形し、これにより基体10をたわませたり振動させたりする。圧電体層30には、圧電性を有する材料を用いることができる。圧電体層30の材質としては、一般式ABO3で示されるペロブスカイト型酸化物(Aは、Pbを含み、Bは、ZrおよびTiを含む。)が好適に用いられる。たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)やニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛(PZTN)などは、圧電性能が良好なため、圧電体層30の材質として好ましい。
The
上部電極40は、圧電体層40の上に形成される。上部電極40は、下部電極20と対になり、圧電素子50の一方の電極として機能する。上部電極40の厚みは、圧電アクチュエータ100の動作に悪影響を与えない範囲であれば限定されない。上部電極40の厚みは、たとえば50nm〜200nmとすることができる。上部電極40の材質は、導電性を有する物質である限り、特に限定されない。上部電極40の材質は、ニッケル、イリジウム、金、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物(たとえば酸化イリジウムなど)、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物、ランタンとニッケルの複合酸化物などを用いることができる。また、上部電極40は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
The
絶縁層60は、下部電極20と、圧電体層30の側面の少なくとも一部と、を覆うように設けられる。絶縁層60は、圧電体層30の側面の厚み方向の全部を覆ってもよい。絶縁層60は、圧電体層30の側面の厚み方向の下部の一部を覆ってもよい。絶縁層60は、図1および図2の例では、配線部70、上部電極40および圧電体層30の一部を除いた圧電アクチュエータ100の全体を覆うように設けられている。絶縁層60は、圧電アクチュエータ100の一部に設けられてもよい。たとえば、絶縁層60は、図3および図4に示すように、配線部70の下方の領域のみに設けられてもよい。絶縁層60は、圧電体層30の側面において、下部電極20との境界から上方に80nm以上となるように圧電体層30を覆うことが好ましい。絶縁層60の上面は、図1に示すように、水平でなくてもよい。絶縁層60は、下部電極20と配線部70との間に絶縁性を確保するために設けられる。絶縁層60の材質としては、無機物でも有機物でも用いることができる。中でもヤング率が小さい物質が好ましい。たとえば、絶縁層60の材質は、シリコン酸化物や各種ポリマーが好適である。
The insulating
配線部70は、絶縁層60の上方に設けられる。配線部70は、圧電体層30に接して設けられてもよい。配線部70は、上部電極10に電気的に接続する。配線部70は、少なくとも絶縁層60によって、下部電極20と電気的に絶縁される。配線部70は、上部電極40と図示せぬ外部回路とを電気的に接続する。配線部70の材質には、ニッケル、イリジウム、金、白金などの各種の金属を用いることができ、これらの単層構造でもよいし多層構造であってもよい。
The
本実施形態の圧電素子50は、下部電極20の側面と、圧電体層30の側面と、上部電極40の側面とが連続するように形成された面一状の側面を有してもよい。圧電素子50にこのような面一状の側面を形成すると、圧電素子50を高密度に配置するために有利となる場合がある。たとえば、図1および図2において、矩形の圧電素子50の短辺を形成する部分は、下部電極20、圧電体層30および上部電極40の側面が同一平面状に形成されている。面一状の側面は、たとえば上部電極40、圧電体層30および下部電極20を同時にエッチングして形成される。面一状の側面に配線部70が設けられる場合においても、絶縁層60は、下部電極20と配線部70との間を確実に絶縁できる。
The
本実施形態にかかる圧電アクチュエータ100は、以下のような特徴を有する。
The
圧電アクチュエータ100は、下部電極20と配線部70との間が、絶縁層60によって十分に離間される。そのため圧電アクチュエータ100は、圧電素子50の高密度化に対応し、かつ、下部電極20と配線部70との間の電気的に確実に絶縁された素子である。また、圧電アクチュエータ100の絶縁層60は、シリコン酸化物などのヤング率の小さい材料で構成されるため、素子の動作が阻害されにくい。また、素子の動作が阻害されないように、絶縁層60が小さければ小さいほど好ましい。
In the
2.圧電アクチュエータの製造方法
図5ないし図8は、図1の圧電アクチュエータ100の製造工程を模式的に示す断面図である。
2. Piezoelectric Actuator Manufacturing Method FIGS. 5 to 8 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the
本実施形態の圧電アクチュエータ100の製造方法は、圧電体積層体を形成する工程と、圧電素子を形成する工程と、絶縁層を形成する工程と、配線部を形成する工程と、を含む。
The method for manufacturing the
図5に示すように、まず、基体10を準備し、基体10の上に、下部電極20aを形成する。下部電極20aは、たとえば、スパッタ法、真空蒸着、CVD法などの方法で形成することができる。次に、下部電極20aの上に圧電体層30aを積層する。圧電体層30aは、ゾルゲル法やCVD法などによって形成される。ゾルゲル法においては、原料溶液塗布、予備加熱、結晶化アニールの一連の作業を数回繰り返して所望の膜厚にしても良い。次に圧電体層30aの上に上部電極40aを積層する。上部電極40aは、スパッタ法、真空蒸着、CVD法などの方法で形成することができる。ここで、たとえば、圧電体層30aの材質がPZTである場合は、酸素雰囲気で700℃程度の結晶化アニールなどを行って、圧電体積層体50aが形成される。
