JP3515028B2 - マイクロアクチュエータおよびその製造方法 - Google Patents
マイクロアクチュエータおよびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロエクチュ
エータおよびその製造方法に関するものであり、より詳
しくは、一定の厚さを有する圧電体を基板上に形成した
後、エッチング法を用いて圧電体をパターニングするこ
とにより製造されたマイクロエクチュエータおよびその
製造方法に関するものである。
エータおよびその製造方法に関するものであり、より詳
しくは、一定の厚さを有する圧電体を基板上に形成した
後、エッチング法を用いて圧電体をパターニングするこ
とにより製造されたマイクロエクチュエータおよびその
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、マイクロアクチュエータは、基
板とチャンバからなる下部構造と、基板の上部に結合さ
れて電圧が印加されれば、機械的変形を起こす圧電体
と、圧電体に電圧を伝達する電極とからなる。
板とチャンバからなる下部構造と、基板の上部に結合さ
れて電圧が印加されれば、機械的変形を起こす圧電体
と、圧電体に電圧を伝達する電極とからなる。
【０００３】前記の構成を有するアクチュエータの圧電
体は電場が加えられると、ポーリング（poling：電気場
を加えれば圧電体に方向性が形成される）される性質が
ある。ポーリングされた圧電体の上段と下段に形成され
た上部電極と下部電極に電圧が印加されれば、電極の間
に位置した圧電体が変形と復元を繰り返しながら、振動
をしたり、機械的変形をするようになる。
体は電場が加えられると、ポーリング（poling：電気場
を加えれば圧電体に方向性が形成される）される性質が
ある。ポーリングされた圧電体の上段と下段に形成され
た上部電極と下部電極に電圧が印加されれば、電極の間
に位置した圧電体が変形と復元を繰り返しながら、振動
をしたり、機械的変形をするようになる。
【０００４】このように、アクチュエータは電場を加え
なければ作動しないので、アクチュエータを作動させる
ためには、アクチュエータに電圧および信号波形を持続
的に印加しなければならない。
なければ作動しないので、アクチュエータを作動させる
ためには、アクチュエータに電圧および信号波形を持続
的に印加しなければならない。
【０００５】マイクロアクチュエータを製造するため
に、従来には次のような方法を使用してきた。
に、従来には次のような方法を使用してきた。
【０００６】まず一番目の方法は、薄くて正確な大きさ
で予めパターニングされた基板の上部に下部電極を形成
して1200℃以上で焼成し、下部電極の上部に圧電体ペー
ストをスクリーン印刷法で成形して1000℃以上の高温で
焼成した後、圧電体の上部に上部電極を形成して約800
℃で焼成することによって、マイクロアクチュエータを
製造する方法である。
で予めパターニングされた基板の上部に下部電極を形成
して1200℃以上で焼成し、下部電極の上部に圧電体ペー
ストをスクリーン印刷法で成形して1000℃以上の高温で
焼成した後、圧電体の上部に上部電極を形成して約800
℃で焼成することによって、マイクロアクチュエータを
製造する方法である。
【０００７】二番目の方法としては、金属基板に別に成
形または作成した圧電体を第3の物質にて接着した後、
圧電体板を一定の大きさで機械加工して希望する数量だ
けのアクチュエータを構成したり、金属基板上に1個の
アクチュエータに適する大きさで加工された圧電体を接
着してアクチュエータを構成したりする方法である。
形または作成した圧電体を第3の物質にて接着した後、
圧電体板を一定の大きさで機械加工して希望する数量だ
けのアクチュエータを構成したり、金属基板上に1個の
アクチュエータに適する大きさで加工された圧電体を接
着してアクチュエータを構成したりする方法である。
【０００８】このような方法によって製造されたマイク
ロアクチュエータは、側面が垂直形態の断面構造を有す
るので、圧電体の上部にのみ上部電極が形成され得る。
ロアクチュエータは、側面が垂直形態の断面構造を有す
るので、圧電体の上部にのみ上部電極が形成され得る。
【０００９】前記の方法によって製造されたアクチュエ
ータに電圧および信号波形を印加させるためには、電圧
および信号波形を形成する回路からアクチュエータを構
成している上部電極の間に電圧および信号波形を印加す
る線である電圧印加線（Input Line）を連結しなければ
ならない。
ータに電圧および信号波形を印加させるためには、電圧
および信号波形を形成する回路からアクチュエータを構
成している上部電極の間に電圧および信号波形を印加す
る線である電圧印加線（Input Line）を連結しなければ
ならない。
【００１０】アクチュエータの上部電極と電圧および信
号波形を印加する電圧印加線を連結する方法として、従
来にはワイヤーボンディング（Wire Bonding）を用いる
方法や上部電極に電圧印加線を直接連結する方法を使用
してきた。
号波形を印加する電圧印加線を連結する方法として、従
来にはワイヤーボンディング（Wire Bonding）を用いる
方法や上部電極に電圧印加線を直接連結する方法を使用
してきた。
【００１１】ワイヤボンディングを用いてアクチュエー
タの上部電極と電圧印加線を連結する方法は、ワイヤを
結合するためのパッドを上部電極と基板の絶縁層に別に
形成しなければならず、さらに各パッドにワイヤーを結
合しなければならないので、工程が複雑となり、生産性
が低下する問題点がある。また、プリントヘッドとカー
