JP6365347B2 - Piezoelectric device, piezoelectric device manufacturing method, inkjet head, inkjet head manufacturing method, and inkjet printer - Google Patents

Piezoelectric device, piezoelectric device manufacturing method, inkjet head, inkjet head manufacturing method, and inkjet printer Download PDF

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本発明は、デバイス基板上に圧電体が転写された圧電デバイスおよびその製造方法と、上記圧電デバイスを備えたインクジェットヘッドおよびその製造方法と、インクジェットプリンタとに関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric device in which a piezoelectric body is transferred onto a device substrate, a manufacturing method thereof, an inkjet head including the piezoelectric device, a manufacturing method thereof, and an inkjet printer.

従来から、駆動素子やセンサなどの電気機械変換素子として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電体が用いられている。また、近年、装置の小型化、高密度化、低コスト化などの要求に応えて、シリコン(Si)基板を用いたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子が増加している。MEMS素子に圧電体を応用するには、圧電体を薄膜化することが望ましい。圧電体を薄膜化することで、成膜、フォトリソグラフィーなど半導体プロセス技術を用いた高精度な加工が可能となり、小型化、高密度化を実現できる。また、大面積のウェハに素子を一括加工できるため、コストを低減できる。さらに、機械電気の変換効率が向上し、駆動素子の特性や、センサの感度が向上する等の利点がある。   Conventionally, piezoelectric materials such as lead zirconate titanate (PZT) have been used as electromechanical conversion elements such as drive elements and sensors. In recent years, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) elements using a silicon (Si) substrate are increasing in response to demands for downsizing, high density, and low cost of devices. In order to apply a piezoelectric body to a MEMS element, it is desirable to make the piezoelectric body thin. By reducing the thickness of the piezoelectric body, high-precision processing using semiconductor process technology such as film formation and photolithography can be performed, and miniaturization and high density can be realized. Further, since the elements can be collectively processed on a large-area wafer, the cost can be reduced. Furthermore, there is an advantage that the conversion efficiency of mechanical electricity is improved and the characteristics of the drive element and the sensitivity of the sensor are improved.

このようなMEMS素子を用いたデバイスの応用例として、インクジェットプリンタが知られている。インクジェットプリンタでは、液体インクを吐出する複数のチャネルを有するインクジェットヘッドを、用紙や布などの記録メディアに対して相対的に移動させながらインクの吐出を制御することで、二次元の画像が記録メディアに形成される。   As an application example of a device using such a MEMS element, an ink jet printer is known. In an inkjet printer, a two-dimensional image is recorded on a recording medium by controlling the ejection of ink while moving an inkjet head having a plurality of channels for ejecting liquid ink relative to the recording medium such as paper or cloth. Formed.

インクの吐出は、圧力式のアクチュエータ(圧電式、静電式、熱変形など)を利用したり、熱によって管内のインクに気泡を発生させることで行うことができる。中でも、圧電式のアクチュエータは、出力が大きい、変調が可能、応答性が高い、インクを選ばない、などの利点を有しており、近年よく利用されている。特に、高解像度(小液滴で良い)で小型、低コストのプリンタを実現するには、薄膜の圧電体(圧電薄膜)を用いたインクジェットヘッドの利用が適している。   Ink can be ejected using a pressure actuator (piezoelectric, electrostatic, thermal deformation, etc.) or by generating bubbles in the ink in the tube by heat. Among them, the piezoelectric actuator has advantages such as high output, modulation, high responsiveness, and choice of ink, and has been frequently used in recent years. In particular, the use of an inkjet head using a thin film piezoelectric body (piezoelectric thin film) is suitable for realizing a small-sized and low-cost printer with high resolution (small droplets are acceptable).

PZTなどの圧電体を、Siなどの基板上に成膜する方法としては、CVD法(Chemical Vapor Deposition )などの化学的成膜法、スパッタ法やイオンプレーティング法といった物理的な方法、ゾルゲル法などの液相での成長法が知られている。このような圧電体は、結晶がペロブスカイト型構造となるときに良好な圧電効果を発現する。図10は、PZTの結晶構造を模式的に示している。ペロブスカイト型構造とは、理想的には立方晶系の単位格子を有し、立方晶の各頂点(Aサイト)に配置される金属(例えば鉛(Pb))、体心(Bサイト)に配置される金属(例えばジルコニウム(Zr)またはチタン(Ti))、立方晶の各面心に配置される酸素Oとから構成されるABO3型の結晶構造を指す。なお、ペロブスカイト型構造の結晶には、立方晶が歪んだ正方晶、斜方晶、菱面体晶等も含まれるものとする。 As a method of forming a piezoelectric material such as PZT on a substrate such as Si, a chemical film formation method such as a CVD method (Chemical Vapor Deposition), a physical method such as a sputtering method or an ion plating method, a sol-gel method, etc. The growth method in the liquid phase is known. Such a piezoelectric body exhibits a good piezoelectric effect when the crystal has a perovskite structure. FIG. 10 schematically shows the crystal structure of PZT. A perovskite structure ideally has a cubic unit cell, and is arranged at the apex (A site) of each cubic crystal (for example, lead (Pb)) and at the body center (B site). ABO 3 type crystal structure composed of a metal (for example, zirconium (Zr) or titanium (Ti)) and oxygen O arranged at the center of each face of a cubic crystal. Note that crystals having a perovskite structure include tetragonal crystals, orthorhombic crystals, rhombohedral crystals, and the like in which cubic crystals are distorted.

中でも、PZTが均一な単結晶構造を採るときに、大きな圧電特性が得られる。この傾向は、PZTのZrおよびTiを他の元素で置き換えたPMN(マグネシウムニオブ酸鉛)やPZN(亜鉛ニオブ酸鉛)など、いわゆるリラクサ系圧電材料と呼ばれる物質で顕著である。   In particular, large piezoelectric characteristics can be obtained when the PZT has a uniform single crystal structure. This tendency is remarkable in substances called so-called relaxor piezoelectric materials, such as PMN (lead magnesium niobate) and PZN (lead zinc niobate) in which Zr and Ti of PZT are replaced with other elements.

ところで、PZTの格子定数は0.41nm程度であり、Siの格子定数は0.54nm程度である。このように、PZTとSiとは、結晶の格子定数が異なるため、Si基板上にPZTからなる圧電体を成膜すると、圧電体は、図11に示すように、方位の異なる複数の結晶101が柱状に寄り集まった多結晶状態となる。多結晶状態では、結晶粒界101aで変位の拘束が生じる影響などにより、単結晶状態よりも特性(例えば圧電定数)が低下する。また、結晶粒界101aを介して電流リークが生じやすいため、圧電体に大きな電界を印加することもできない(=耐電圧が低い)。   By the way, the lattice constant of PZT is about 0.41 nm, and the lattice constant of Si is about 0.54 nm. Thus, since PZT and Si have different crystal lattice constants, when a piezoelectric body made of PZT is formed on a Si substrate, the piezoelectric body has a plurality of crystals 101 having different orientations as shown in FIG. Becomes a polycrystalline state gathered in a columnar shape. In the polycrystalline state, characteristics (for example, piezoelectric constant) are lower than those in the single crystalline state due to the influence of displacement restraint at the crystal grain boundary 101a. Further, since current leakage is likely to occur through the crystal grain boundary 101a, a large electric field cannot be applied to the piezoelectric body (= low withstand voltage).

