JP3053069B2 - 積層型アクチュエータとその配線方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体と導電体を
薄膜技術により積層して製造する小型なアクチュエータ
の電極構造に関し、さらに小型アクチュエータの配線方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】メカトロニクス分野では機器の小型化、
高精度化および高知能化が急速に進んでいるが、この流
れを支える技術としてアクチュエータの小型・高速・高
精度化が強く要求されている。こうした要求に応えうる
ものとして圧電効果を応用したアクチュエータがある。
この圧電型アクチュエータは、与えられた変位や力を電
気信号に変換することができるため加速度や超音波など
のセンサとしても使用が可能である。圧電型アクチュエ
ータの特徴は微少変位を高速・高精度で制御できること
にあり、さらに低消費電力・高剛性・低発熱・低雑音等
の利点も兼ね備えるが、従来駆動電圧が極めて高く制御
回路の構成が困難という欠点があった。

【０００３】この困難を緩和するため、ファインセラミ
ック技術を応用して圧電セラミックの内部に多数の層状
電極を埋め込んだ積層型圧電セラミック・アクチュエー
タが開発された。この小型の積層型アクチュエータ素子
は、積層コンデンサの製法にならい、グリーンシート法
とドクタ・ブレード法によりセラミック層と電極層を形
成して焼結する、いわゆるテープキャスティング法で製
造されるため、圧電セラミック層の厚さは数１０ミクロ
ン程度まで薄くでき、１００Ｖ以下の低電圧で駆動する
ことが可能である。しかし、このような小型積層型アク
チュエータでも、数ボルトの出力水準しか持たない通常
のＩＣ（集積回路）で駆動するためには十分ではなかっ
た。

【０００４】そこで、発明者らはさらにアクチュエータ
の小型化を進めるべく研究し、電気絶縁基板上に圧電性
を有する圧電層と電極層を蒸着により交互に積層して形
成される積層体からなるマイクロアクチュエータを特願
平６−２２２１７９明細書により開示した。このマイク
ロアクチュエータは、圧電層の厚さが０．１μｍ〜１０
μｍ、電極層の厚さが数百オングストローム〜数千オン
グストロームに過ぎないため、ＩＣ回路による数ボルト
の電圧で直接的に駆動することができる。圧電層の積層
数を１００層とすると積層体の厚さは０．２〜０．３ｍ
ｍとアクチュエータの大きさも超小型で、これに数ボル
トの電圧を印加することにより厚さを０．０１〜０．１
％変化させることができる。

【０００５】また、このマイクロアクチュエータに外力
が作用すると積層体が積層方向に変形し、これに伴って
各圧電層が歪んで各電極層間に電位差が生じる。この電
位差をリード線を介して検出することにより外力や変形
の大きさを検知することができる。さらに、圧電層を結
晶で構成し結晶のＣ軸を圧電層の厚み方向に配向させた
ものは、圧電率の大きい特性の優れた超小型積層型アク
チュエータとなる。このようなマイクロアクチュエータ
は極めて小型であるため、マイクロマシン用のアクチュ
エータや微小検出器など各種の利用分野が開けている。

【０００６】積層型アクチュエータの積層された内部電
極層間における配線は、従来、リードワイヤにより結線
したり外部電極を塗布・焼き付けすることにより行って
いたが、上記特願平６−２２２１７９明細書に開示した
超小型積層型アクチュエータでは層の厚さがあまりに小
さいために従来方法が利用できない。特願平６−２２２
１７９明細書には発明者らが開発した新しい電極構造と
製造方法が開示されている。