トリッジを連結するとき、露出されるワイヤが障碍さ
れ、ワイヤが切れやすくなるので、品質の信頼性と耐久
性が低いという問題点がある。
タの上部電極と電圧印加線を連結する方法は、ワイヤを
結合するためのパッドを上部電極と基板の絶縁層に別に
形成しなければならず、さらに各パッドにワイヤーを結
合しなければならないので、工程が複雑となり、生産性
が低下する問題点がある。また、プリントヘッドとカー
トリッジを連結するとき、露出されるワイヤが障碍さ
れ、ワイヤが切れやすくなるので、品質の信頼性と耐久
性が低いという問題点がある。
【００１２】アクチュエータの上部電極と電圧印加線を
直接連結する方法は、絶縁層やパッドの形成する必要が
なく、直接上部電極と電圧印加線とを連結するので、電
圧とアクチュエータを連結する工程が簡単であるという
長所がある。しかし、電圧印加線と上部電極を連結する
ときに加えられる圧力及び熱量をアクチュエータの圧電
体が直接受けるので、圧電体が変質する等の製品が損傷
されやすいという問題点がある。
直接連結する方法は、絶縁層やパッドの形成する必要が
なく、直接上部電極と電圧印加線とを連結するので、電
圧とアクチュエータを連結する工程が簡単であるという
長所がある。しかし、電圧印加線と上部電極を連結する
ときに加えられる圧力及び熱量をアクチュエータの圧電
体が直接受けるので、圧電体が変質する等の製品が損傷
されやすいという問題点がある。
【００１３】さらに、アクチュエータの上部電極に電圧
印加線が直接連結されるため、上部電極に電圧が印加さ
れ、その電圧印加によってアクチュエータが作動をする
場合、アクチュエータの変位に影響を与えるという問題
点がある。
印加線が直接連結されるため、上部電極に電圧が印加さ
れ、その電圧印加によってアクチュエータが作動をする
場合、アクチュエータの変位に影響を与えるという問題
点がある。
【００１４】また、アクチュエーティングするアクチュ
エータのセル数が増加するようになると前記のような従
来の方法では、その生産性が低くなり、完成される製品
の品質が低下するという問題点がある。
エータのセル数が増加するようになると前記のような従
来の方法では、その生産性が低くなり、完成される製品
の品質が低下するという問題点がある。
【００１５】したがって、本出願人は基板の上部に一定
の厚さを有する圧電体を付着した後、圧電体をエッチン
グして希望する圧電体を形成することによって、マイク
ロアクチュエータを製造する方法を開示するものであ
る。
の厚さを有する圧電体を付着した後、圧電体をエッチン
グして希望する圧電体を形成することによって、マイク
ロアクチュエータを製造する方法を開示するものであ
る。
【００１６】図1は、エッチング法によって圧電体を成
形する一方法の工程を模式的に示した図である。
形する一方法の工程を模式的に示した図である。
【００１７】まず金属基板10を形成し、形成された基板
10上に圧電体14を形成する。金属基板10上に形成された
圧電体14をパターニングした後、エッチングする。所定
のパターンでエッチングした圧電体14上に上部電極16を
形成する。
10上に圧電体14を形成する。金属基板10上に形成された
圧電体14をパターニングした後、エッチングする。所定
のパターンでエッチングした圧電体14上に上部電極16を
形成する。
【００１８】図2は、エッチング法によって圧電体を成
形する他の方法の工程を模式的に示した図である。
形する他の方法の工程を模式的に示した図である。
【００１９】まず基板20を形成し、形成された基板20上
に下部電極22を形成する。形成された下部電極22上に圧
電体24を形成する。基板20上に形成された圧電体24をパ
ターニングした後、エッチングする。所定のパターンで
エッチングした圧電体24上に上部電極26を形成する。
に下部電極22を形成する。形成された下部電極22上に圧
電体24を形成する。基板20上に形成された圧電体24をパ
ターニングした後、エッチングする。所定のパターンで
エッチングした圧電体24上に上部電極26を形成する。
【００２０】前記のようにエッチング法を用いてマイク
ロアクチュエータを製造する場合には、圧電体の側面が
垂直断面形態ではなく、傾斜した形態を有するようにな
る。したがって、圧電体に上部電極を形成するとき、圧
電体に上部だけでなく圧電体の側面にも上部電極を形成
することができ、圧電体の上部に形成された上部電極を
基板まで延長することができる。
ロアクチュエータを製造する場合には、圧電体の側面が
垂直断面形態ではなく、傾斜した形態を有するようにな
る。したがって、圧電体に上部電極を形成するとき、圧
電体に上部だけでなく圧電体の側面にも上部電極を形成
することができ、圧電体の上部に形成された上部電極を
基板まで延長することができる。
【００２１】このように、側面にも上部電極を形成する
場合には、側面に延長された上部電極に電圧印加線を連
結することができ、アクチュエータと電圧印加線の連結
が容易になる。
場合には、側面に延長された上部電極に電圧印加線を連
結することができ、アクチュエータと電圧印加線の連結
が容易になる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電体
を一般的なパターンでパターニングした後、エッチング
する場合には、エッチングされた圧電体の側面の傾斜度
が均一ではなく、特に圧電体の上部に近い側面が傾斜の
急な形態で形成され、鋭いエッジ（edge）を有するよう
になる。
を一般的なパターンでパターニングした後、エッチング
する場合には、エッチングされた圧電体の側面の傾斜度
が均一ではなく、特に圧電体の上部に近い側面が傾斜の