この点、例えば特許文献1では、Si単結晶基板上に、MgO(酸化マグネシウム)を含む緩衝層を成膜し、この緩衝層上にPZTを形成することで、ペロブスカイト型構造の結晶をほぼ100%持つPZTを得て、PZTの特性向上を図るようにしている。また、例えば特許文献2および3では、単結晶のMgO基板上に、このMgOと格子整合するPZTを成膜し、その後、PZTをデバイス基板(転写用基板、インク室部品)に転写することにより、デバイス基板上に単結晶のPZTを有する構成を実現するようにしている。   In this regard, for example, in Patent Document 1, a buffer layer containing MgO (magnesium oxide) is formed on a Si single crystal substrate, and PZT is formed on the buffer layer, whereby almost 100 crystals of the perovskite structure are formed. % PZT is obtained to improve the characteristics of PZT. For example, in Patent Documents 2 and 3, a PZT lattice-matched with MgO is formed on a single crystal MgO substrate, and then the PZT is transferred to a device substrate (transfer substrate, ink chamber component). A configuration having single crystal PZT on the device substrate is realized.

一方、例えば非特許文献1では、圧電体の転写ではないが、半導体の転写に関する方法が開示されている。具体的には、GaSb(アンチモン化ガリウム)基板上に半導体を形成し、これをシリコーンゴムの一種であるPDMS(ポリジメチルシロキサン)シートに転写し、その後、Si基板上に再転写する手法を開示している。Si基板上に半導体を再転写した後は、PDMSシートを剥離するようにしている。   On the other hand, for example, Non-Patent Document 1 discloses a method related to semiconductor transfer, but not transfer of a piezoelectric body. Specifically, a technique is disclosed in which a semiconductor is formed on a GaSb (gallium antimonide) substrate, this is transferred to a PDMS (polydimethylsiloxane) sheet, which is a type of silicone rubber, and then retransferred onto a Si substrate. doing. After the semiconductor is retransferred on the Si substrate, the PDMS sheet is peeled off.

特開平5−139892号公報(請求項1、段落〔0007〕、〔0008〕、〔0012〕、〔0014〕等参照)Japanese Patent Laid-Open No. 5-139898 (refer to claim 1, paragraphs [0007], [0008], [0012], [0014], etc.) 特開2003−17780号公報(請求項1、段落〔0062〕、〔0063〕、〔0066〕、図1〜図3等参照)JP 2003-17780 A (refer to claim 1, paragraphs [0062], [0063], [0066], FIGS. 1 to 3) 特開2000−141654号公報(請求項1、段落〔0015〕〜〔0022〕、〔0080〕〜〔0084〕、図4、図6等参照)JP-A-2000-141654 (see claim 1, paragraphs [0015] to [0022], [0080] to [0084], FIG. 4, FIG. 6 etc.)

Hyunhyub Ko, et.al, "Ultrathin compound semiconductor on insulator layers for high-performance nanoscale transistors", Nature Materials, Vol.9, pp821-826, 2010Hyunhyub Ko, et.al, "Ultrathin compound semiconductor on insulator layers for high-performance nanoscale transistors", Nature Materials, Vol.9, pp821-826, 2010

ところで、MgOの格子定数は0.42nm程度であり、MgOとSiとは格子定数の差が大きい。このため、特許文献1のように、Si基板上にMgOを含む緩衝層を介してPZTを成膜するようにしても、Si基板上にMgOが単結晶で成長しにくいため、そのMgOの上にPZTを単結晶で成長させることが難しい。このため、PZTの特性(圧電定数、耐電圧)の低下が懸念される。また、特許文献2および3では、単結晶のMgO基板が硬質基板であるため、PZTの転写時にMgO基板の押し圧力を高めると、PZTに割れや欠けが生じる。   By the way, the lattice constant of MgO is about 0.42 nm, and there is a large difference in lattice constant between MgO and Si. For this reason, even if PZT is formed on a Si substrate via a buffer layer containing MgO as in Patent Document 1, MgO is difficult to grow as a single crystal on the Si substrate. It is difficult to grow PZT as a single crystal. For this reason, there is a concern that the characteristics (piezoelectric constant, withstand voltage) of PZT may be reduced. In Patent Documents 2 and 3, since the single crystal MgO substrate is a hard substrate, if the pressing force of the MgO substrate is increased during the transfer of PZT, the PZT is cracked or chipped.

また、非特許文献1の手法を圧電体の転写に適用した場合、MgO基板からPDMSシートに圧電体を転写し、その圧電体をSi基板上に再転写した後、PDMSシートを剥離することになる。この剥離の際には、デバイスに引張応力が働くため、圧電体に割れや欠けが生じるおそれがあり、また、Si基板に対する圧電体の密着性も低下する。さらに、PDMSシートの剥離によって圧電体が保護されないため、圧電体の損傷(外力による傷つきや、水分による劣化)が生じる。   Further, when the method of Non-Patent Document 1 is applied to transfer of a piezoelectric body, the piezoelectric body is transferred from the MgO substrate to the PDMS sheet, the piezoelectric body is re-transferred onto the Si substrate, and then the PDMS sheet is peeled off. Become. At the time of peeling, since a tensile stress acts on the device, there is a possibility that the piezoelectric body is cracked or chipped, and the adhesion of the piezoelectric body to the Si substrate is also lowered. Furthermore, since the piezoelectric body is not protected by the peeling of the PDMS sheet, the piezoelectric body is damaged (damaged by external force or deteriorated by moisture).

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、圧電体の結晶性向上によって特性を向上させるとともに、圧電体の転写時の割れや欠けを低減し、さらに、転写後の圧電体のデバイス基板に対する密着性の低下を回避しつつ、転写後の圧電体の損傷を回避できる圧電デバイスおよびその製造方法と、上記圧電デバイスを備えたインクジェットヘッドおよびその製造方法と、インクジェットプリンタとを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to improve the characteristics by improving the crystallinity of the piezoelectric body, to reduce cracks and chipping during transfer of the piezoelectric body, A piezoelectric device capable of avoiding damage to the piezoelectric body after transfer while avoiding a decrease in adhesion of the piezoelectric body after transfer to the device substrate, an inkjet head including the piezoelectric device, and a manufacturing method thereof, To provide an inkjet printer.

本発明の一側面に係る圧電デバイスの製造方法は、専用基板に単結晶の圧電体を成膜する成膜工程と、前記圧電体を樹脂シートに転写する転写工程と、前記圧電体を前記樹脂シートと一体的にデバイス基板上に再転写し、前記圧電体を覆うように前記樹脂シートを前記デバイス基板上に残すことにより、前記圧電体を保護する保護工程とを有している。   The method for manufacturing a piezoelectric device according to one aspect of the present invention includes a film forming step of forming a single crystal piezoelectric body on a dedicated substrate, a transfer step of transferring the piezoelectric body to a resin sheet, and the piezoelectric body as the resin. A protection step of protecting the piezoelectric body by re-transferring the sheet integrally with the sheet onto the device substrate and leaving the resin sheet on the device substrate so as to cover the piezoelectric body.

専用基板(例えばMgO基板)に成膜された単結晶の圧電体は、樹脂シートに転写された後、その樹脂シートと一体的にデバイス基板上に再転写される。圧電体が単結晶であるため、圧電体の特性(例えば圧電定数、耐電圧)を多結晶状態に比べて向上させることができる。また、樹脂シートは軟質であるため、圧電体のデバイス基板への再転写時に樹脂シートの押し圧力を高めても、その圧力が樹脂シートで吸収または緩和される。これにより、再転写時に圧電体に割れや欠けが生じるのを低減できる。   A single crystal piezoelectric body formed on a dedicated substrate (for example, an MgO substrate) is transferred to a resin sheet, and then transferred again onto the device substrate integrally with the resin sheet. Since the piezoelectric body is a single crystal, the characteristics of the piezoelectric body (for example, the piezoelectric constant and the withstand voltage) can be improved compared to the polycrystalline state. Further, since the resin sheet is soft, even if the pressing force of the resin sheet is increased during retransfer of the piezoelectric body to the device substrate, the pressure is absorbed or relaxed by the resin sheet. Thereby, it can reduce that a crack and a chip | tip arise in a piezoelectric material at the time of retransfer.