【０００７】図４は特願平６−２２２１７９明細書に開
示した超小型積層型アクチュエータ素子１００の一部断
面図である。また図５は図４の超小型積層型アクチュエ
ータ素子１００を構造母材１２０に固定した形態を表す
図面である。特願平６−２２２１７９明細書に開示した
積層型アクチュエータ素子１００の製造方法によると、
まず、ＲＦ(Radio Frequency)マグネトロンスパッタ法
を用いて酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、
サファイヤ等の単結晶やアルミナ、ガラスなどから構成
される基板上に、白金、アルミニウム、金、銀などの導
電体から成る電極層、ＰＺＴやＰＬＺＴなどの圧電材料
から成る圧電層、電極層、ガラスまたはシリコンから成
る接合層の順に繰り返し蒸着して圧電部材を形成する。
つぎに、陽極接合法により圧電部材同士を接合層を介し
て接合する接合工程とさらに積層する側の基板を研磨等
により除去して接合層を形成する基板除去工程とを繰り
返して所定の積層数まで積層することにより電極層１１
２と圧電層１１４とが交互に積層された積層体１１０を
得る。

【０００８】そして、ＣＶＤ(Chemical Vaper Depositi
on)法やスパッタ法によって二酸化ケイ素やガラスなど
の材料から成る１対の絶縁層１０２を積層体１１０の側
面に形成し、ＦＩＢ(Focused Ion Beam)法によって絶縁
層１０２に溝１０３を掘って電極層１１２の端部が露出
するようにする。このとき一方の絶縁層１０２ｂには奇
数番目の全ての電極層１１２ｂの端部を、他方の絶縁層
１０２ａには偶数番目の全ての電極層１１２ａの端部を
露出させるようにする。ついで、ＦＩＢ法によりそれぞ
れの絶縁層１０２に外部電極１０４を、また積層体１１
０より外側にはみ出た基板部分１０６の表面にそれぞれ
の接続電極１０８を形成する。外部電極１０４は絶縁層
に形成された溝１０３を埋めて形成されて積層体１１０
の電極層１１２を１個おきに導通させる。また外部電極
１０４は接続電極１０８と一体に形成されるため接続電
極に導通している。

【０００９】このようにして形成されたマイクロアクチ
ュエータ構造体１００は構造母材１２０に固定された後
に、構造母材上の端子１２２と接続電極１０８がワイヤ
ーボンディング法などによりリード線１２４で接続され
る。また、リード線が接続される接続電極１０８は基板
１０６の表面に形成されるので、外部電極１０４自体に
リード線１２４を接続する場合と比較して積層体１１０
の伸び縮みに伴う応力による電極の剥離が起こりにく
く、リード線接続の信頼性が向上する。

【００１０】しかし、上記アクチュエータ構造体１００
では基板部分が積層体１１０の外側に出っ張るようにし
て、その出っ張り部分の上に接続電極あるいはリーディ
ングパッド１０８を形成したものであり、この構造体１
００を固定する構造母材１２０上にもリーディングパッ
ド１２２を形成しておき、構造体を母材上に固定した後
でワイヤボンダ等を使用してパッド同士をリード線１２
４で接続する必要があった。

【００１１】このため、アクチュエータ積層体１１０自
体が極めて小型に形成されるにもかかわらず、リーディ
ングパッドの施工領域やリーディング用のワイヤ等の余
分な付属物が必要となるため実際に作動するように構成
されたアクチュエータは結構大型になり、圧電アクチュ
エータの本体である積層体１１０が小型である特長が著
しく損なわれていた。また、アクチュエータを組み立て
るのにワイヤボンディング作業が必要となるため、特別
の工具を用いた複雑な工程を必要とし、製造コストが大
きい欠点がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、圧電体と導電体を薄膜技術により
積層して製造する小型アクチュエータにおける電極構造
を改良して、積層体自体以外の付属部分をできるだけ小
さくすることにより、積層型圧電アクチュエータの小型
化の利益を最大限享受できるようにすることにある。ま
た、本発明が解決しようとする別の課題は製造コストの
軽減を図るため、配線方法を簡便にすることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の積層型アクチュエータ素子は、圧電材料の
薄膜からなる圧電層と導電材料の薄膜からなる層内電極
層が交互に積層して積層体を成し、層内電極層が交互に
それぞれ１層おきに接続された対になる外側電極層が積
層体の側面に形成された、圧電性もしくは電歪性を有す
る構造体を基板上に形成してなる積層型アクチュエータ
素子であって、相互に絶縁され外側電極とそれぞれ接続
された少なくとも１対の底部電極層を構造体の基板に接
する部分に有し、基板に鑽孔したコンタクトホールを介
して各底部電極層とそれぞれ電気的に接続された少なく
とも１対の接続電極部を基板の外側表面に備えることを
特徴とする。また、本発明の積層型アクチュエータは、
上記のように構成された積層型アクチュエータ素子の接
続電極部を構造母材上のプリント配線部に固定して形成
されることを特徴とする。