急な形態で形成され、鋭いエッジ（edge）を有するよう
になる。
【００２３】このように、傾斜が急な圧電体の側面上部
には、上部電極が形成され難いので、図3に示したよう
に段落が生じ、上部電極が圧電体の上部から基板へ延長
されにくいという問題点がある。
には、上部電極が形成され難いので、図3に示したよう
に段落が生じ、上部電極が圧電体の上部から基板へ延長
されにくいという問題点がある。
【００２４】すなわち、前記の問題点を解決すべく、本
発明は、圧電体の側面中、上部電極の延長が必要な部分
に溝を形成してエッチングすることによって、圧電体の
高さを次第に低くして上部電極から基板に至るなだらか
な曲線を有するマイクロアクチュエータを提供すること
をその目的とする。
発明は、圧電体の側面中、上部電極の延長が必要な部分
に溝を形成してエッチングすることによって、圧電体の
高さを次第に低くして上部電極から基板に至るなだらか
な曲線を有するマイクロアクチュエータを提供すること
をその目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、基板と、電圧および信号を印加するた
めの電圧印加線と、前記基板の上部に形成された下部電
極と、前記下部電極の上部に形成される圧電体と、前記
圧電体の上部から前記圧電体の側面まで形成され、前記
電圧印加線に連結される上部電極とを備えており、また
前記圧電体は前記電圧印加線と連結される方にいくほど
幅が広くなり深さが深くなる溝が形成されてからエッチ
ングされることにより、前記圧電体に傾斜側面が形成さ
れ上部電極と電圧印加線との連結が向上されることを特
徴とするマイクロアクチュエータにその特徴がある。
めに、本発明は、基板と、電圧および信号を印加するた
めの電圧印加線と、前記基板の上部に形成された下部電
極と、前記下部電極の上部に形成される圧電体と、前記
圧電体の上部から前記圧電体の側面まで形成され、前記
電圧印加線に連結される上部電極とを備えており、また
前記圧電体は前記電圧印加線と連結される方にいくほど
幅が広くなり深さが深くなる溝が形成されてからエッチ
ングされることにより、前記圧電体に傾斜側面が形成さ
れ上部電極と電圧印加線との連結が向上されることを特
徴とするマイクロアクチュエータにその特徴がある。
【００２６】さらに、本発明は、下部電極の役割がある
金属基板と、電圧および信号を印加するための電圧印加
線と、前記金属基板の上部に形成される圧電体と、前記
圧電体の上部から前記圧電体の側面まで形成され、前記
電圧印加線に連結される上部電極とを備えており、また
前記圧電体は前記電圧印加線と連結される方にいくほど
幅が広くなり深さが深くなる溝が形成されてからエッチ
ングされることにより、前記圧電体に傾斜側面が形成さ
れ、上部電極と電圧印加線との連結が向上されることを
特徴とするマイクロアクチュエータにその特徴がある。
金属基板と、電圧および信号を印加するための電圧印加
線と、前記金属基板の上部に形成される圧電体と、前記
圧電体の上部から前記圧電体の側面まで形成され、前記
電圧印加線に連結される上部電極とを備えており、また
前記圧電体は前記電圧印加線と連結される方にいくほど
幅が広くなり深さが深くなる溝が形成されてからエッチ
ングされることにより、前記圧電体に傾斜側面が形成さ
れ、上部電極と電圧印加線との連結が向上されることを
特徴とするマイクロアクチュエータにその特徴がある。
【００２７】また、本発明は基板を提供するステップ
と、前記基板の上部に下部電極を形成するステップと、
前記下部電極の上部に圧電体を形成するステップと、前
記圧電体中、前記電圧印加線と連結される方にいくほど
幅が広くなり深さが深くなる溝が形成されてからエッチ
ングされることにより、前記圧電体に傾斜側面を形成す
るステップと、前記エッチングされた圧電体の上部から
上記圧電体の傾斜側面まで上部電極を形成するステップ
と、前記上部電極と電圧印加線を連結するステップを含
み、上部電極と電圧印加線との連結を向上させることを
特徴とするマイクロアクチュエータの製造方法にその目
的がある。
と、前記基板の上部に下部電極を形成するステップと、
前記下部電極の上部に圧電体を形成するステップと、前
記圧電体中、前記電圧印加線と連結される方にいくほど
幅が広くなり深さが深くなる溝が形成されてからエッチ
ングされることにより、前記圧電体に傾斜側面を形成す
るステップと、前記エッチングされた圧電体の上部から
上記圧電体の傾斜側面まで上部電極を形成するステップ
と、前記上部電極と電圧印加線を連結するステップを含
み、上部電極と電圧印加線との連結を向上させることを
特徴とするマイクロアクチュエータの製造方法にその目
的がある。
【００２８】そして、本発明は、下部電極の役割がある
金属基板を提供するステップと、前記金属基板の上部に
圧電体を形成するステップと、前記圧電体中、前記電圧
印加線と連結される方にいくほど幅が広くなり深さが深
くなる溝が形成されてからエッチングされることによ
り、前記圧電体に傾斜側面を形成するステップと、前記
エッチングされた圧電体の上部から上記圧電体の傾斜側
面まで上部電極を形成するステップと、前記上部電極と
電圧印加線を連結するステップを含み、上部電極と電圧
印加線との連結を向上させることを特徴とするマイクロ
アクチュエータの製造方法にその特徴がある。
金属基板を提供するステップと、前記金属基板の上部に
圧電体を形成するステップと、前記圧電体中、前記電圧
印加線と連結される方にいくほど幅が広くなり深さが深
くなる溝が形成されてからエッチングされることによ
り、前記圧電体に傾斜側面を形成するステップと、前記