また、圧電体の再転写後は、樹脂シートが圧電体を覆うようにデバイス基板上に残る。つまり、再転写後に樹脂シートは剥離されない。このため、樹脂シートの剥離時の引張応力によって圧電体に割れや欠けが生じるのを回避でき、上記引張応力による圧電体の密着性低下も回避できる。さらに、再転写後に樹脂シートが残ることによって圧電体が保護されるため、再転写後の圧電体の損傷も回避できる。   Further, after the retransfer of the piezoelectric body, the resin sheet remains on the device substrate so as to cover the piezoelectric body. That is, the resin sheet is not peeled after retransfer. For this reason, it can avoid that a crack and a chip | tip arise in a piezoelectric material by the tensile stress at the time of peeling of a resin sheet, and the adhesiveness fall of the piezoelectric material by the said tensile stress can also be avoided. Further, since the piezoelectric body is protected by the resin sheet remaining after the retransfer, damage to the piezoelectric body after the retransfer can be avoided.

上記圧電デバイスの製造方法は、前記転写工程の前に、前記圧電体をパターニングして、前記専用基板の一部を露出させる圧電体パターニング工程をさらに有していてもよい。   The piezoelectric device manufacturing method may further include a piezoelectric patterning step of patterning the piezoelectric body to expose a part of the dedicated substrate before the transfer step.

圧電体をパターニングして専用基板の一部を露出させることで、圧電体の専用基板との接触面積が減少する。これにより、圧電体を樹脂シートに転写する際に、圧電体を専用基板から剥離する力を小さくでき、剥離が容易となる。   By patterning the piezoelectric body to expose a part of the dedicated substrate, the contact area of the piezoelectric body with the dedicated substrate is reduced. Thereby, when transferring a piezoelectric body to a resin sheet, the force which peels a piezoelectric body from an exclusive board | substrate can be made small, and peeling becomes easy.

上記圧電デバイスの製造方法は、前記圧電体パターニング工程の前に、前記圧電体に対して前記専用基板とは反対側に第1の電極を形成する電極形成工程と、前記第1の電極をパターニングする電極パターニング工程とを有しており、前記転写工程では、パターニング後の前記圧電体および前記第1の電極を前記樹脂シートに転写し、前記保護工程では、前記圧電体が前記第1の電極と前記デバイス基板が有する第2の電極とで挟まれるように、前記圧電体および前記第1の電極を前記デバイス基板上に再転写してもよい。この場合、パターニングされた圧電体と第1の電極とを同時にデバイス基板上に再転写して、圧電体を第1の電極とデバイス基板の第2の電極とで挟む構成を実現することができる。   The piezoelectric device manufacturing method includes an electrode forming step of forming a first electrode on a side opposite to the dedicated substrate with respect to the piezoelectric body before the piezoelectric body patterning step, and patterning the first electrode. In the transfer step, the patterned piezoelectric body and the first electrode are transferred to the resin sheet, and in the protection step, the piezoelectric body is the first electrode. The piezoelectric body and the first electrode may be re-transferred onto the device substrate so as to be sandwiched between the device and the second electrode of the device substrate. In this case, it is possible to realize a configuration in which the patterned piezoelectric body and the first electrode are simultaneously retransferred onto the device substrate and the piezoelectric body is sandwiched between the first electrode and the second electrode of the device substrate. .

上記圧電デバイスの製造方法は、前記保護工程の後、前記樹脂シートの一部を除去する除去工程をさらに有していてもよい。樹脂シートの一部を除去することにより、例えば、樹脂シートの下層の電極を外部に引き出すための配線、または電極そのもの、さらには、デバイス基板につながる流路(例えばインク流路)などを形成することが可能となる。   The method for manufacturing the piezoelectric device may further include a removing step of removing a part of the resin sheet after the protecting step. By removing a part of the resin sheet, for example, a wiring for pulling out an electrode under the resin sheet to the outside, an electrode itself, or a flow path (for example, an ink flow path) connected to the device substrate is formed. It becomes possible.

前記樹脂シートは、感光性樹脂で構成されていることが望ましい。この場合、樹脂シートに対する露光および現像により、樹脂シートの一部(不要な部分)を容易に除去することができる。   The resin sheet is preferably made of a photosensitive resin. In this case, a part (unnecessary part) of the resin sheet can be easily removed by exposing and developing the resin sheet.

上記圧電デバイスの製造方法は、前記保護工程の後、前記第1の電極の一部が露出するように、前記樹脂シートの一部を除去する除去工程と、前記第1の電極を引き出すための配線を、露出した前記第1の電極上および前記樹脂シート上に形成する配線形成工程とをさらに有していてもよい。この場合、再転写後に、配線による第1の電極の引き出しが可能となる。   The method for manufacturing the piezoelectric device includes a removing step of removing a part of the resin sheet so that a part of the first electrode is exposed after the protecting step, and a method for drawing out the first electrode. You may further have the wiring formation process which forms wiring on the exposed said 1st electrode and the said resin sheet. In this case, after the retransfer, the first electrode can be drawn out by the wiring.

上記圧電デバイスの製造方法は、前記保護工程の後、前記圧電体の一部が露出するように、前記樹脂シートの一部を除去する除去工程と、露出した前記圧電体上に、第1の電極を形成する電極形成工程とをさらに有していてもよい。圧電体の再転写後に第1の電極を形成することで、再転写前の転写工程では、圧電体のみを樹脂シートに転写すればよいため、圧電体を樹脂シートに確実に転写して専用基板から剥がすことができる。   The method for manufacturing the piezoelectric device includes a removing step of removing a part of the resin sheet so that a part of the piezoelectric body is exposed after the protecting step, and a first step on the exposed piezoelectric body. An electrode forming step of forming an electrode may be further included. By forming the first electrode after the retransfer of the piezoelectric body, it is only necessary to transfer only the piezoelectric body to the resin sheet in the transfer step before the retransfer. Can be peeled off.

上記圧電デバイスの製造方法は、前記電極形成工程の後、前記第1の電極と電気的に接続される配線を前記樹脂シート上に形成する配線形成工程をさらに有していてもよい。この場合、配線を介して第1の電極に電圧を印加することが可能となる。   The method for manufacturing a piezoelectric device may further include a wiring forming step of forming a wiring electrically connected to the first electrode on the resin sheet after the electrode forming step. In this case, a voltage can be applied to the first electrode via the wiring.

前記保護工程では、前記デバイス基板が有する第2の電極上に前記圧電体を再転写してもよい。再転写後に圧電体上に第1の電極が形成されるため、その第1の電極とデバイス基板の第2の電極とで圧電体を挟む構成を実現することができる。   In the protection step, the piezoelectric body may be re-transferred onto the second electrode of the device substrate. Since the first electrode is formed on the piezoelectric body after the retransfer, a configuration in which the piezoelectric body is sandwiched between the first electrode and the second electrode of the device substrate can be realized.

前記デバイス基板は、前記第2の電極を支持する支持基板を含み、前記支持基板は、シリコン基板またはSOI基板であることが望ましい。Si基板またはSOI基板は、加工が容易なため、圧電デバイスを安価に製造することができる。   The device substrate may include a support substrate that supports the second electrode, and the support substrate may be a silicon substrate or an SOI substrate. Since the Si substrate or the SOI substrate can be easily processed, the piezoelectric device can be manufactured at low cost.