【００１４】さらに、上記課題を解決するため、本発明
の積層型アクチュエータ素子の製造方法は、絶縁基板の
表面上に底部電極層となる少なくとも２個の互いに接触
しない導電材料の薄膜を形成し、さらにその薄膜上に圧
電材料の薄膜と導電材料の薄膜を交互に積層して積層体
を形成し、次いで積層体の少なくとも２つの側面に絶縁
材料からなる絶縁膜を形成し、その絶縁膜のそれぞれに
ついて底部電極層の１個と導電材料薄膜の相互に異なる
１層おきの位置を鑽孔して薄膜が露出するようにし、絶
縁膜上に導電材料の膜を形成して導電材料薄膜と底部電
極層を電気的に接続させ、さらに絶縁基板の裏面から底
部電極層に達するコンタクトホールを形成し、絶縁基板
裏面のコンタクトホールを含む部分に底部電極層と電気
的に接続する接続電極部を形成することを特徴とする。

【００１５】本発明の積層型アクチュエータ素子の製造
方法は、絶縁基板を酸化物単結晶やガラスなどからなる
電気絶縁材料とし、底部電極層および圧電材料の薄膜と
導電材料の薄膜をスパッタリングにより積層し、積層体
側面の絶縁膜の鑽孔および電極層間の配線を集束イオン
ビーム加工によって行い、絶縁基板裏面に穿つコンタク
トホールをエッチングによって形成し、底部電極層の導
電膜を金属の蒸着により形成することができる。さら
に、本発明の積層型アクチュエータの配線方法は、上記
の積層型アクチュエータ素子における接続電極部を構造
母材上のプリント配線部に圧着することにより、構造母
材のリードと接続することを特徴とする。

【００１６】本発明の積層型アクチュエータ素子によれ
ば、圧電層と電極層が交互に多数積層した積層体の側面
に形成された外側電極層がそれぞれ相互に絶縁された底
部電極層と導通し、この底部電極層が基板裏面の接続電
極部に電気的接続をしているため、電源電圧は裏側の接
続電極部から印加すればよく積層体の外部に大きな接続
端子を設ける必要が無いから、アクチュエータ素子は積
層体自体とほぼ同じ大きさになる。

【００１７】また構造母材上にプリント等によりリード
線パターン部分を形成しておき、このリード線パターン
に基板裏面の接続電極部が当接するように置いて圧着す
ることにより、アクチュエータ素子を構造母材に固定す
ることができ、かつ駆動電源の供給が容易に出来る。し
たがってワイヤボンダ等特別の工具を必要とせずごく簡
単な工程により、この超小型の素子を組み込んだマイク
ロアクチュエータを構成することができる。このように
本発明の積層型アクチュエータにより超小型に形成した
積層型圧電アクチュエータの特長を十分に生かして使う
ことが可能になる。積層型アクチュエータ素子を変位や
力のセンサとして使用する場合も同じである。

【００１８】また、本発明の積層型アクチュエータ素子
の製造方法によれば、積層体における底部電極層、圧電
層、層内電極層、側面の絶縁膜、外側電極層、また基板
裏面のコンタクトホールや接続電極部を技術的に完成さ
れた薄膜形成技術により形成することができるため、微
細な超小型積層型アクチュエータ素子が製造できる。