エッチングされた圧電体の上部から上記圧電体の傾斜側
面まで上部電極を形成するステップと、前記上部電極と
電圧印加線を連結するステップを含み、上部電極と電圧
印加線との連結を向上させることを特徴とするマイクロ
アクチュエータの製造方法にその特徴がある。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【００３０】マイクロアクチュエータの基板としては、
金属薄板またはセラミックス薄板を使用するのが好まし
い。
金属薄板またはセラミックス薄板を使用するのが好まし
い。
【００３１】金属薄板としては、ニッケル（Ni）、銅
（Cu）、クロム（Cr）あるいは鉄（Fe）を主要成分とす
る金属薄板またはこれらの合金からなる金属薄板を使用
するのが好ましい。
（Cu）、クロム（Cr）あるいは鉄（Fe）を主要成分とす
る金属薄板またはこれらの合金からなる金属薄板を使用
するのが好ましい。
【００３２】このとき、基板として使用される金属薄板
の厚さは、3〜200μmにするのが好ましい。
の厚さは、3〜200μmにするのが好ましい。
【００３３】このような金属薄板は、部分的に湿式エッ
チングするか、プレス加工するか、電鋳（Electroformi
ng）して全体薄板中、必要な部分に基板形態を作ること
ができる。
チングするか、プレス加工するか、電鋳（Electroformi
ng）して全体薄板中、必要な部分に基板形態を作ること
ができる。
【００３４】セラミックス薄板としては、多様なものが
使用できるが、代表的には酸化ジルコニウム（ZrO2）、
酸化アルミニウム（Al2O3）、二酸化珪素（SiO2）など
を使用する。
使用できるが、代表的には酸化ジルコニウム（ZrO2）、
酸化アルミニウム（Al2O3）、二酸化珪素（SiO2）など
を使用する。
【００３５】前記の酸化物粉末を含有したスラリーをグ
リーンシート（green sheet）形態に作った後、焼結す
るか、スラリー（slurry）状態で必要な基板状態に作っ
た後、焼結することによって基板として使用されるセラ
ミックス薄板を製造する。
リーンシート（green sheet）形態に作った後、焼結す
るか、スラリー（slurry）状態で必要な基板状態に作っ
た後、焼結することによって基板として使用されるセラ
ミックス薄板を製造する。
【００３６】基板として使用されるセラミックス薄板の
場合、厚さを5〜300μmにするのが好ましい。
場合、厚さを5〜300μmにするのが好ましい。
【００３７】金属薄板を基板として使用する場合には、
その自体が導伝性があって下部電極の役割ができるの
で、必ずしも下部電極を形成する必要はない。
その自体が導伝性があって下部電極の役割ができるの
で、必ずしも下部電極を形成する必要はない。
【００３８】しかし、セラミックス薄板を基板として使
用する場合には、その自体には導電性がないので、必ず
基板の上部に下部電極を成形しなければならない。
用する場合には、その自体には導電性がないので、必ず
基板の上部に下部電極を成形しなければならない。
【００３９】下部電極としては、白金（Pt）、銀（A
g）、銀／パラジウム（Ag/Pd）の合金、ニッケル（N
i）、銅（Cu）中から、適宜選択して使用するのが好ま
しい。このとき、下部電極の厚さは20μm以下に形成す
るのが好ましい。
g）、銀／パラジウム（Ag/Pd）の合金、ニッケル（N
i）、銅（Cu）中から、適宜選択して使用するのが好ま
しい。このとき、下部電極の厚さは20μm以下に形成す
るのが好ましい。
【００４０】以後に説明される圧電体をエッチングし、
上部電極を基板まで形成するステップで下部電極が露出
されていれば、下部電極と上部電極が重なる問題点があ
る。したがって上部電極が形成される基板部分に下部電
極が露出されないようにパターニングし、下部電極を形
成するか、圧電体をエッチングした後、上部電極が形成
される基板部分に露出された下部電極上に絶縁層を塗布
し、下部電極と上部電極が接触しないようにしなければ
ならない。
上部電極を基板まで形成するステップで下部電極が露出
されていれば、下部電極と上部電極が重なる問題点があ
る。したがって上部電極が形成される基板部分に下部電
極が露出されないようにパターニングし、下部電極を形
成するか、圧電体をエッチングした後、上部電極が形成
される基板部分に露出された下部電極上に絶縁層を塗布
し、下部電極と上部電極が接触しないようにしなければ
ならない。
【００４１】圧電体の原料としては、セラミックスを使
用し、圧電体の原料として使用されるセラミックス中、
代表的なものとしては、PZT、PLZT、チタン酸バリウム
（BaTiO3）、チタン酸鉛（PbTiO3）などがある。
用し、圧電体の原料として使用されるセラミックス中、
代表的なものとしては、PZT、PLZT、チタン酸バリウム
（BaTiO3）、チタン酸鉛（PbTiO3）などがある。
【００４２】圧電体は20〜300μmの厚さを有する薄い板
形態で形成するのが好ましい。
形態で形成するのが好ましい。
【００４３】製造された圧電体を金属基板または下部電
極が形成された基板上に形成する。このとき、圧電体が
優れたアクチュエーティング特性を有するようにするた
めには、基板または下部電極と圧電体を相互に堅固に付
着しなければならない。
極が形成された基板上に形成する。このとき、圧電体が
優れたアクチュエーティング特性を有するようにするた
めには、基板または下部電極と圧電体を相互に堅固に付
着しなければならない。
【００４４】圧電体を基板に形成するための方法として
は、基板上に圧電体を直接成形するか、別に成形された
