JP3427038B2

JP3427038B2 - 圧電装置の製造方法

Info

Publication number: JP3427038B2
Application number: JP2000096534A
Authority: JP
Inventors: 順也荘司
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2003-07-14
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001284676A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子機器等に用いら
れる圧電素子を搭載した圧電装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器として例えばコンパクトディス
クドライバーやハードディスクドライバーなどにおい
て、外から衝撃が加わった時に、磁気ヘッドを高速回転
中のディスクから遠ざける必要がある。このために磁気
ヘッドの位置決めアームやサスペンションに圧電素子を
搭載した圧電装置を接続し、外からの衝撃による振動を
電気信号として検出し制御することが一般的に行われて
いる。

【０００３】このような圧電装置は両主面に電極が設け
られた矩形状の圧電磁器基板を用い、アース電極をとる
ために、圧電磁器基板の一方主面に形成した電極に接着
剤を介してハードディスクドライバーの筐体やアーム、
サスペンションなどの金属部材に直接接続し、かつ、外
部配線基板の端子電極に、圧電磁器基板の他方主面に形
成した電極に、半田付けやワイヤボンディング等のリー
ド線を介して接続されている。

【０００４】従って、従来から、圧電磁器基板の両主面
に形成する電極として、信頼性の高い電極を製造する場
合には、耐酸化性、半田付け性、ワイヤボンディング性
などの観点から金メッキ層の電極が用いられてきた。こ
の時、金メッキ層の下地電極にはニッケル層が用いら
れ、電極の半田食われを防止している。

【０００５】このような構成の圧電磁器基板を金属部材
に接着剤を用いて接続する方法としては、フェノール系
やエポキシ系の加熱硬化型の接着剤を用いる方法と、ア
クリル系の嫌気性接着剤を用いる方法が用いられてきて
いる。

【０００６】ここで、加熱硬化型の接着剤は、加圧しな
がら、通常１５０〜１８０℃の乾燥機で３０〜６０分間
加熱処理しなければならず作業性が悪いのに対して、嫌
気性接着剤は室温状態で圧電素子を数１０秒間押しつけ
るだけで接着を完了させることができるため、嫌気性接
着剤が注目されてきている。

【０００７】しかしながら、嫌気性の接着を行うために
は被接着材である電極材や金属部材と嫌気性接着剤との
間に、銅や鉄などの嫌気性接着剤の反応開始剤が存在す
る必要がある。このような反応開始剤となるイオンが電
極材や金属部材の構成元素として用いられておらず、接
着界面に存在しないときは、通常の時間では十分な接着
強度を得ることができず、この場合はプライマーと呼ば
れる銅系のイオンを含んだ希釈液からなる反応開始剤を
接着界面に塗布する方法が採られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁気ヘ
ッドの位置決めアームやサスペンションに用いられる従
来の圧電磁器では、耐酸化性等の信頼性を高めるために
圧電基板の両面に、金メッキ層の電極を施したものが使
われているので、ワイヤーボンディング性、半田ぬれ性
は良好であるが、金属部品や、金属部材などに嫌気性接
着剤で圧電磁器を接着する場合は、金メッキ層表面への
接着性が悪く、プライマー等の反応開始剤が必要となっ
てくるものである。

【０００９】このためプライマー塗布工程が必要で、接
着工程の生産の効率が悪くなるだけでなく、プライマー
を用いた場合は部材の表面を汚染するため接着後洗浄工
程が必要になる等の、さらに生産効率が悪くなる問題が
ある。

【００１０】本発明は上記問題点を解決し、圧電素子の
電極へのワイヤーボンディング性、半田付け性が良好で
ありながら、プライマー処理無しで嫌気性接着を可能に
する圧電素子を搭載した圧電装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決する為の手段】本発明の圧電装置の製造方
法は、矩形状の圧電磁器基板の両主面に、ニッケル層
と、金メッキ層とからなる電極膜を形成すると共に、前
記ニッケル層の金メッキ層側表面に共相層を形成した圧
電素子を製造する工程と、該圧電素子の一方主面に形成
した前記電極膜と外部配線基板の電極とを接続させる工
程と、前記圧電素子の他方主面に形成した前記電極膜の
前記金メッキ層をエッチング処理により除去して前記ニ
ッケル層表面の共相層を露出させ、その表面に形成され
た凹凸を金属部材の表面に当接すると同時に、前記ニッ
ケル層の露出面に嫌気性の接着剤を直接接着させ、この
接着剤を介して前記ニッケル層を前記外部配線基板に接
続している前記金属部材に接着することにより前記ニッ
ケル層と前記金属部材とを電気的、かつ、機械的に接続
する工程とを有することを特徴とするものである。ま
た、本発明の圧電装置の製造方法は、前記金メッキ層の
エッチング処理が、カーボンを含有したシアン化カリウ
ム溶液を用いて行なわれ、このエッチング処理により露
出されたニッケル層の表面にガーボンが付着されている
ことを特徴とするものである。