【００１９】さらに、絶縁基板を酸化物単結晶からなる
電気絶縁材料とし、底部電極層および圧電材料の薄膜と
導電材料の薄膜をスパッタリングにより積層し、積層体
側面の絶縁膜の鑽孔および電極層間の配線を集束イオン
ビーム加工によって行い、絶縁基板裏面に穿つコンタク
トホールをエッチングによって形成し、底部電極層の導
電膜を金属の蒸着により形成する積層型アクチュエータ
素子の製造方法によれば、技術的に完成された精細な薄
膜形成技術によりきわめて精密な超小型アクチュエータ
素子が工業的に製造できる。

【００２０】また、本発明の積層型アクチュエータの配
線方法によれば、構造母材上の予め精密に形成されたプ
リント配線部に超小型積層型アクチュエータ素子を圧着
するだけで構造母材のリードと接続するから、余分な付
属物を介さず簡単な工程で小型化の特長を生かした小型
アクチュエータを製造することが出来る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明に係る
積層型アクチュエータ素子とアクチュエータ、およびそ
れらの製造方法を詳細に説明する。図１は、本発明の積
層型アクチュエータ素子を模式的に表す一部断面図であ
る。本発明の積層型アクチュエータ素子１は、基板２と
その上に形成された構成体３とからなる。構成体３は積
層体４とその外側に形成された外側電極部５とから形成
される。

【００２２】積層体４は圧電層４１と層内電極層４２が
交互に積層されたもので、特願平６−２２２１７９明細
書により開示したマイクロアクチュエータの積層体 と
同様の構造を有し、例えば、圧電層４１の厚さを０．１
μｍ〜１０μｍ、層内電極層４２の厚さを数百オングス
トローム〜数千オングストロームとし、圧電層の積層数
を１００層とすると積層体４の厚さは０．２〜０．３ｍ
ｍと超小型に仕上がる。ＩＣ回路で構成される制御回路
から供給される数ボルトの電圧を各圧電層を挟む層内電
極層間に印加することにより積層体４の厚さが全体とし
て０．０１〜０．１％変化する。

【００２３】圧電層４１はＰＺＴ(Pb(Zr,Ti)O₃)やＰＬ
ＺＴ((Pb,La)(Zr,Ti)O₃)など圧電特性の優れた圧電性物
質からなる。圧電層４１は圧電性物質の結晶で構成され
結晶のＣ軸を圧電層の厚み方向に配向させたものは製品
の特性が特に優れている。層内電極層４２は白金（Ｐ
ｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）
などの導電性物質からなる。さらに詳細に言えば、層内
電極層４２は積層体の製造方法に起因するガラスやシリ
コンからなる接合層を中間に挟んだ構造になっている
が、圧電型アクチュエータとして作動するための機能に
は関係しない。また、積層体４の最下層の電極層４３は
少なくとも２つの部分に分離して互いに電気的に絶縁さ
れている。

【００２４】積層体４の側面には正極用と負極用に対に
なった外側電極部５が付いている。外側電極部５は積層
体４の側面を覆う絶縁層５１とその外側に形成された導
電層５２からなり、絶縁層５１は二酸化ケイ素やガラス
などの材料からなり、導電層５２は白金、アルミニウ
ム、銀などからなる。

【００２５】絶縁層５１にはコンタクトホール５３が開
けられている。対になっている内一方の外側電極部５ａ
のコンタクトホール５３ａは最下層の電極層の一方４３
ａと奇数番目の層内電極層４２ａの端部位置に開けられ
ていて、これら電極層を導電層５２ａと導通し圧電層４
１を櫛の歯形に挟む一方の電極板を形成する。またもう
一方の外側電極部５ｂのコンタクトホール５３ｂは先の
最下層の電極層４３ａと異なるもう一方の電極層４３ｂ
と偶数番目の層内電極層４２ｂの端部位置に開けられて
いて、上の電極板と対向して櫛の歯形に圧電層４１を挟
むもう一方の電極板を形成する。