前記成膜工程では、酸化マグネシウムまたはチタン酸ストロンチウムからなる前記専用基板上に、チタン酸ジルコン酸鉛からなる前記圧電体を成膜してもよい。MgOおよびSrTiO3とPZTとでは、格子定数の差が小さいため、専用基板上に単結晶のPZTを成膜することが容易となる。 In the film forming step, the piezoelectric body made of lead zirconate titanate may be formed on the dedicated substrate made of magnesium oxide or strontium titanate. Since MgO and SrTiO 3 and PZT have a small difference in lattice constant, it is easy to form a single crystal PZT on a dedicated substrate.

前記保護工程で用いる前記デバイス基板には、前記圧電体に対応する位置に開口部が形成されていてもよい。また、上記の圧電デバイスの製造方法は、前記デバイス基板の前記圧電体に対応する位置に開口部を形成する開口部形成工程をさらに有していてもよい。これらの場合、例えば圧電体の伸縮によって開口部内の気体や液体に圧力を付与する圧電デバイス(圧電アクチュエータ)を実現したり、圧電体の振動を検知する圧電デバイス(圧電センサ)を実現することができる。   In the device substrate used in the protection step, an opening may be formed at a position corresponding to the piezoelectric body. The piezoelectric device manufacturing method may further include an opening forming step of forming an opening at a position corresponding to the piezoelectric body of the device substrate. In these cases, for example, it is possible to realize a piezoelectric device (piezoelectric actuator) that applies pressure to the gas or liquid in the opening by expansion and contraction of the piezoelectric body, or to realize a piezoelectric device (piezoelectric sensor) that detects vibration of the piezoelectric body. it can.

本発明の他の側面に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上述した圧電デバイスの製造方法を用いてインクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法であって、前記デバイス基板に対して前記圧電体とは反対側に、前記デバイス基板の前記開口部に収容されるインクを外部に吐出するためのインク吐出孔を有するノズル基板を貼り合わせる貼合工程を有している。圧電デバイスの駆動によってデバイス基板の開口部に収容されるインクに圧力を付与することにより、開口部内のインクをノズル基板のノズル孔を介して外部に吐出することができる。   An ink jet head manufacturing method according to another aspect of the present invention is an ink jet head manufacturing method for manufacturing an ink jet head using the piezoelectric device manufacturing method described above. On the opposite side, there is a bonding step in which a nozzle substrate having an ink discharge hole for discharging the ink contained in the opening of the device substrate to the outside is bonded. By applying pressure to the ink accommodated in the opening of the device substrate by driving the piezoelectric device, the ink in the opening can be discharged to the outside through the nozzle holes of the nozzle substrate.

本発明のさらに他の側面に係る圧電デバイスは、デバイス基板と、前記デバイス基板上に形成される単結晶の圧電体と、前記デバイス基板上で、前記圧電体を保護する保護層とを備え、前記保護層は、専用基板上に成膜された単結晶の前記圧電体を樹脂シートに転写し、前記圧電体を前記樹脂シートと一体的に前記デバイス基板上に再転写した後に、前記圧電体を覆うように前記デバイス基板上に残る前記樹脂シートで形成されている。   A piezoelectric device according to still another aspect of the present invention includes a device substrate, a single crystal piezoelectric body formed on the device substrate, and a protective layer that protects the piezoelectric body on the device substrate, The protective layer transfers the single crystal piezoelectric body formed on a dedicated substrate onto a resin sheet, and retransfers the piezoelectric body onto the device substrate integrally with the resin sheet. Is formed of the resin sheet remaining on the device substrate.

デバイス基板上の圧電体は、単結晶であるため、多結晶のものに比べて圧電体の特性(例えば圧電定数、耐電圧)を向上させることができる。また、デバイス基板上で圧電体を保護する保護層は、専用基板上に成膜された単結晶の圧電体を転写する際に用いられる樹脂シートで形成されている。樹脂シートは軟質であるため、専用基板から樹脂シートに転写された圧電体を、樹脂シートからデバイス基板上に再転写する際に、樹脂シートの押し圧力を高めても、その圧力が樹脂シートで吸収または緩和される。これにより、圧電体に割れや欠けが生じるのを低減できる。   Since the piezoelectric body on the device substrate is a single crystal, the characteristics of the piezoelectric body (for example, the piezoelectric constant and the withstand voltage) can be improved as compared with the polycrystalline body. The protective layer for protecting the piezoelectric body on the device substrate is formed of a resin sheet used when transferring a single crystal piezoelectric body formed on the dedicated substrate. Since the resin sheet is soft, even if the pressing force of the resin sheet is increased when the piezoelectric body transferred from the dedicated substrate to the resin sheet is retransferred from the resin sheet onto the device substrate, the pressure is not reduced by the resin sheet. Absorbed or relaxed. Thereby, it can reduce that a crack and a chip | tip arise in a piezoelectric material.

また、保護層を構成する樹脂シートは、圧電体の再転写後に、圧電体を覆うようにデバイス基板上に残っており、剥離されていない。このため、樹脂シートの剥離時の引張応力に起因して圧電体に割れや欠けが生じたり、圧電体の密着性が低下するのを回避できる。さらに、樹脂シートは圧電体を保護する保護層として機能するため、再転写後の圧電体の損傷も回避できる。   Moreover, the resin sheet which comprises a protective layer remains on the device substrate so that a piezoelectric material may be covered after retransfer of a piezoelectric material, and is not peeled. For this reason, it can be avoided that the piezoelectric body is cracked or chipped due to the tensile stress at the time of peeling of the resin sheet, or the adhesiveness of the piezoelectric body is lowered. Furthermore, since the resin sheet functions as a protective layer for protecting the piezoelectric body, damage to the piezoelectric body after retransfer can be avoided.

前記樹脂シートの一部は、前記デバイス基板と密着していることが望ましい。この場合、圧電体とデバイス基板との密着性に加えて、圧電体以外の部分(樹脂シートの一部)とデバイス基板との密着性を確保できるため、デバイス基板からの圧電体の剥離を確実に低減することができる。   It is desirable that a part of the resin sheet is in close contact with the device substrate. In this case, in addition to the adhesion between the piezoelectric body and the device substrate, the adhesion between the part other than the piezoelectric body (part of the resin sheet) and the device substrate can be secured, so that the piezoelectric body can be reliably peeled off from the device substrate. Can be reduced.

前記樹脂シートは、感光性樹脂で構成されていることが望ましい。この場合、樹脂シートに対する露光および現像によって、樹脂シートを容易にパターニングできるため、圧電デバイスの仕様に応じた加工が容易となる。   The resin sheet is preferably made of a photosensitive resin. In this case, since the resin sheet can be easily patterned by exposing and developing the resin sheet, processing according to the specifications of the piezoelectric device is facilitated.

前記圧電体は、前記デバイス基板と酸素を介して結合していてもよい。この場合、圧電体がデバイス基板と直接結合する(酸素を介さずに結合する)場合に比べて、圧電体とデバイス基板との密着性を向上させることができる。   The piezoelectric body may be bonded to the device substrate via oxygen. In this case, the adhesion between the piezoelectric body and the device substrate can be improved as compared with the case where the piezoelectric body is directly coupled to the device substrate (bonded without oxygen).

前記デバイス基板は、多結晶からなる層を有しており、前記圧電体は、前記多結晶からなる層上に形成されていてもよい。多結晶からなる層上に、単結晶の圧電体が形成されている構成、つまり、圧電体とデバイス基板とが格子整合していない構成であっても、単結晶の圧電体によって特性を向上させることができる。   The device substrate may have a polycrystal layer, and the piezoelectric body may be formed on the polycrystal layer. Even in a configuration in which a single crystal piezoelectric body is formed on a polycrystal layer, that is, a configuration in which the piezoelectric body and the device substrate are not lattice-matched, the characteristics are improved by the single crystal piezoelectric body. be able to.