【作用】本発明の製造方法によれば圧電素子の電極膜と
してニッケル層に金メッキ層を施すことにより、ニッケ
ル層の表面の結晶層が変化した共相層が形成され、これ
により、ニッケル層の表面を酸化させるのを阻止するも
のと考えられる。しかも、エッチング処理で用いるシア
ン化カリウム溶液内にカーボンが含有されているため、
エッチング処理により除去された際にニッケル層の表面
にカーボンが付着してニッケル層の表面が酸化するのを
阻止しているものと考える。

【００１２】従って、金メッキして表面の結晶層が変化
したニッケル層の表面に直接、嫌気性の接着剤を接着さ
せると、ニッケル層の表面は酸素が介在しずらいため嫌
気性の接着剤が圧電素子表面に強固に接着することがで
きるものである。しかも、圧電素子の一方主面の電極に
は金属メッキが施されているので、半田やワイヤボンデ
ィングを行うことができ、半田ぬれ性やワイヤボンディ
ング性を劣化させることもなく良好な接続をおこなうこ
とができるものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の圧電装置に搭載する
圧電素子を製造するときの工程図、図２は本発明の圧電
素子を外部配線基板と金属部材に接着した状況を示す図
である。

【００１４】本発明に用いる圧電装置１は圧電素子２の
一方主面に形成された導体膜に半田２０を介して外部配
線基板３の端子電極３１に接続され、圧電素子２の他方
主面に形成された導体膜に接着剤２１を介して金属部材
４に接続されてなる。

【００１５】以下、図１の製造ステップを用いて詳細に
説明する。まず、圧電素子２はジルコンチタン酸鉛やチ
タン酸鉛などからなる矩形状の圧電磁器基板２ａの両主
面に導体膜を形成する。導体膜は、まず、ニッケル、ク
ロム、銅などの金属を蒸着またはスパッタにより被着さ
せて下地電極２ｂ，２ｂを形成する（ステップａ）。こ
の場合、パラジウムなどの金属溶液を圧電磁器基板２ａ
の表面に塗布して焼き付けたものであっても良い。膜厚
は次の無電解ニッケルメッキが形成できる薄層でよい。
通常０．０１〜０．１μｍ程度である。

【００１６】この後、無電解ニッケルメッキによりニッ
ケル層２ｃ，２ｃを被着形成する（ステップｂ）。この
場合、厚み０．５〜５μｍの電極膜を形成する。大きな
膜厚を付けるときは電解メッキを併用する。なお、ニッ
ケル層２ｃの膜の均一性を上げる為ため、下地電極２ｂ
とニッケル層２ｃとの間に、蒸着又はスパッタリングに
よる銀電極膜を形成しても良い。

【００１７】引き続き無電解金メッキ層で、ニッケル層
２ｃ，２ｃ表面に金メッキ層を施す（ステップｃ）。こ
の場合、厚み０．０５〜０．５μｍの電極膜を表面に形
成する。金メッキ層の厚みは比較的薄く形成されるが、
これはメッキ層が厚いときは半田付けした際に、半田の
中の錫が金メッキ層に拡散して金属間化合物が形成さ
れ、接着部が脆くなり十分な半田接着強度が得られない
ためである。

【００１８】Ａｕめっき厚みについては０．０３μｍ以
下であれば、ニッケルメッキ面の耐酸化性に対する保護
性が不足し、半田濡れ性が低下する。この現象は、下地
のニッケル層２ｃ，２ｃが金表面にまで拡散するためワ
イヤボンディングや半田付けが困難になるとも考えられ
る。なお０．０３μｍ以下の時はその表面をドライエッ
チングすれば接続は可能になる。

【００１９】次に、圧電素子２ａの一方主面にレジスト
を塗布し（ステップｃ）、シアン化カリウム溶液に浸漬
して片側ＡＵエッチング処理を行う（ステップｅ）。な
お、エッチング処理を行うシアン化カリウム溶液として
はＫＣＮ、Ｋ₂ＣＯ₃、Ｎａ₃Ｃ₆Ｈ₅Ｏ₇、Ｃ₆Ｈ₈０₇、Ｋ₂
ＨＰＯ₄等の溶液から構成されている。このエッチング
処理により、レジスト塗布の無い面の金メッキ層は除去
される。