【００２６】基板２には裏面から積層体４の最下層の電
極層４３ａに達するようにコンタクトホール２１ａが開
けられており、コンタクトホール２１ａの周囲の基板表
面には接続電極部２２ａが形成されている。接続電極部
２２ａは白金、アルミニウム、金、銀などの導電性物質
により形成されている。接続電極部２２ａを形成する物
質と同じ物質がコンタクトホール２１ａの中に堆積して
いて接続電極部２２ａと電極層４３ａが導通している。
また、基板２にはもう一方の積層体４最下層の電極層４
３ｂに達するようにコンタクトホール２１ｂが開けられ
ており、コンタクトホール２１ｂの周囲に接続電極部２
２ｂが形成されている。接続電極部２２ｂも同じように
電極層４３ｂと導通している。コンタクトホールは１個
の限らず、また形状も任意に選択できる。

【００２７】図２は上記アクチュエータ素子を構造母材
に固定して形成するアクチュエータの側面図である。構
造母材６はアクチュエータを構成するための支持母体
で、上記アクチュエータ素子１を固定し必要な駆動電圧
を供給することにより、対象物に作用して仕事をする。
構造母材６の表面には互いに絶縁されたプリント配線パ
ターン電極６１ａ、６１ｂが設けられていて、それぞれ
が図示していないアクチュエータ駆動電源に接続されて
いる。プリント配線パターン電極６１ａ、６１ｂの形状
と位置はそれぞれアクチュエータ素子１の接続電極部２
２ａ、２２ｂに対応して決められている。プリント配線
パターン電極６１ａ、６１ｂと接続電極部２２ａ、２２
ｂはより融点が低い金属を介して接続固定されている。

【００２８】上記のように構成されたアクチュエータ
は、例えば、厚さが０．１μｍ〜１０μｍの圧電層と厚
さが数百オングストローム〜数千オングストロームの電
極層を１００層分積層して、積層体部の厚さを０．２〜
０．３ｍｍとすることができる。このように構成された
アクチュエータは、ＩＣ回路で使用される数ボルトの電
圧で直接的に駆動して、厚さを０．０１〜０．１％変化
させることができる。また、精緻な動作が可能であり精
密な加工やマニピュレーションに利用することが出来
る。駆動電源を供給するための電極構造は極めて小さく
余分な領域を占領することなく、しかも電極構造を利用
して構造母材に直接固定するものであるから、アクチュ
エータ全体の大きさも超小型になる。

【００２９】また、このマイクロアクチュエータに外力
が作用すると積層体が積層方向に変形し、これに伴って
各圧電層が歪んで各電極層間に電位差が生じるので、こ
の電位差をリード線を介して検出することにより外力や
変形の大きさを検知することもできる。

【００３０】図３（ａ）から図３（ｅ）は本発明の積層
型アクチュエータの製造工程を順を追って説明する工程
図である。図３（ａ）は製造工程において基板２上に積
層体４を形成したところを表したものである。絶縁基板
２上に圧電材料および電極材料の薄膜４１、４２を多数
積層するためには特願平６−２２２１７９明細書で開示
した方法を用いることが出来る。まずＲＦマグネトロン
スパッタ法を用いて、電気絶縁材料である酸化マグネシ
ウム、チタン酸ストロンチウム、サファイヤなどの酸化
物単結晶やアルミナ、ガラスなどからなる絶縁基板上
に、白金、アルミニウム、金、銀などの導電体から成る
電極層、ＰＺＴやＰＬＺＴなどの圧電材料から成る圧電
層、再び電極層、さらにガラスまたはシリコンから成る
接合層の順に蒸着して圧電部材を形成する。