As shown in FIG. 5, first, the
次いで、図5に示すように圧電体積層体の上に、パターニングされたマスク層95を形成する。次に、上部電極40a、圧電体層30aおよび下部電極20aをエッチングして、図6に示すように、上部電極40および圧電体層30、必要に応じて下部電極20をエッチングして圧電素子50を得る。この工程は、マスキング、パターニングの工程を複数回繰り返してもよい。また、この工程は、マスク層95の代わりに、いわゆるハードマスクとしてランタンとニッケルの複合酸化物などを用いて行うことができ、さらに両者を組み合わせて行うこともできる。エッチングの方法には、ドライエッチング、ウェットエッチングなどの方法、または、それらの組み合わせを用いることができる。例えば、上部電極40はハロゲンガスとアルゴンガスの混合ガス、圧電体層30はハロゲンガスとフロンガスの混合ガスを用いてドライエッチングを行うことで、良好なパターニングが行える。パターニングの後、マスク層95は、アッシングやウェットエッチングなどにより除去される。
Next, as shown in FIG. 5, a patterned
次に、図7に示すように、下部電極20と、圧電体層30の少なくとも一部とを覆うように絶縁層60を形成する。この工程は、たとえば、スピンオングラス(SOG)法やインクジェット法などの公知の方法によって行うことができる。SOG法によれば、図1の例のような、圧電アクチュエータ100全体にわたる絶縁層60を形成することが容易である。図7および図8は、本工程をスピンオングラス法によって行う例である。図7に示すように、スピンコート法により、SOG原料を塗布、熱処理して絶縁層60aを形成する。図示の例では、絶縁層60aは、上部電極40の側面まで覆うように塗布されているが、上部電極40を覆っても構わない。その後、公知のエッチバック法を行って、図8に示すように、下部電極20と、圧電体層30の一部とを覆い、上部電極40を露出するように絶縁層60を形成することができる。また、この後、下部電極の大きさより少なくとも80nm以上大きいサイズのマスクを用いてキャパシタ周辺以外のSOG層(絶縁層60a)を除去しても良い。この場合、絶縁性を確保しながらキャパシタ周辺に接触する絶縁層60の大きさが小さくなるので圧電素子の特性が良好となる。
Next, as shown in FIG. 7, an insulating
次に、図1および図2に示すように、絶縁層60の上方に、上部電極40に電気的に接続した配線部70を設ける。配線部70は、たとえば、スパッタ法、真空蒸着、CVD法、無電解めっき法などの方法で形成し、パターニングを行って形成することができる。
Next, as shown in FIGS. 1 and 2, a
このようにして圧電アクチュエータ100が製造されるが、本実施形態の製造方法は、各工程の間に適宜他の部材を形成する工程や表面処理を行う工程を有することができる。
In this way, the
以上のように、本実施形態の圧電アクチュエータ100の製造方法によれば、簡易なプロセスによって、圧電アクチュエータ100を得ることができる。
As described above, according to the method for manufacturing the
3.変形例
本実施形態にかかる圧電アクチュエータ100は、種々の変形が可能である。以下に、変形例を説明するが、上記で説明した圧電アクチュエータ100の構成と実質的に同一のものについては説明を省略する。
3. Modified Examples The
図9ないし図11は、本実施形態にかかる圧電アクチュエータ100の変形例を模式的に示す断面図である。図9ないし図11に示すように、下部電極20は、複数の層から構成され、複数の層の一部の層の外周が、圧電体層30の下面の外周よりも内側にあるように設けることができる。たとえば、図9に示すように、下部電極20の下部電極上層24をアンダーカットすることで、下部電極20と配線70との間をより離間させることができる。この場合、図11に示すように、例えばアンダーカットされる下部電極の膜厚を100nm程度取れば、絶縁層は下部電極の周辺のみを覆えばよく、圧電素子の側壁を覆う必要はない。
9 to 11 are cross-sectional views schematically showing modified examples of the
このような下部電極20は、たとえば、下部電極20の下部電極下層22の材質を、ニッケル、イリジウム、金、白金などの金属とし、下部電極20の下部電極上層24の材質をランタンとニッケルの複合酸化物とし、下部電極20をパターニングした後、下部電極上層24を選択的にエッチングすることで形成することができる。この変形例は、下部電極20によって、圧電体層30の結晶性を制御し、かつ、下部電極20と配線70との間の距離をより離間させる効果を有する。
In such a
図12および図13は、本実施形態にかかる圧電アクチュエータ100の変形例を模式的に示す断面図である。図12および図13に示すように、圧電アクチュエータ100は、さらに、圧電体層30の側面の少なくとも一部を覆うようにバリア層80を設けることができる。バリア層80は、図12に示すように絶縁層60の上方に設けられても、図13に示すように絶縁層60の下方に設けられてもよい。バリア層80は、上部電極40の上方に設けられている場合には、上部電極40と配線部70とを電気的に接続するために、上部電極40の上方に開口部82を有することができる。