圧電体を基板上に付着するあらゆる方法を使用すること
ができる。
は、基板上に圧電体を直接成形するか、別に成形された
圧電体を基板上に付着するあらゆる方法を使用すること
ができる。
【００４５】基板上に圧電体を直接成形する方法として
は、スクリーン印刷法などの方法を使用することがで
き、基板上に別に成形された圧電体を付着する方法とし
ては、接着剤を使用して付着する方法、メタライジング
（metalizing）工程を使用して付着する方法などを使用
することができる。
は、スクリーン印刷法などの方法を使用することがで
き、基板上に別に成形された圧電体を付着する方法とし
ては、接着剤を使用して付着する方法、メタライジング
（metalizing）工程を使用して付着する方法などを使用
することができる。
【００４６】別に成形された圧電体を基板に付着させる
ために接着剤を使用する場合には、基板または圧電体に
ペースト状態の接着剤を塗布した後、基板と圧電体を接
着する。
ために接着剤を使用する場合には、基板または圧電体に
ペースト状態の接着剤を塗布した後、基板と圧電体を接
着する。
【００４７】このとき、接着剤は基板の全面に塗布する
こともでき、基板や圧電体薄膜の必要な部分にのみ塗布
することもできる。
こともでき、基板や圧電体薄膜の必要な部分にのみ塗布
することもできる。
【００４８】接着剤を基板の全面に塗布する場合には、
基板の全面に塗布された接着剤が圧電体をエッチングす
るときに基板を保護する保護膜の役割をすることができ
る。
基板の全面に塗布された接着剤が圧電体をエッチングす
るときに基板を保護する保護膜の役割をすることができ
る。
【００４９】別に成形された圧電体を基板に付着するた
めのさらに異なる方法であるメタライジング工程は、圧
電体の一面に金属を塗布し、この圧電体面と異なる金属
板の間に第3の物質を媒介体にしてロウ付け（brazing）
で接合する工程である。
めのさらに異なる方法であるメタライジング工程は、圧
電体の一面に金属を塗布し、この圧電体面と異なる金属
板の間に第3の物質を媒介体にしてロウ付け（brazing）
で接合する工程である。
【００５０】メタライジング工程を使用して圧電体と基
板を付着させる方法は、接着剤を使用して圧電体と基板
を付着する方法より極めて堅固に圧電体を基板に固定さ
せることができ、製造されたアクチュエータのコンプラ
イアンス（compliance）を低めてアクチュエータ特性を
向上させることができる。
板を付着させる方法は、接着剤を使用して圧電体と基板
を付着する方法より極めて堅固に圧電体を基板に固定さ
せることができ、製造されたアクチュエータのコンプラ
イアンス（compliance）を低めてアクチュエータ特性を
向上させることができる。
【００５１】基板上に圧電体を形成した後、圧電体をエ
ッチングしようとするパターンでパターニングする。
ッチングしようとするパターンでパターニングする。
【００５２】圧電体をパターニングする方法としては、
シャドーマスク（Shadow mask）を使用してマスキング
する方法またはフォトレジスト（Photo resister）を塗
布した後、フォトリソグラフィー（Photolithography）
によってフォトレジストをパターニングする方法などを
使用する。
シャドーマスク（Shadow mask）を使用してマスキング
する方法またはフォトレジスト（Photo resister）を塗
布した後、フォトリソグラフィー（Photolithography）
によってフォトレジストをパターニングする方法などを
使用する。
【００５３】このように圧電体をエッチングするための
パターンを形成するにおいて、以前の方法では長方形の
一定のパターンでパターニングをしたが、本発明では長
方形の一定のパターンでパターニングされた圧電体中、
電圧印加線と連結された方に溝を形成する。溝は電圧印
加線と連結される方に幅が広い部分と幅が狭い部分を連
続的に有しながら、電圧印加線と連結される圧電体の側
面へ行くほど幅が広くなるパターンで形成する。
パターンを形成するにおいて、以前の方法では長方形の
一定のパターンでパターニングをしたが、本発明では長
方形の一定のパターンでパターニングされた圧電体中、
電圧印加線と連結された方に溝を形成する。溝は電圧印
加線と連結される方に幅が広い部分と幅が狭い部分を連
続的に有しながら、電圧印加線と連結される圧電体の側
面へ行くほど幅が広くなるパターンで形成する。
【００５４】圧電体の厚さをT、溝の下辺幅、すなわち
電圧印加線と連結される圧電体の側面での幅をW、溝の
高さ、すなわち圧電体によって側方に延長される溝の長
さをHとするとき、溝の幅（W）および高さ（H）は、以
下の範囲内に設定するのが好ましい。 T/20<W<10T T/5<H<100T
電圧印加線と連結される圧電体の側面での幅をW、溝の
高さ、すなわち圧電体によって側方に延長される溝の長
さをHとするとき、溝の幅（W）および高さ（H）は、以
下の範囲内に設定するのが好ましい。 T/20<W<10T T/5<H<100T
【００５５】さらに、前記のような溝を2個以上形成す
ることもできる。前記溝を2個以上形成する場合には、
圧電体と電圧印加線間の連結の自由度がより高まる。
ることもできる。前記溝を2個以上形成する場合には、
圧電体と電圧印加線間の連結の自由度がより高まる。
【００５６】前記のような方法でパターニングされた圧
電体をエッチングする。パターニングされた圧電体をエ
ッチングする場合、エッチングされる幅が広い部分では
持続的にエッチングされるので、エッチングされる深さ
が深くて傾斜が急であり、自己制御反応によってエッチ