【００３１】なお、ＲＦマグネトロンスパッタ法の代わ
りにＣＶＤ法を用いることもできることは言うまでもな
い。圧電層４１は０．１μｍ〜１０μｍの厚さまで、ま
た電極層４２は数百オングストローム〜数千オングスト
ロームの厚さまで成長させる。圧電層４１は蒸着によっ
て形成されるので圧電材料は結晶として成長し、結晶の
Ｃ軸が厚み方向に配向されるため圧電率が大きくなる。

【００３２】形成された圧電部材を接合層が対向するよ
うに合わせて、陽極接合法により接合する。陽極接合法
を使用するため一方の接合層はシリコンやガラスにより
形成し、摂氏４００度程度に加熱しながら接合層の両側
より２００〜１０００ボルトの電圧を印加して接合層同
士を化学結合させる。つぎに結合された圧電部材のいず
れか一方の基板部を除去して電極層を露出させ、その電
極層の上に再度接合層を形成する。基板部の除去は研磨
後にエッチング処理を施すことにより残留部分がないよ
うにする。このエッチング処理を容易にするためには電
極層４２をエッチング液に対する耐性が強い白金で形成
することが好ましい。

【００３３】再度形成された接合層を用いた陽極接合法
によりさらに積層することができる。このような接合工
程と基板除去工程を繰り返すことにより、基板２上に圧
電層４１と層内電極層４２を所望の積層数まで積層して
積層体４を形成する。ここで、先に開示された製造法と
異なり、始めに形成される最下層の電極層４３ａ、４３
ｂは後に接続電極２２ａ、２２ｂと接続されて正負別々
に電源を供給するため、少なくとも１対の相互に独立し
た領域に形成し、両者を電気的に絶縁させる。なお、陽
極接合法の代わりに表面活性化接合法や接着剤接合法を
用いてもよい。

【００３４】図３（ｂ）は外側電極部５を上記の積層体
４の側面に形成したところを表したものである。積層体
４の側面に二酸化ケイ素やガラスなどの絶縁材料から成
る１対の絶縁層５１ａ、５１ｂを互いに対向するように
して形成する。絶縁層はＣＶＤ(Chemical Vaper Deposi
tion)法またはスパッタリング法によって厚さが数百オ
ングストロームから数千オングストロームになるように
形成される。

【００３５】つぎに、絶縁層５１ａ、５１ｂにはそれぞ
れ層内電極層４２の端部を露出させる複数の溝あるいは
コンタクトホール５３ａ、５３ｂがＦＩＢ(Focused Ion
Beam)法によるミリング加工で形成される。一方の絶縁
層５１ａに形成されるコンタクトホール５３ａは積層体
４の奇数番目の層内電極層４２ａと最下層電極層４３ａ
の端部が露出する位置に、また他方の絶縁層５１ｂの穴
５３ｂは偶数番目の層内電極層４２ｂと最下層電極層４
３ｂの端部が露出する位置に形成される。ＦＩＢ法に代
えて、化学エッチング液を用いたウェットエッチング法
や反応性ガスプラズマを利用したドライエッチング法を
用いてもよい。

【００３６】さらに、各絶縁層の表面に斜めスパッタ法
により白金、アルミニウム、銀などの導電物質から成る
導電層５２ａ、５２ｂが形成される。導電物質はコンタ
クトホールを埋めて層内電極層と最下層電極層を導通す
る。こうして形成された一方の外部電極部５ａは一方の
最下層電極層４３ａと奇数番目の層内電極層４２ａを電
気的に接続し、他方の外部電極部５ｂはもう一方の最下
層電極層４３ｂと偶数番目の層内電極層４２ｂを接続し
て櫛の歯状の電極板を形成する。

【００３７】図３（ｃ）は基板２にコンタクトホール２
１を形成したところを表したものである。基板２裏面の
最下層電極層４３ａ、４３ｂに対応する位置に化学エッ
チング液を作用させてエッチングしコンタクトホール２
１ａ、２１ｂを形成する。最下層電極層は耐エッチング
性に優れた白金などが使われていてそれ以上は腐食が進
みにくく、電極層４３ａ、４３ｂの表面がコンタクトホ
ール２１ａ、２１ｂの底になる。コンタクトホールは独
立した最下層電極層毎に１個以上形成する。