12 and 13 are cross-sectional views schematically showing modifications of the
バリア層80は、外部から拡散してくる水素、水、炭素を含む化合物などの不純物が圧電体層30へ拡散し、圧電体層30が劣化することを防止する機能を有する。バリア層80の厚みは、圧電アクチュエータ100の動作を阻害しない厚さが好ましい。バリア層80は、厚すぎると圧電アクチュエータ100の動作を拘束してしまう。そのため、下部電極20と配線部70との間の絶縁を確保できるほどには厚く形成されない。バリア層80の材質としては、バリア性、絶縁性を有すればよく、たとえばアルミニウム酸化物が好適である。このようなバリア層80は、たとえば、上述の絶縁層60aを形成する前、または、絶縁層60を形成した後にスパッタ法や蒸着法によって設けることができる。
The
このようなバリア層80をさらに有した圧電アクチュエータ100は、高密度化に対応し、下部電極20と配線部70との間の電気的な絶縁が十分に確保され、その上、圧電体層30が劣化しにくい圧電素子50を有する。
The
図14および図16は、本実施形態にかかる圧電アクチュエータ100の変形例を模式的に示す断面図である。図15および図17は、本実施形態にかかる圧電アクチュエータ100の変形例を模式的に示す平面図である。図15には、絶縁層60は、端部を破線で表し透視させて描かれている。図15のA−A線および図17のA−A線の断面は、それぞれ、図14および図16が対応する。
14 and 16 are cross-sectional views schematically showing modifications of the
図14および図15に示すように、圧電アクチュエータ100は、さらに基体10の上に圧電素子50の側面に対向する側面を有するバンク90を有することができる。そして、バンク90と圧電素子50との間に絶縁層60を設けることができる。バンク90の上方には配線部70が設けられる。バンク90の上に複数の配線部70が設けられた場合には、バンク90は、各々の配線部70は互いに絶縁されるように設けられる。バンク90は、圧電素子50の側面と対向して設けられるため、圧電素子50の側面とバンク90の側面との間に凹部が形成される。
As shown in FIGS. 14 and 15, the
図14および図15の例では、バンク90は、圧電素子50の構成から上部電極40を除いたものとなっている。この例ではバンク90の配線部70と接する領域は圧電体層93であるため配線部70は互いに絶縁されている。バンク90の材質は、複数の配線部70が設けられたとき各々の配線部70が互いに絶縁されるかぎり任意である。たとえば、図14および図15においてはバンク90の下部は、下部電極92を有するが、配線部70は互いに絶縁されているため、このようなバンク90としてもよい。また、バンク90は、単層で構成されても複数層で構成されてもよい。
14 and 15, the
バンク90は、図14に示すように、絶縁層60の厚みをバンク90のない場合(絶縁層62)に比較して厚く保つ機能を有する。そのため、バンク90の高さは、圧電素子50の下部電極20の厚みよりも高ければ十分である。またバンク90の上に絶縁層60が設けられてもよい。バンク90は、絶縁層60をSOG法またはインクジェット法によって形成する場合、塗布された絶縁層60の原料が、流れて薄くなることを抑制する効果を有する。
As shown in FIG. 14, the
図16および図17は、バンク90を有する圧電アクチュエータ100において、インクジェット法によって絶縁層60が設けられた例である。図16および図17に示すように、インクジェット法によって絶縁層60が形成された場合においても、バンク90は、他の領域に絶縁層60の原料が流出することを防ぐ。これにより、絶縁層60は、確実に圧電素子50の側面において、下部電極20と圧電体層30の一部を覆うことができる。
FIGS. 16 and 17 are examples in which the
バンク90は、絶縁層60を設ける工程の前に設けられる。図14ないし図17の例では、バンク90は、圧電素子50と共通する下部電極92と圧電体層93構造を有する。そのため、圧電素子50を形成する工程でバンク90を残すようにパターニングすることでバンク90を設けることができる。また、バンク90の形成方法としては、圧電素子50を形成した後に、基体10の上に、光硬化樹脂等をパターニングして設けることもできる。さらに、バンク90は、圧電素子50を形成した後に、基体10の上に、インクジェットによって樹脂を塗着させることによって形成してもよい。
The
このようにバンク90を設けることにより、絶縁層60の量を減らすことができ、圧電アクチュエータ100の動作の負荷を一層減らすことができる。
By providing the
4.液体噴射ヘッド
図18は、本実施形態の圧電アクチュエータ100を有する液体噴射ヘッド1000を模式的に示す断面図である。図19は、本実施形態の圧電アクチュエータ100を有する液体噴射ヘッド1000を模式的に示す平面図である。図19のB−B線の断面は、図18に対応する。
4). Liquid Ejecting Head FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a
本実施形態の液体噴射ヘッド1000は、圧電アクチュエータ100と、圧力室基板200と、ノズル版300とを含む。
The
圧力室基板200は、圧電アクチュエータ100の下方に設けられる。圧力室基板200は、圧力室210の側壁を構成する。圧力室210は、図18に示すように、圧電アクチュエータ100の圧電素子50の位置に対応して、その下方に形成される。圧力室210の上部壁は、圧電アクチュエータ100の基体10で構成される。圧力室210は、図示せぬ液体リザーバに連通している。圧力室210には、液体リザーバから液体が供給される。圧力室基板200の材質としては、たとえば、シリコン、ステンレス、SUS、ニッケル、チタン、チタン合金などを用いることができる。