ングが停止する自己抑制（self-restriction）反応が遅
く表れる。反面、エッチングされる幅が狭い部分は、自
己抑制反応が素早く起こり、ある程度エッチングされれ
ば、それ以上エッチングが起こらなくなる。
電体をエッチングする。パターニングされた圧電体をエ
ッチングする場合、エッチングされる幅が広い部分では
持続的にエッチングされるので、エッチングされる深さ
が深くて傾斜が急であり、自己制御反応によってエッチ
ングが停止する自己抑制（self-restriction）反応が遅
く表れる。反面、エッチングされる幅が狭い部分は、自
己抑制反応が素早く起こり、ある程度エッチングされれ
ば、それ以上エッチングが起こらなくなる。
【００５７】前記のように溝部位で幅が狭い部分は、幅
が広い部分に比べてエッチング幅が狭いため、自己抑制
反応が先に起こり、圧電体の側面へ行きながら、幅が広
くなってエッチング幅が広くなるので、自己抑制反応が
遅く起こる。したがって、圧電体の上部面で基板に至る
曲線が緩慢になる。
が広い部分に比べてエッチング幅が狭いため、自己抑制
反応が先に起こり、圧電体の側面へ行きながら、幅が広
くなってエッチング幅が広くなるので、自己抑制反応が
遅く起こる。したがって、圧電体の上部面で基板に至る
曲線が緩慢になる。
【００５８】図12は、圧電体の厚さ（T）が50μm未満の
場合、圧電体の厚さ（T）と溝の下辺幅（W）の関係によ
るエッチング時間（t）とエッチング深さ（D）の関係を
示したグラフである。
場合、圧電体の厚さ（T）と溝の下辺幅（W）の関係によ
るエッチング時間（t）とエッチング深さ（D）の関係を
示したグラフである。
【００５９】図12のグラフから、溝の下辺幅（W）が大
きくなるほど、エッチングスピードが速くてエッチング
深さが深くなることがわかる。
きくなるほど、エッチングスピードが速くてエッチング
深さが深くなることがわかる。
【００６０】前記のように、エッチングされた圧電体の
上部には、一定のパターンで上部電極を形成する。
上部には、一定のパターンで上部電極を形成する。
【００６１】上部電極としては、一般的に銀（Ag）、ア
ルミニウム（Al）、金（Au）、白金（Pt）などを使用
し、電極を形成する方法としては、シャドーマスクを用
いてマスキングした後、真空蒸着をするか、スクリーン
印刷する方法などを使用する。
ルミニウム（Al）、金（Au）、白金（Pt）などを使用
し、電極を形成する方法としては、シャドーマスクを用
いてマスキングした後、真空蒸着をするか、スクリーン
印刷する方法などを使用する。
【００６２】従来では、圧電体の上部面にのみ上部電極
を形成し、上部電極と電圧印加線を連結してアクチュエ
ータに電圧および信号を印加したが、本発明では、上部
電極を圧電体の上部面から延長して側面を経て基板に至
るように形成する。
を形成し、上部電極と電圧印加線を連結してアクチュエ
ータに電圧および信号を印加したが、本発明では、上部
電極を圧電体の上部面から延長して側面を経て基板に至
るように形成する。
【００６３】圧電体の上部面から圧電体の側面を経て基
板に至るように形成された上部電極を電圧印加線と連結
し、上部電極に電圧および信号が印加されることができ
るようにする。連結された電圧印加線によって上部電極
に電圧および信号が印加されれば、それによってアクチ
ュエータがアクチュエーティングをするようになる。
板に至るように形成された上部電極を電圧印加線と連結
し、上部電極に電圧および信号が印加されることができ
るようにする。連結された電圧印加線によって上部電極
に電圧および信号が印加されれば、それによってアクチ
ュエータがアクチュエーティングをするようになる。
【００６４】図4は、本発明の方法によって圧電体の一
方に三角形の溝を形成してエッチングした場合の一実施
例を示した平面図である。図5は、図4のA-A′部分の断
面を示した断面図であり、図6は、図4のB-B′部分の断
面を示した断面図であって、図7は、図4のC-C′部分の
断面を示した断面図であり、図8は、D-D′部分の断面を
示した断面図である。前記図5〜図8で三角形の溝が形成
された部分は、圧電体の傾斜が緩慢であることが分か
る。
方に三角形の溝を形成してエッチングした場合の一実施
例を示した平面図である。図5は、図4のA-A′部分の断
面を示した断面図であり、図6は、図4のB-B′部分の断
面を示した断面図であって、図7は、図4のC-C′部分の
断面を示した断面図であり、図8は、D-D′部分の断面を
示した断面図である。前記図5〜図8で三角形の溝が形成
された部分は、圧電体の傾斜が緩慢であることが分か
る。
【００６５】図9および図10は、本発明によって圧電体
の一方に他の形態の溝を形成してエッチングする場合の
実施例を示した図である。さらに、図11は本発明による
圧電体中、電圧印加線と連結される方に2個の溝を形成
した場合の実施例を示した図である。
の一方に他の形態の溝を形成してエッチングする場合の
実施例を示した図である。さらに、図11は本発明による
圧電体中、電圧印加線と連結される方に2個の溝を形成
した場合の実施例を示した図である。
【００６６】
【発明の効果】前述したように、本発明によれば、エッ
チングによって形成される圧電体の側面が上面から基板
に至るなだらかな曲線形態を有するようになるので、上
部電極を圧電体の上面から側面を経て基板へ延長させる
ことができ、上部電極を基板まで延長させることによっ
て圧電体と電圧印加線間の連結の自由度が高まる効果が
ある。
チングによって形成される圧電体の側面が上面から基板
に至るなだらかな曲線形態を有するようになるので、上