前記多結晶からなる層は、白金を含む電極層であり、前記圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛で構成されていてもよい。PtとPZTとは直接結合することはできないため、これらが酸素を介して結合することで、密着性を向上させることができる。   The polycrystal layer may be an electrode layer containing platinum, and the piezoelectric body may be composed of lead zirconate titanate. Since Pt and PZT cannot be directly bonded, the bonding can be improved by bonding these through oxygen.

上記圧電デバイスは、前記圧電体に対して前記デバイス基板とは反対側に、第1の電極をさらに備えており、前記デバイス基板は、前記第1の電極との間で前記圧電体を挟み込む第2の電極と、前記第2の電極を支持する支持基板とを有しており、前記支持基板は、前記圧電体に対応する位置に形成される開口部と、前記開口部に対して前記圧電体側に位置する振動板とを有していてもよい。   The piezoelectric device further includes a first electrode on a side opposite to the device substrate with respect to the piezoelectric body, and the device substrate sandwiches the piezoelectric body with the first electrode. 2 and a support substrate that supports the second electrode, the support substrate having an opening formed at a position corresponding to the piezoelectric body, and the piezoelectric with respect to the opening. You may have a diaphragm located in the body side.

この場合、例えば第1の電極および第2の電極に電圧を印加して圧電体を伸縮させ、振動板を振動させることにより、支持基板の開口部内の気体や液体に圧力を付与する圧電デバイス(圧電アクチュエータ)を実現したり、第1の電極および第2の電極で発生する電圧を検知して圧電体の振動を検知する圧電デバイス(圧電センサ)を実現することができる。   In this case, for example, a piezoelectric device that applies pressure to the gas or liquid in the opening of the support substrate by applying a voltage to the first electrode and the second electrode to expand and contract the piezoelectric body and vibrate the vibration plate ( Piezoelectric actuator) or a piezoelectric device (piezoelectric sensor) that detects the vibration of the piezoelectric body by detecting the voltage generated at the first electrode and the second electrode.

本発明のさらに他の側面に係るインクジェットヘッドは、上述した圧電デバイスと、前記圧電デバイスの前記デバイス基板に対して前記圧電体とは反対側に貼り合わされ、前記デバイス基板の前記開口部に収容されるインクを外部に吐出するためのインク吐出孔を有するノズル基板とを備えている。この構成によれば、圧電デバイスの駆動によってデバイス基板の開口部に収容されるインクに圧力を付与することにより、開口部内のインクをノズル基板のノズル孔を介して外部に吐出することができる。   An inkjet head according to still another aspect of the present invention is bonded to the piezoelectric device described above and the device substrate of the piezoelectric device on the side opposite to the piezoelectric body, and is accommodated in the opening of the device substrate. And a nozzle substrate having ink ejection holes for ejecting ink to the outside. According to this configuration, by applying pressure to the ink stored in the opening of the device substrate by driving the piezoelectric device, the ink in the opening can be ejected to the outside through the nozzle holes of the nozzle substrate.

本発明のさらに他の側面に係るインクジェットプリンタは、上述したインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させる。圧電デバイスを構成する圧電体が単結晶であり、その特性が高いため、圧電デバイスの駆動により、高速で高精細な描画を実現することができる。   An ink jet printer according to still another aspect of the present invention includes the ink jet head described above, and ejects ink from the ink jet head toward a recording medium. Since the piezoelectric body constituting the piezoelectric device is a single crystal and has high characteristics, high-speed and high-definition drawing can be realized by driving the piezoelectric device.

圧電体の結晶性向上によって特性を向上させるとともに、圧電体のデバイス基板への転写(再転写)時の割れや欠けを低減し、さらに、転写後の圧電体のデバイス基板に対する密着性の低下を回避しつつ、転写後の圧電体の損傷を回避できる。   Improves the crystallinity of the piezoelectric body, reduces cracking and chipping during transfer (retransfer) of the piezoelectric body to the device substrate, and reduces the adhesion of the piezoelectric body to the device substrate after transfer. While avoiding, damage to the piezoelectric body after transfer can be avoided.

本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention. FIG. 上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドの圧電アクチュエータの概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるA−A’線矢視断面図とを併せて示した図である。It is the figure which showed together the top view which shows the schematic structure of the piezoelectric actuator of the inkjet head with which the said inkjet printer is provided, and the A-A 'arrow sectional drawing in the top view. 上記インクジェットヘッドの断面図である。It is sectional drawing of the said inkjet head. 上記インクジェットヘッドの製造方法に係る製造工程の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of manufacturing process which concerns on the manufacturing method of the said inkjet head. 上記製造工程の続きを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the continuation of the said manufacturing process. 上記製造工程の続きを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the continuation of the said manufacturing process. 上記製造工程の続きを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the continuation of the said manufacturing process. 上記インクジェットヘッドの他の製造方法に係る製造工程の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of manufacturing process which concerns on the other manufacturing method of the said inkjet head. 上記インクジェットヘッドのさらに他の製造方法に係る製造工程の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of manufacturing process concerning the further another manufacturing method of the said inkjet head. PZTの結晶構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the crystal structure of PZT. 圧電体の結晶性を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the crystallinity of a piezoelectric material.

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をA〜Bと表記した場合、その数値範囲に下限Aおよび上限Bの値は含まれるものとする。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present specification, when the numerical range is expressed as A to B, the numerical value range includes the values of the lower limit A and the upper limit B.

〔インクジェットプリンタの構成〕
図1は、本実施形態のインクジェットプリンタ1の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ1は、インクジェットヘッド部2において、インクジェットヘッド21が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
[Configuration of inkjet printer]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer 1 according to the present embodiment. The ink jet printer 1 is a so-called line head type ink jet recording apparatus in which an ink jet head 21 is provided in a line shape in the width direction of a recording medium in the ink jet head unit 2.

インクジェットプリンタ1は、上記のインクジェットヘッド部2と、繰り出しロール3と、巻き取りロール4と、2つのバックロール5・5と、中間タンク6と、送液ポンプ7と、貯留タンク8と、定着機構9とを備えている。   The ink jet printer 1 includes an ink jet head unit 2, a feed roll 3, a take-up roll 4, two back rolls 5 and 5, an intermediate tank 6, a liquid feed pump 7, a storage tank 8, and a fixing tank. And a mechanism 9.

インクジェットヘッド部2は、インクジェットヘッド21から記録媒体Pに向けてインクを吐出させ、画像データに基づく画像形成(描画)を行うものであり、一方のバックロール5の近傍に配置されている。なお、インクジェットヘッド21の構成については後述する。   The ink jet head unit 2 ejects ink from the ink jet head 21 toward the recording medium P to perform image formation (drawing) based on image data, and is disposed in the vicinity of one back roll 5. The configuration of the inkjet head 21 will be described later.

繰り出しロール3、巻き取りロール4および各バックロール5は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール3は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Pを、インクジェットヘッド部2との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール3は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Pを図1のX方向へ繰り出して搬送する。   The feed roll 3, the take-up roll 4 and the back rolls 5 are members each having a cylindrical shape that can rotate about its axis. The feeding roll 3 is a roll that feeds the long recording medium P wound around the circumferential surface toward the position facing the inkjet head unit 2. The feeding roll 3 is rotated by driving means (not shown) such as a motor, thereby feeding the recording medium P in the X direction in FIG.

巻き取りロール4は、繰り出しロール3より繰り出されて、インクジェットヘッド部2によってインクが吐出された記録媒体Pを周面に巻き取る。   The take-up roll 4 is taken out from the take-out roll 3 and takes up the recording medium P on which the ink is ejected by the inkjet head unit 2 around the circumferential surface.