【００３８】図３（ｄ）は基板２裏面に接続電極２２を
形成してできた積層型アクチュエータ素子１を表したも
のである。基板２裏面のコンタクトホール２１ａを囲む
部分にＡｌ、Ｐｔ、Ａｕ等からなる導電材料を蒸着して
接続電極２２ａを、また、コンタクトホール２１ｂを囲
む部分に接続電極２２ｂを形成する。１個の最下層電極
層に対して明けられた複数のコンタクトホールの周囲に
形成された接続電極同士は互いに接触してよいが、異な
る最下層電極層に対するコンタクトホールの周囲に形成
された接続電極同士は互いに接触ないような形状に形成
する。導電材料の蒸着は斜めスパッタリング法により行
い、導電材料がコンタクトホール２１ａ、２１ｂの壁の
部分にも付着して最下層電極層４３ａ、４３ｂと基板２
裏表面の接続電極２２ａ、２２ｂ部分と導通するように
する。こうして、配線構造が著しく小型化された積層型
アクチュエータ素子１が完成する。

【００３９】図３（ｅ）は積層型アクチュエータ素子１
を構造母材６に固定して完成したアクチュエータを表し
たものである。上記のようにして完成された積層型アク
チュエータ素子１は、構造母材６に固定し配線を完成し
て始めて実際に作用するアクチュエータとなる。本実施
例の方法によれば、構造母材６上に予め白金等の導電材
料からなる電極パターン６１ａ、６１ｂをプリントパタ
ーンとして形成しておく。一方の電極パターン６１ａは
積層型アクチュエータ素子１の接続電極２２ａのパター
ンと対応し、他方の電極パターン６１ｂは接続電極２２
ｂのパターンと対応するようにする。電極パターンはハ
ンダ等の低融点金属で覆っておく。積層型アクチュエー
タ素子１を構造母材６に載せて、接続電極２２ａ、２２
ｂが母材上の電極パターン６１ａ、６１ｂに当たるよう
に据え、加熱して圧着する。すると、低融点金属が融け
て電極パターンと接続電極が融合し、冷却と共にアクチ
ュエータ素子が構造母材上の定位置に固定される。同時
にアクチュエータ素子は電極パターンを介して駆動電源
と電気的に接続される。

【００４０】このように本発明の積層型アクチュエータ
素子は、従来必要であった余分な配線構造が著しく小型
化されるだけでなく、構造母材上の電極パターンに圧着
するだけで、構造母材に固定させると同時にアクチュエ
ータを駆動するための電気リードの配線を完成させるこ
とができ、工程の簡略化が図れる。また、駆動電圧は構
造母材の電極パターンから直接供給されてリード線がい
らないので、外部電極自体にリード線を接続する場合の
ように積層体の伸び縮みに伴う応力による電極の剥離の
心配がいらず、素子の信頼性が向上する。

【００４１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明により、従来
の積層型アクチュエータに不可欠だった配線のための付
帯領域を省くことができたために、極めて小型に形成で
きる圧電効果積層体の特性を生かした超小型積層型アク
チュエータ素子を提供することができるようになった。
本発明の積層型アクチュエータ素子およびそれを用いた
アクチュエータは、積層型圧電セラミックアクチュエー
タとして微小変位を高速・高精度で制御することがで
き、かつ低消費電力・高剛性・低発熱・低雑音等の特徴
を十分発揮するため、走査型トンネル顕微鏡用スキャナ
ーなどの微小変位制御や、光ファイバ・スプライサ、イ
ンパクト式ドットプリンタ等に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層型アクチュエータ素子の１実施例
を模式的に表す一部断面図である。