The
ノズル版300は、圧力室基板200の下方に設けられる。ノズル版300は、圧力室210の下部壁を構成し、圧力室210に対応した複数のノズル孔310を有する。圧力室210に満たされた液体は、圧電アクチュエータ100の動作によりノズル孔310から吐出される。ノズルプレート300の材質は、たとえば、シリコン、ステンレス、チタン、チタン合金などを用いることができる。
The
液体噴射ヘッド1000の製造は、次のように行うことができる。あらかじめ、圧電アクチュエータ100、圧力室基板200およびノズル版300を準備する。圧力室基板200は、たとえばシリコン基板をフォトリソグラフ法を用いてマスクパターンを形成して、エッチングすることによってパターニングして形成される。ノズル板300は、たとえばステンレス板を切削し、ノズル孔310を所定の位置に穿孔して製造することができる。以上のように製造した圧電アクチュエータ100、圧力室基板200およびノズル版300を公知の位置合わせ手段などを用いて所定の位置に、必要に応じて接着剤などを使用して組み立てることにより、液体噴射ヘッド1000が製造される。
The
本実施形態の液体噴射ヘッド1000は、高密度に配置された圧電素子50を有する圧電アクチュエータ100を含むため、インクジェット印刷に用いた場合、印刷物の精細度が高い。
Since the
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purposes and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. In addition, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
10 基体、20 下部電極、22 下部電極下層、24 下部電極上層、
30 圧電体層、40 上部電極、50 圧電素子、60 絶縁層、62 絶縁層、
70 配線部、80 バリア層、82 開口部、90 バンク、92 下部電極、
93 圧電体層、100 圧電アクチュエータ、200 圧力室基板、210 圧力室
300ノズル板、310 ノズル孔
10 substrate, 20 lower electrode, 22 lower electrode lower layer, 24 lower electrode upper layer,
30 piezoelectric layer, 40 upper electrode, 50 piezoelectric element, 60 insulating layer, 62 insulating layer,
70 wiring portion, 80 barrier layer, 82 opening, 90 bank, 92 lower electrode,
93 Piezoelectric layer, 100 Piezoelectric actuator, 200 Pressure chamber substrate, 210
Claims (11)
前記基体の上方に設けられた下部電極と、
前記下部電極の上方に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた上部電極と、
前記上部電極に電気的に接続された配線部と、
前記下部電極と前記配線部とを電気的に絶縁する絶縁層と、
を含み、
前記下部電極、前記圧電体層および前記上部電極によって圧電素子が構成され、
前記絶縁層は、前記下部電極と、前記圧電体層の側面の少なくとも一部とを覆うように設けられ、
前記配線部は、前記絶縁層の上方に形成された、圧電アクチュエータ。 A substrate;
A lower electrode provided above the substrate;
A piezoelectric layer provided above the lower electrode;
An upper electrode provided above the piezoelectric layer;
A wiring portion electrically connected to the upper electrode;
An insulating layer for electrically insulating the lower electrode and the wiring portion;
Including
A piezoelectric element is constituted by the lower electrode, the piezoelectric layer and the upper electrode,
The insulating layer is provided so as to cover the lower electrode and at least a part of a side surface of the piezoelectric layer,
The wiring portion is a piezoelectric actuator formed above the insulating layer.
前記絶縁層は、前記圧電素子の外周に設けられた、圧電アクチュエータ。 In claim 1,
The insulating layer is a piezoelectric actuator provided on an outer periphery of the piezoelectric element.