各バックロール5は、繰り出しロール3と巻き取りロール4との間に配設されている。記録媒体Pの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール5は、繰り出しロール3によって繰り出された記録媒体Pを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部2との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール5は、インクジェットヘッド部2との対向位置から巻き取りロール4に向けて、記録媒体Pを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。   Each back roll 5 is disposed between the feed roll 3 and the take-up roll 4. One back roll 5 located on the upstream side in the conveyance direction of the recording medium P is opposed to the inkjet head unit 2 while winding the recording medium P fed by the feeding roll 3 around and supporting the recording medium P. Transport toward The other back roll 5 conveys the recording medium P from a position facing the inkjet head unit 2 toward the take-up roll 4 while being wound around and supported by a part of the peripheral surface.

中間タンク6は、貯留タンク8より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク6は、インクチューブ10と接続され、各インクジェットヘッド21におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド21にインクを供給する。   The intermediate tank 6 temporarily stores the ink supplied from the storage tank 8. The intermediate tank 6 is connected to the ink tube 10, adjusts the back pressure of the ink in each inkjet head 21, and supplies the ink to each inkjet head 21.

送液ポンプ7は、貯留タンク8に貯留されたインクを中間タンク6に供給するものであり、供給管11の途中に配設されている。貯留タンク8に貯留されたインクは、送液ポンプ7によって汲み上げられ、供給管11を介して中間タンク6に供給される。   The liquid feed pump 7 supplies the ink stored in the storage tank 8 to the intermediate tank 6 and is disposed in the middle of the supply pipe 11. The ink stored in the storage tank 8 is pumped up by the liquid feed pump 7 and supplied to the intermediate tank 6 through the supply pipe 11.

定着機構9は、インクジェットヘッド部2によって記録媒体Pに吐出されたインクを当該記録媒体Pに定着させる。この定着機構9は、吐出されたインクを記録媒体Pに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにUV(紫外線)を照射することによりインクを硬化させるためのUVランプ等で構成されている。   The fixing mechanism 9 fixes the ink ejected to the recording medium P by the inkjet head unit 2 on the recording medium P. The fixing mechanism 9 includes a heater for heat-fixing the discharged ink on the recording medium P, a UV lamp for curing the ink by irradiating the discharged ink with UV (ultraviolet light), and the like. Yes.

上記の構成において、繰り出しロール3から繰り出される記録媒体Pは、バックロール5により、インクジェットヘッド部2との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部2から記録媒体Pに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Pに吐出されたインクは定着機構9によって定着され、インク定着後の記録媒体Pが巻き取りロール4によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ1では、インクジェットヘッド部2を静止させた状態で、記録媒体Pを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Pに画像が形成される。   In the above configuration, the recording medium P fed from the feeding roll 3 is transported to a position facing the inkjet head unit 2 by the back roll 5, and ink is ejected from the inkjet head unit 2 to the recording medium P. Thereafter, the ink ejected onto the recording medium P is fixed by the fixing mechanism 9, and the recording medium P after ink fixing is taken up by the take-up roll 4. As described above, in the line head type inkjet printer 1, ink is ejected while the recording medium P is conveyed while the inkjet head unit 2 is stationary, and an image is formed on the recording medium P.

なお、インクジェットプリンタ1は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向(幅方向)にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。この場合、インクジェットヘッドは、キャリッジ等の構造体に支持された状態で、記録媒体の幅方向に移動する。また、記録媒体Pとしては、長尺状のもの以外にも、予め所定の大きさ(形状)に裁断されたシート状のものを用いてもよい。   The ink jet printer 1 may be configured to form an image on a recording medium by a serial head method. The serial head method is a method of forming an image by ejecting ink by moving an inkjet head in a direction (width direction) orthogonal to the transport direction while transporting a recording medium. In this case, the ink jet head moves in the width direction of the recording medium while being supported by a structure such as a carriage. Further, as the recording medium P, in addition to the long one, a sheet-like one that has been cut into a predetermined size (shape) in advance may be used.

〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、上記したインクジェットヘッド21の構成について説明する。図2は、インクジェットヘッド21の圧電アクチュエータ21aの概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるA−A’線矢視断面図とを併せて示したものである。なお、図2の平面図では、便宜上、後述する保護層27および配線28の図示を省略している。また、図3は、図2の圧電アクチュエータ21aにノズル基板31を接合してなるインクジェットヘッド21の断面図である。
[Configuration of inkjet head]
Next, the configuration of the inkjet head 21 will be described. FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the piezoelectric actuator 21a of the inkjet head 21 and a cross-sectional view taken along the line AA ′ in the plan view. In the plan view of FIG. 2, for the sake of convenience, illustration of a protective layer 27 and a wiring 28, which will be described later, is omitted. FIG. 3 is a cross-sectional view of an inkjet head 21 in which a nozzle substrate 31 is bonded to the piezoelectric actuator 21a of FIG.

インクジェットヘッド21は、複数の圧力室22a(開口部)を有する支持基板22上に、熱酸化膜23、下部電極24、圧電体25、上部電極26をこの順で有している。支持基板22、熱酸化膜23および下部電極24は、デバイス基板30を構成している。そして、圧電体25および上部電極26は、デバイス基板30上で保護層27によって覆われ、保護されている。   The inkjet head 21 has a thermal oxide film 23, a lower electrode 24, a piezoelectric body 25, and an upper electrode 26 in this order on a support substrate 22 having a plurality of pressure chambers 22a (openings). The support substrate 22, the thermal oxide film 23, and the lower electrode 24 constitute a device substrate 30. The piezoelectric body 25 and the upper electrode 26 are covered and protected by a protective layer 27 on the device substrate 30.

支持基板22は、厚さが例えば100〜300μm程度の単結晶Si(シリコン)単体からなる半導体基板またはSOI(Silicon on Insulator)基板で構成されている。この支持基板22は、厚さ750μm程度の基板を研磨処理によって厚さ100〜300μm程度に調整したものである。支持基板22の厚さは、適用するデバイスに応じて適宜調整されればよい。SOI基板は、酸化膜を介して2枚のSi基板を接合したものである。   The support substrate 22 is configured by a semiconductor substrate or an SOI (Silicon on Insulator) substrate made of a single crystal Si (silicon) alone having a thickness of about 100 to 300 μm, for example. The support substrate 22 is obtained by adjusting a substrate having a thickness of about 750 μm to a thickness of about 100 to 300 μm by polishing. The thickness of the support substrate 22 may be appropriately adjusted according to the device to be applied. The SOI substrate is obtained by bonding two Si substrates through an oxide film.

支持基板22における圧力室22aの上壁(圧力室22aに対して圧電体25側に位置する壁)は、従動膜となる振動板22b(ダイヤフラム)を構成しており、圧電体25の駆動(伸縮)に伴って変位(振動)し、圧力室22a内のインクに圧力を付与する。各圧力室22aは、平面視で千鳥状に、つまり、隣り合う行と行とで各圧力室22aが行方向にずれて位置するように、支持基板22に形成されている。   An upper wall of the pressure chamber 22a in the support substrate 22 (a wall positioned on the piezoelectric body 25 side with respect to the pressure chamber 22a) constitutes a diaphragm 22b (diaphragm) serving as a driven film, and drives the piezoelectric body 25 ( Displacement (vibration) is accompanied with expansion and contraction, and pressure is applied to the ink in the pressure chamber 22a. The pressure chambers 22a are formed on the support substrate 22 in a staggered manner in plan view, that is, the pressure chambers 22a are positioned so as to be shifted in the row direction between adjacent rows.