【００２０】次に、被覆したレジストを除去すると、一
方主面には金メッキ層、他方主面にはニッケル層２ｃが
露出した圧電素子２ができ上がる。このニッケル層２ｃ
上に嫌気性接着剤２１を塗布し、外部回路基板から電気
的に接続され、かつ、圧電素子２の表面を接着する金属
部材４に押しつける作業を行う。

【００２１】ここで、嫌気性の接着剤は一般的には酸素
を有しない状態で硬化させることができるものであり、
本発明ではニッケル層２ｃの表面が酸化していない場合
に強い接着強度を得ることができるものである。従っ
て、ニッケル層２ｃに金メッキ層を施すことにより、ニ
ッケル層２ｃの表面の結晶層が変化した共相層が形成さ
れて表面が酸化させるのが阻止し、しかも、エッチング
処理で用いるシアン化カリウム溶液内にカーボンが含有
されているため、エッチング処理により除去された際に
ニッケル層２ｃの表面にカーボンが付着して酸化するの
を阻止しているものと考えることから、接着剤と圧電素
子２との十分な接着強度を得ることができるものであ
る。

【００２２】この場合、２０〜３０秒間加圧保持するこ
とで、ニッケル層２ｃの表面の凹凸が金属部材４表面に
当接して電気的接続と嫌気性接着剤の硬化が始まり機械
的接続が同時にえることができる。

【００２３】なお、嫌気性の接着剤としては、アクリル
系の嫌気性接着剤が用いられ、例えば、ウレタンメタア
クリレート、メタアクリレートエステルの材料が用いら
れる。

【００２４】このような構成によって、別途、嫌気性接
着剤を硬化させるプライマー塗布工程が無くなり、また
接着後の洗浄も不要な接着工程が達成される。すなわち
圧電素子の接着面はプライマー工程なしでもプライマー
工程を有した同等の接着強度を達成するとともに、外部
配線基板の端子電極に接続する金メッキ層面はワイヤボ
ンディングやリード線の半田付けで信頼性の高い接続が
可能になる。

【００２５】なお、本発明では外部配線基板から接続さ
れた金属部材４に嫌気性の接着剤２１が接続することを
説明したが、これに限定されず、金属部材４は外部配線
基板の端子電極でも構わない。

【００２６】

【実施例】上述の作用効果を確認するために、以下の実
験を行った。圧電基板としてＰＺＴ磁器を用い、形状は
３０ミリ角、厚みは０．２ミリである。この基板に２９
ミリ角のマスクを重ね、スパッタリングによりニッケル
薄膜を形成する。膜厚は０．０５ミリである。この上に
無電解ニッケルメッキを１．０μｍの厚みで形成し、そ
の上に無電解金メッキ層をいくつか変化させたものを施
す。

【００２７】圧電基板の両主面電極間に５００ボルトの
直流電圧を印可して分極させる。この基板をダイシング
マシンで縦１．６ミリ横４．０ミリの小片に切り出した
ものを、ステンレス板にアクリル系の嫌気性接着剤で接
着した。

【００２８】こうして得られた圧電素子について、圧電
磁器の接着強度、半田濡れ性及び半田付け部の接着強度
の３項目について評価した。接着強度については、接着
面に平行に押圧して、接着層のせん断剥離強度を測定し
た。また半田濡れ性については、２３５℃の半田浴に２
秒間浸漬させ、半田濡れ面積を確認し、９５％以上半田
付着の場合を◎、９０〜９５％を○、それ以下を×とし
た。さらに、半田付け部の接着強度については、リード
線を半田付けし、引っ張り強度を測定した。

【００２９】なおワイヤボンディング性の評価はここで
は行っていない。これは半田ぬれ性に略対応してワイヤ
ボンディング性が決まるという経験則から省略したため
である。

【００３０】表１に各種試作結果の一覧表を示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】試料Ｎｏ．１〜３は金メッキ層の厚みを
０．１μｍとし、試料Ｎｏ．１は本発明の接着面の金メ
ッキ層を剥がししたもの、試料Ｎｏ．２は金メッキ層剥
がしの無いもの、試料Ｎｏ．３は接着面に最初からニッ
ケルメッキのみ形成したものが示される。

【００３３】資料Ｎｏ．１は、本発明に関わるもので、
接着強度が１４３Ｎ（ニュートン）と他の２つ試料の３
倍近い値を示している。即ち、Ｎｏ.２のように接着面
の電極が金メッキ層の電極で覆われている場合は、嫌気
性接着剤が金メッキ層の電極に接着しにくく接着強度が
出ない。また、Ｎｏ.３のように嫌気性接着剤の接着面
が金メッキ層の施されたことがないニッケル電極である
と、Ｎｏ.２のように最初から金電極で覆われている場
合と大差のない接着強度である。なお、Ｎｏ.１〜３の
何れの非接着面の金メッキ層面も同じように作られてい
るので半田濡れ性と半田接着強度はそれぞれ似たような
結果になった。