前記絶縁層は、前記圧電素子の外周の一部に設けられた、圧電アクチュエータ。 In claim 1,
The said insulating layer is a piezoelectric actuator provided in a part of outer periphery of the said piezoelectric element.
前記絶縁層は、シリコンを含む酸化物から構成される、圧電アクチュエータ。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The insulating layer is a piezoelectric actuator composed of an oxide containing silicon.
前記下部電極は、複数の層から構成され、前記複数の層の一部の層の外周が、前記圧電体層の下面の外周よりも内側となるように設けられた、圧電アクチュエータ。 In any one of Claim 1 thru | or 4,
The lower electrode includes a plurality of layers, and the piezoelectric actuator is provided so that an outer periphery of a part of the plurality of layers is located inside an outer periphery of a lower surface of the piezoelectric layer.
さらに、前記圧電体層の側面の少なくとも一部を覆うようにバリア層が設けられた、圧電アクチュエータ。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
Furthermore, the piezoelectric actuator provided with the barrier layer so that at least one part of the side surface of the said piezoelectric material layer might be covered.
さらに、前記基体の上に前記圧電素子の側面に対向する側面を有するバンクが設けられ、前記バンクと前記圧電素子との間に前記絶縁層が設けられた、圧電アクチュエータ。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
Furthermore, the piezoelectric actuator which provided the bank which has a side surface which opposes the side surface of the said piezoelectric element on the said base | substrate, and provided the said insulating layer between the said bank and the said piezoelectric element.
前記上部電極、前記圧電体層、および前記下部電極をパターニングして圧電素子を形成する工程と、
前記下部電極と、前記圧電体層の側面の少なくとも一部を覆うように絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の上方に前記上部電極に電気的に接続する配線部を形成する工程と、
を含む、圧電アクチュエータの製造方法。 A step of sequentially laminating a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode above the substrate;
Patterning the upper electrode, the piezoelectric layer, and the lower electrode to form a piezoelectric element;
Forming an insulating layer so as to cover at least a part of the side surface of the lower electrode and the piezoelectric layer;
Forming a wiring portion electrically connected to the upper electrode above the insulating layer;
A method for manufacturing a piezoelectric actuator, comprising:
前記絶縁層を形成する工程は、スピンオングラス(SOG)法によって行われる、圧電アクチュエータの製造方法。 In claim 9,
The step of forming the insulating layer is a method of manufacturing a piezoelectric actuator, which is performed by a spin-on-glass (SOG) method.
前記絶縁層を形成する工程は、インクジェット法によって行われる、圧電アクチュエータの製造方法。 In claim 9,
The step of forming the insulating layer is a method of manufacturing a piezoelectric actuator, which is performed by an ink jet method.
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