熱酸化膜23は、例えば厚さが0.1μm程度のSiO2(酸化シリコン)からなり、支持基板22の保護および絶縁の目的で形成されている。 The thermal oxide film 23 is made of, for example, SiO 2 (silicon oxide) having a thickness of about 0.1 μm, and is formed for the purpose of protecting and insulating the support substrate 22.

下部電極24は、複数の圧力室22aに共通して設けられるコモン電極であり、Ti(チタン)層とPt(白金)層とを積層して構成されている。Ti層は、熱酸化膜23とPt層との密着性を向上させるために形成されている。Ti層の厚さは例えば0.02μm程度であり、Pt層の厚さは例えば0.1μm程度である。下部電極24は、圧電体25を駆動するための駆動回路29と接続されている。なお、下部電極24のPt層の代わりに、イリジウム(Ir)、酸化イリジウム(IrO2)、ルテニウム(Ru)、酸化ルテニウム(RuO2)のような金属または金属酸化物からなる層を形成してもよい。 The lower electrode 24 is a common electrode provided in common to the plurality of pressure chambers 22a, and is configured by laminating a Ti (titanium) layer and a Pt (platinum) layer. The Ti layer is formed in order to improve the adhesion between the thermal oxide film 23 and the Pt layer. The thickness of the Ti layer is, for example, about 0.02 μm, and the thickness of the Pt layer is, for example, about 0.1 μm. The lower electrode 24 is connected to a drive circuit 29 for driving the piezoelectric body 25. Instead of the Pt layer of the lower electrode 24, a layer made of a metal or metal oxide such as iridium (Ir), iridium oxide (IrO 2 ), ruthenium (Ru), ruthenium oxide (RuO 2 ) is formed. Also good.

圧電体25は、一般式ABO3で示されるペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜であり、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる強誘電体薄膜で構成されている。この圧電体25は、各圧力室22aに対応して設けられている。圧電体25の膜厚は、例えば1μm以上10μm以下である。本実施形態では、圧電体25は、後述するように、PZTと格子定数が近いMgO(酸化マグネシウム)などの専用基板上に成膜されて、デバイス基板30上に転写されたものであるため、単結晶の圧電体となっている。 The piezoelectric body 25 is a piezoelectric thin film having a perovskite structure represented by the general formula ABO 3 , for example, a ferroelectric thin film made of PZT (lead zirconate titanate). The piezoelectric body 25 is provided corresponding to each pressure chamber 22a. The film thickness of the piezoelectric body 25 is, for example, 1 μm or more and 10 μm or less. In the present embodiment, the piezoelectric body 25 is formed on a dedicated substrate such as MgO (magnesium oxide) having a lattice constant close to that of PZT and transferred onto the device substrate 30 as described later. It is a single crystal piezoelectric body.

上部電極26は、各圧力室22aに対応して設けられる個別電極であり、Ti層とPt層とを積層して構成されている。Ti層は、圧電体25とPt層との密着性を向上させるために形成されている。Ti層の厚さは例えば0.02μm程度であり、Pt層の厚さは例えば0.1〜0.2μm程度である。なお、Pt層の代わりに、金(Au)からなる層を形成してもよい。   The upper electrode 26 is an individual electrode provided corresponding to each pressure chamber 22a, and is configured by laminating a Ti layer and a Pt layer. The Ti layer is formed in order to improve the adhesion between the piezoelectric body 25 and the Pt layer. The thickness of the Ti layer is about 0.02 μm, for example, and the thickness of the Pt layer is about 0.1 to 0.2 μm, for example. Note that a layer made of gold (Au) may be formed instead of the Pt layer.

上部電極26は、駆動回路29と配線28を介して接続されている。配線28は、保護層27に形成された開口部27aを埋めるように、保護層27上に形成されており、開口部27a内で上部電極26と接触している。したがって、配線28を介して上部電極26に電圧を印加することが可能となっている。配線28は、上部電極26に含まれる材料と同じ金属材料(例えばPt)で形成されてもよいし、異なる金属材料で形成されてもよい。   The upper electrode 26 is connected to the drive circuit 29 via the wiring 28. The wiring 28 is formed on the protective layer 27 so as to fill the opening 27a formed in the protective layer 27, and is in contact with the upper electrode 26 in the opening 27a. Therefore, it is possible to apply a voltage to the upper electrode 26 via the wiring 28. The wiring 28 may be formed of the same metal material (for example, Pt) as the material included in the upper electrode 26, or may be formed of a different metal material.

保護層27は、感光性樹脂(例えばエポキシ樹脂)からなる樹脂シート40で構成されている。この樹脂シート40は、後述する専用基板51(図4参照)から圧電体25を剥離(転写)して、圧電体25をデバイス基板30上に転写(再転写)する際に用いられるものであり、デバイス基板30上に圧電体25を再転写した後に、デバイス基板30から剥がされずにそのまま残されたものである。これにより、デバイス基板30上の圧電体25や上部電極26は、再転写後に残された樹脂シート40によって被覆され、保護される。   The protective layer 27 is composed of a resin sheet 40 made of a photosensitive resin (for example, epoxy resin). The resin sheet 40 is used when the piezoelectric body 25 is peeled off (transferred) from a dedicated substrate 51 (see FIG. 4), which will be described later, and the piezoelectric body 25 is transferred (retransferred) onto the device substrate 30. After the piezoelectric body 25 is retransferred onto the device substrate 30, it is left as it is without being peeled off from the device substrate 30. Thereby, the piezoelectric body 25 and the upper electrode 26 on the device substrate 30 are covered and protected by the resin sheet 40 left after the retransfer.

支持基板22に対して圧電体25とは反対側には、ノズル基板31が接合されている。ノズル基板31には、圧力室22aに収容されるインクをインク滴として外部に吐出するためのノズル孔31a(インク吐出孔)が形成されている。圧力室22aには、中間タンク6から供給されるインクが収容される。   A nozzle substrate 31 is bonded to the support substrate 22 on the side opposite to the piezoelectric body 25. The nozzle substrate 31 is formed with nozzle holes 31a (ink ejection holes) for ejecting ink stored in the pressure chambers 22a to the outside as ink droplets. Ink supplied from the intermediate tank 6 is stored in the pressure chamber 22a.

上記の構成において、駆動回路29から下部電極24および所定の上部電極26に電圧を印加すると、圧電体25が、下部電極24と上部電極26との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向(支持基板22の面に平行な方向)に伸縮する。そして、圧電体25と振動板22bとの長さの違いにより、振動板22bに曲率が生じ、振動板22bが厚さ方向に変位(湾曲、振動)する。   In the above configuration, when a voltage is applied from the drive circuit 29 to the lower electrode 24 and the predetermined upper electrode 26, the piezoelectric body 25 is in a direction perpendicular to the thickness direction according to the potential difference between the lower electrode 24 and the upper electrode 26. It expands and contracts in the direction parallel to the surface of the support substrate 22. Then, due to the difference in length between the piezoelectric body 25 and the diaphragm 22b, a curvature is generated in the diaphragm 22b, and the diaphragm 22b is displaced (curved or vibrated) in the thickness direction.

したがって、圧力室22a内にインクを収容しておけば、上述した振動板22bの振動により、圧力室22a内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室22a内のインクがノズル孔31aからインク滴として外部に吐出される。   Therefore, if ink is accommodated in the pressure chamber 22a, a pressure wave is propagated to the ink in the pressure chamber 22a by the vibration of the vibration plate 22b described above, and the ink in the pressure chamber 22a drops from the nozzle hole 31a into an ink droplet. Is discharged to the outside.