部電極を圧電体の上面から側面を経て基板へ延長させる
ことができ、上部電極を基板まで延長させることによっ
て圧電体と電圧印加線間の連結の自由度が高まる効果が
ある。
【００６７】さらに、本発明の方法は従来の方法に比べ
て工程が簡単で、かつ信頼性の高い効果がある。
て工程が簡単で、かつ信頼性の高い効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エッチング法を用いたマイクロアクチュエー
タの製造工程の一実施例を模式的に示した工程図であ
る。
タの製造工程の一実施例を模式的に示した工程図であ
る。
【図２】 エッチング法を用いたマイクロアクチュエー
タ製造工程の他の実施例を模式的に示した工程図であ
る。
タ製造工程の他の実施例を模式的に示した工程図であ
る。
【図３】 図1のE部分を拡大して示した拡大図である。
【図４】 本発明により溝を形成してエッチングした場
合の一実施例を示した平面図である。
合の一実施例を示した平面図である。
【図５】 図4のA-A′部分の断面を示した断面図であ
る。
る。
【図６】 図4のB-B′部分の断面を示した断面図であ
る。
る。
【図７】 図4のC-C′部分の断面を示した断面図であ
る。
る。
【図８】 図4のD-D′部分の断面を示した断面図であ
る。
る。
【図９】 本発明により溝を形成してエッチングした場
合の他の実施例を示した平面図である。
合の他の実施例を示した平面図である。
【図１０】 本発明により溝を形成してエッチングした
場合のさらに他の実施例を示した平面図である。
場合のさらに他の実施例を示した平面図である。
【図１１】 本発明により圧電体中、電圧印加線と連結
される方に2個の溝を形成した場合の実施例を示した平
面図である。
される方に2個の溝を形成した場合の実施例を示した平
面図である。
【図１２】 圧電体の厚さ（T）と溝の下辺幅（W）の関
係によるエッチング時間（t）とエッチング深さ（D）の
関係を示したグラフである。
係によるエッチング時間（t）とエッチング深さ（D）の
関係を示したグラフである。
10、20 金属基板
14、24 圧電体
16、26 上部電極
22 下部電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 41/09 Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｚ
41/22
(56)参考文献 特開 昭61−127217（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−86366（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−277754（ＪＰ，Ａ)
特開2000−85124（ＪＰ，Ａ)
特開2000−211137（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B41J 2/045
B41J 2/055
B41J 2/16
B81C 1/00
H01L 21/306
H01L 41/09
H01L 41/22
Claims (22)
- 【請求項１】基板と、電圧および信号を印加するための
電圧印加線と、前記基板の上部に形成された下部電極
と、前記下部電極の上部に形成される圧電体と、前記圧
電体の上部から前記圧電体の側面まで形成され、前記電
圧印加線に連結される上部電極とを備えており、また前
記圧電体は前記電圧印加線と連結される方にいくほど幅
が広くなり深さが深くなる溝が形成されてからエッチン
グされることにより、前記圧電体に傾斜側面が形成され
上部電極と電圧印加線との連結が向上されることを特徴
とするマイクロアクチュエータ。 - 【請求項２】圧電体の厚さをT、溝の下辺幅、すなわち
電圧印加線と連結される圧電体の側面での幅をW、溝の
高さ、すなわち圧電体によって側方に延長される溝の長
さをHとするとき、溝の幅（W）および高さ（H）が、T/2
0<W<10T，T/5<H<100Tに設定されることを特徴とする請
求項1に記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項３】前記基板はセラミックスであることを特徴
とする請求項1に記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項４】前記下部電極は、前記上部電極が形成され
る基板部分に露出されないように形成されたことを特徴
とする請求項1に記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項５】前記圧電体がエッチングされた後、露出さ
れる前記下部電極上に形成された絶縁層をさらに含むこ
とを特徴とする請求項1に記載のマイクロアクチュエー
タ。 - 【請求項６】前記溝が2個以上形成されたことを特徴と
する請求項1に記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項７】下部電極の役割がある金属基板と、電圧お
よび信号を印加するための電圧印加線と、前記金属基板
の上部に形成される圧電体と、前記圧電体の上部から前
記圧電体の側面まで形成され、前記電圧印加線に連結さ
れる上部電極とを備えており、また前記圧電体は前記電
圧印加線と連結される方にいくほど幅が広くなり深さが
深くなる溝が形成されてからエッチングされることによ
り、前記圧電体に傾斜側面が形成され、上部電極と電圧
印加線との連結が向上されることを特徴とするマイクロ
アクチュエータ。 - 【請求項８】圧電体の厚さをT、溝の下辺幅、すなわち