【００３４】次に、試料Ｎｏ．４〜７は金メッキ層厚み
を変えた試料に対する結果である。いずれも接着面の金
メッキ層を剥離したものである。嫌気性接着剤の接着強
度ではＮｏ．４〜７いずれも１４０Ｎ前後の高い接着強
度を示している。ただし、金メッキ層厚みは非接着面の
リード線接続性に影響している。即ち、試料Ｎｏ．４
は、金メッキ層厚みが０．０３μｍと小さな値の場合で
あるが、半田濡れ性はやや劣り、半田付け強度は低下し
た。金メッキ層厚みが０．０５、０．５μｍの試料Ｎ
ｏ．５、Ｎｏ．６では半田濡れ性、半田付け強度ともに
問題なかった。ところが金メッキ層厚みが１．０μｍの
試料Ｎｏ．７になると半田接着強度が低くなる傾向が見
られた。

【００３５】試料Ｎｏ．７で半田接着強度が低下したの
は、金メッキ層が厚くなると、半田の中の錫が金と合金
を作りもろくなって剥がれる現象が現れたものと考えら
れる。

【００３６】なお試料Ｎｏ．８は比較のために金メッキ
層を施していないニッケルメッキのみの試料に対する結
果である。接着強度はＮｏ．３に近い。半田濡れ性は非
常に悪く、半田付けもできなかった。

【００３７】以上の結果から、ニッケルメッキの上に形
成する金メッキ層の厚みは０．０５〜０．５μｍの範囲
が良好である。ここでは評価結果を示していないが、経
時変化を考慮すると最適範囲は０．０５〜０．１μmで
ある。

【００３８】試料No.１と試料Ｎｏ．３との比較から分
かるように、ニッケルメッキ後、片側の金メッキ層をエ
ッチングで剥離する事により、嫌気性接着剤に対してプ
ライマー処理と同等の触媒活性のある接着面が形成され
たことが分かる。

【００３９】ニッケルメッキの上に金メッキ層を膜厚み
０．０５〜０．５μｍ形成し、その後片側主面の金メッ
キ層膜をエッチングで剥離する方法により、プライマー
を用いる事なく金属部品及び金属部材に嫌気性接着剤で
接着が可能である。かつ、その接着強度が１３０Ｎ以上
と十分な値を持つとともに、金メッキ層膜の半田付け性
も十分で、リード線の半田付け強度が８Ｎ以上の十分な
強度が得られる事が分かる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、電極の表層にワイヤボ
ンディングや半田付けができる金メッキ層厚みをもった
圧電素子でありながら、接着面の金メッキ層膜をエッチ
ングで剥離することにより、プライマー等の活性剤を用
いる事なく嫌気性接着剤の接合強度に優れた信頼性の高
い圧電素子が搭載された圧電装置の製造方法を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電素子の製造工程を示す図である。

【図２】本発明の圧電素子を搭載した圧電装置の断面図
である。

【符号の説明】

１・・・圧電装置２・・・圧電素子３・・・外部配線基板４・・・金属部材

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】矩形状の圧電磁器基板の両主面に、ニッケ
ル層と、金メッキ層とからなる電極膜を形成すると共
に、前記ニッケル層の金メッキ層側表面に共相層を形成
した圧電素子を製造する工程と、該圧電素子の一方主面に形成した前記電極膜と外部配線
基板の電極とを接続させる工程と、前記圧電素子の他方主面に形成した前記電極膜の前記金
メッキ層をエッチング処理により除去して前記ニッケル
層表面の共相層を露出させ、その表面に形成された凹凸
を金属部材の表面に当接すると同時に、前記ニッケル層
の露出面に嫌気性の接着剤を直接接着させ、この接着剤
を介して前記ニッケル層を前記外部配線基板に接続して
いる前記金属部材に接着することにより前記ニッケル層
と前記金属部材とを電気的、かつ、機械的に接続する工
程とを有することを特徴とする圧電装置の製造方法。
【請求項２】前記金メッキ層のエッチング処理が、カー
ボンを含有したシアン化カリウム溶液を用いて行なわ
れ、このエッチング処理により露出されたニッケル層の
表面にガーボンが付着されていることを特徴とする請求
項１に記載の圧電装置の製造方法。