【図２】図１のアクチュエータ素子を構造母材に固定し
て形成するアクチュエータの側面図である。

【図３】本発明の積層型アクチュエータの製造工程の１
実施例の説明図である。

【図４】従来の小型積層型アクチュエータ素子の一部断
面図である。

【図５】図４の小型積層型アクチュエータ素子を構造母
材に固定した形態を表す図面である。

【符号の説明】

１ 積層型アクチュエータ素子 ２ 基板 ３ 構成体 ４ 積層体 ５ 外側電極部 ６ 構造母材 ２１ コンタクトホール ２２ 接続電極部 ４１ 圧電層 ４２ 層内電極層 ４３ 最下層電極層 ５１ 絶縁層 ５２ 導電層 ５３ コンタクトホール ６１ 電極パターン １００ マイクロアクチュエータ構造体 １０２ 絶縁層 １０３ 溝 １０４ 外部電極 １０６ 基板部分 １０８ 接続電極 １１０ 積層体 １１２ 電極層 １２０ 構造母材 １２２ 端子 １２４ リード線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−88419（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−299587（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 41/083 H01L 41/22

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料の薄膜からなる圧電層と導電材
   料の薄膜からなる層内電極層が交互に積層して積層体を
   成し、該層内電極層が交互にそれぞれ１層おきに接続さ
   れる少なくとも１対の外側電極層が該積層体の側面に形
   成された、圧電性もしくは電歪性を有する構造体を基板
   上に形成してなる積層型アクチュエータ素子であって、 該構造体下面の基板に接する部分に、相互に絶縁され前
   記外側電極とそれぞれ接続された少なくとも１対の底部
   電極層を有し、 前記基板の外側表面に、該基板に鑽孔したコンタクトホ
   ールを介して前記底部電極層とそれぞれ電気的に接続さ
   れた少なくとも１対の接続電極部を備える積層型アクチ
   ュエータ素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の積層型アクチュエータ素
   子の接続電極部を構造母材上のプリント配線部に固定し
   てなる積層型アクチュエータ。
3. 【請求項３】 絶縁基板の表面上に底部電極層となる少
   なくとも２個の互いに接触しない導電材料の薄膜を形成
   し、 該薄膜上に圧電材料の薄膜と導電材料の薄膜を交互に積
   層して積層体を形成し、 該積層体の側面に絶縁材料からなる少なくとも１対の絶
   縁膜を形成し、 該絶縁膜のそれぞれについて前記底部電極層の１個の位
   置と前記導電材料薄膜の相互に異なる１層おきの位置を
   鑽孔して該薄膜と底部電極層の端部を露出させ、 該鑽孔された絶縁膜上に導電材料からなる外側電極層を
   形成して前記１層おきの導電材料薄膜同士および前記底
   部電極層を電気的に接続させると共に、各対の外側電極
   層同士が互いに導通しないように構成し、 前記絶縁基板の裏面から前記底部電極層に達するコンタ
   クトホールを形成し、 前記絶縁基板の裏面の該コンタクトホールを含む部分に
   前記底部電極層と電気的に接続する導電膜を形成して接
   続電極部とすることを特徴とする積層型アクチュエータ
   素子の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の積層型アクチュエータ素
   子の製造方法であって、 前記絶縁基板が酸化物単結晶からなる電気絶縁材料であ
   り、 前記底部電極層および圧電材料の薄膜と導電材料の薄膜
   の積層をスパッタリングにより行い、 前記積層体側面の絶縁膜の鑽孔を集束イオンビーム加工
   によって行い、 前記絶縁基板裏面に穿つコンタクトホールをエッチング
   によって形成し、 前記底部電極層の導電膜を金属の蒸着により形成するこ
   とを特徴とする積層型アクチュエータ素子の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の積層型アクチュエータ素
   子の接続電極部を構造母材上のプリント配線部に圧着す
   ることにより、該構造母材のリードと接続することを特
   徴とする積層型アクチュエータの配線方法。