電圧印加線と連結される圧電体の側面での幅をW、溝の
高さ、すなわち圧電体によって側方に延長される溝の長
さをHとするとき、溝の幅（W）および高さ（H）が、T/2
0<W<10T，T/5<H<100Tに設定されることを特徴とする請
求項7に記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項９】前記下部電極は、前記上部電極が形成され
る基板部分に露出されないように形成されたことを特徴
とする請求項7に記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項１０】前記圧電体がエッチングされた後、露出
される前記下部電極上に形成された絶縁層をさらに含む
ことを特徴とする請求項７に記載のマイクロアクチュエ
ータ。 - 【請求項１１】前記溝が２個以上形成されたことを特徴
とする請求項７に記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項１２】基板を提供するステップと、前記基板の
上部に下部電極を形成するステップと、前記下部電極の
上部に圧電体を形成するステップと、前記圧電体中、前
記電圧印加線と連結される方にいくほど幅が広くなり深
さが深くなる溝が形成されてからエッチングされること
により、前記圧電体に傾斜側面を形成するステップと、
前記エッチングされた圧電体の上部から上記圧電体の傾
斜側面まで上部電極を形成するステップと、前記上部電
極と電圧印加線を連結するステップを含み、上部電極と
電圧印加線との連結を向上させることを特徴とするマイ
クロアクチュエータの製造方法。 - 【請求項１３】圧電体の厚さをT、溝の下辺幅、すなわ
ち電圧印加線と連結される圧電体の側面での幅をW、溝
の高さ、すなわち圧電体によって側方に延長される溝の
長さをHとするとき、溝の幅（W）および高さ（H）が、T
/20<W<10T，T/5<H<100Tに設定されることを特徴とする
請求項12に記載のマイクロアクチュエータの製造方法。 - 【請求項１４】前記基板としては、セラミックス薄板を
使用することを特徴とする請求項12に記載のマイクロア
クチュエータの製造方法。 - 【請求項１５】前記下部電極は前記上部電極が形成され
る基板部分に露出されないように形成することを特徴と
する請求項12に記載のマイクロアクチュエータの製造方
法。 - 【請求項１６】前記圧電体がエッチングされた後、露出
される前記下部電極上に絶縁層を形成するステップをさ
らに含むことを特徴とする請求項12に記載のマイクロア
クチュエータの製造方法。 - 【請求項１７】前記溝を2個以上形成することを特徴と
する請求項12に記載のマイクロアクチュエータの製造方
法。 - 【請求項１８】下部電極の役割がある金属基板を提供す
るステップと、前記金属基板の上部に圧電体を形成する
ステップと、前記圧電体中、前記電圧印加線と連結され
る方にいくほど幅が広くなり深さが深くなる溝が形成さ
れてからエッチングされることにより、前記圧電体に傾
斜側面を形成するステップと、前記エッチングされた圧
電体の上部から上記圧電体の傾斜側面まで上部電極を形
成するステップと、前記上部電極と電圧印加線を連結す
るステップを含み、上部電極と電圧印加線との連結を向
上させることを特徴とするマイクロアクチュエータの製
造方法。 - 【請求項１９】圧電体の厚さをT、溝の下辺幅、すなわ
ち電圧印加線と連結される圧電体の側面での幅をW、溝
の高さ、すなわち圧電体によって側方に延長される溝の
長さをHとするとき、溝の幅（W）および高さ（H）が、T
/20<W<10T，T/5<H<100Tに設定されることを特徴とする
請求項18に記載のマイクロアクチュエータの製造方法。 - 【請求項２０】前記下部電極は、前記上部電極が形成さ
れる基板部分に露出されないように形成することを特徴
とする請求項18に記載のマイクロアクチュエータの製造
方法。 - 【請求項２１】前記圧電体がエッチングされた後、露出
される前記下部電極上に絶縁層を形成するステップをさ
らに含むことを特徴とする請求項18に記載のマイクロア
クチュエータの製造方法。 - 【請求項２２】前記溝を2個以上形成することを特徴と
する請求項18に記載のマイクロアクチュエータの製造方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1999-02281 | 1999-01-25 | ||
| KR19990002281 | 1999-01-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000211136A JP2000211136A (ja) | 2000-08-02 |
| JP3515028B2 true JP3515028B2 (ja) | 2004-04-05 |
Family
ID=19572325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34608899A Expired - Fee Related JP3515028B2 (ja) | 1999-01-25 | 1999-12-06 | マイクロアクチュエータおよびその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6351057B1 (ja) |
| JP (1) | JP3515028B2 (ja) |
| CN (1) | CN1191642C (ja) |
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