なお、圧力室22a内に収容される媒体は、インク以外の液体であってもよく、気体であってもよい。この場合、圧力室22a内の媒体に圧力を付与して外部に吐出するポンプとして、圧電アクチュエータ21aを用いることができる。   Note that the medium accommodated in the pressure chamber 22a may be a liquid other than ink or a gas. In this case, the piezoelectric actuator 21a can be used as a pump that applies pressure to the medium in the pressure chamber 22a and discharges the medium to the outside.

また、駆動回路29を、圧電体25の振動によって上部電極26と下部電極24との間に発生する電圧を検知する電圧検知部として用いてもよい。この場合、駆動回路29での上記電圧の検知によって圧電体25の振動を検知できるため、圧電アクチュエータ21aを圧電センサとして用いることができる。例えば、音波や超音波により圧電体25が振動すると、上下の電極間に電圧が発生するため、このときの周波数や電圧の大きさを検出することにより、圧電アクチュエータ21aを超音波センサとして用いることができる。この他、同様の原理により、圧電アクチュエータ21aを、振動センサやジャイロセンサ(角速度センサ)として用いることもできる。   Alternatively, the drive circuit 29 may be used as a voltage detection unit that detects a voltage generated between the upper electrode 26 and the lower electrode 24 due to vibration of the piezoelectric body 25. In this case, since the vibration of the piezoelectric body 25 can be detected by detecting the voltage in the drive circuit 29, the piezoelectric actuator 21a can be used as a piezoelectric sensor. For example, when the piezoelectric body 25 is vibrated by sound waves or ultrasonic waves, a voltage is generated between the upper and lower electrodes. By detecting the frequency and the magnitude of the voltage at this time, the piezoelectric actuator 21a is used as an ultrasonic sensor. Can do. In addition, based on the same principle, the piezoelectric actuator 21a can be used as a vibration sensor or a gyro sensor (angular velocity sensor).

〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、本実施形態のインクジェットヘッド21の製造方法について、圧電アクチュエータ21aの製造方法も含めて以下に説明する。図4〜図7は、インクジェットヘッド21の製造工程の流れを示すフローチャートと、各製造工程を示す断面図とを併せて示したものである。
[Inkjet head manufacturing method]
Next, the manufacturing method of the inkjet head 21 of this embodiment is demonstrated below including the manufacturing method of the piezoelectric actuator 21a. 4 to 7 show a flowchart showing the flow of the manufacturing process of the inkjet head 21 and cross-sectional views showing each manufacturing process.

まず、専用基板51を用意する(S1)。専用基板51としては、結晶の格子定数が、その上に成膜するPZTの格子定数(0.41nm)と近いものを選定する。ここでは、専用基板51として、MgOの単結晶基板(格子定数:0.42nm)を用いている。専用基板51のサイズは、例えば、直径1〜4インチ、厚さが300〜500μm程度である。   First, a dedicated substrate 51 is prepared (S1). As the dedicated substrate 51, a substrate having a crystal lattice constant close to the lattice constant (0.41 nm) of PZT formed thereon is selected. Here, a single crystal substrate of MgO (lattice constant: 0.42 nm) is used as the dedicated substrate 51. The size of the dedicated substrate 51 is, for example, about 1 to 4 inches in diameter and about 300 to 500 μm in thickness.

続いて、専用基板51上に、PZTからなる圧電体25をスパッタ法で成膜する(S2:成膜工程)。MgOとPZTとは格子整合しているため(格子定数の差が小さいため)、PZTの結晶成長を促進することができ、これによって、専用基板51には、圧電体25が単結晶状態で成膜される。   Subsequently, a piezoelectric body 25 made of PZT is formed on the dedicated substrate 51 by sputtering (S2: film formation step). Since MgO and PZT are lattice-matched (because the difference in lattice constant is small), the crystal growth of PZT can be promoted. As a result, the piezoelectric substrate 25 is formed on the dedicated substrate 51 in a single crystal state. Be filmed.

PZTの成膜方法は、上記のスパッタ法以外にも、イオンプレーティング法、分子線エピタキシー法(MBE:Molecular Beam Epitaxy)、パルスレーザーデポジション法(PLD:Pulsed Laser Deposition)などの他の物理気相法、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)などの化学気相法、ゾルゲル法などの液相法であってもよい。また、PZTの厚みは、用途によって異なるが、メモリやセンサ用途では1μm以下程度であり、アクチュエータ用途では5μm以下程度であればよい。   In addition to the sputtering method described above, the PZT film formation method includes other physical features such as ion plating, molecular beam epitaxy (MBE), and pulsed laser deposition (PLD). It may be a liquid phase method such as a phase method, a chemical vapor phase method such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), or a sol-gel method. Moreover, although the thickness of PZT changes with uses, it is about 1 micrometer or less for a memory or a sensor use, and should just be about 5 micrometers or less for an actuator use.

次に、圧電体25の表面、すなわち、圧電体25に対して専用基板51とは反対側に、Ti層26aおよびPt層26bをスパッタ法によってこの順で成膜し、Ti層26aおよびPt層26bからなる上部電極26を第1の電極として形成する(S3、S4:電極形成工程)。Ti層26aの膜厚は0.02μm程度であり、Pt層26bの膜厚は、0.1μm程度である。   Next, a Ti layer 26a and a Pt layer 26b are formed in this order by sputtering on the surface of the piezoelectric body 25, that is, on the side opposite to the dedicated substrate 51 with respect to the piezoelectric body 25, and the Ti layer 26a and the Pt layer are formed. The upper electrode 26 made of 26b is formed as the first electrode (S3, S4: electrode forming step). The thickness of the Ti layer 26a is about 0.02 μm, and the thickness of the Pt layer 26b is about 0.1 μm.

次に、上部電極26をパターニングする(S5、S6:電極パターニング工程)。より具体的には、上部電極26上にレジスト剤をスピンコート法で塗布し、露光、現像して、必要な領域を保護するレジスト層52を形成する(S5)。そして、レジスト層52をマスクとして、上部電極26のTi層26aおよびPt層26bをドライエッチング法で除去する(S6)。なお、上部電極26がTi/Auの積層構造などである場合は、ウェットエッチング法で上部電極26をパターニングしてもよい。このとき、エッチング溶液としては、レジスト剤を除去できるものを用いる。上部電極26のパターニング形状は、デバイス基板30に形成される圧力室22aの形状に対応する形状であればよく、例えば、圧力室22aの形状が平面視で円形であれば、上部電極26も平面視で円形である。   Next, the upper electrode 26 is patterned (S5, S6: electrode patterning step). More specifically, a resist agent is applied onto the upper electrode 26 by spin coating, exposed and developed to form a resist layer 52 that protects a necessary region (S5). Then, using the resist layer 52 as a mask, the Ti layer 26a and the Pt layer 26b of the upper electrode 26 are removed by a dry etching method (S6). If the upper electrode 26 has a Ti / Au laminated structure, the upper electrode 26 may be patterned by wet etching. At this time, an etching solution that can remove the resist agent is used. The patterning shape of the upper electrode 26 may be a shape corresponding to the shape of the pressure chamber 22a formed on the device substrate 30. For example, if the shape of the pressure chamber 22a is circular in plan view, the upper electrode 26 is also flat. Circular in view.

続いて、圧電体25をパターニングして、専用基板51の一部を露出させる(S7:圧電体パターニング工程)。圧電体25のパターニングには、ドライエッチング法を用いてもよいが、圧電体25の膜厚が厚い場合には、ウェットエッチング法を用いてもよい。このときのエッチング溶液としては、フッ酸と硝酸との混合液を用いることができる。圧電体25のパターニングは、上部電極26をマスクとして行われるため、そのパターニング形状は、上部電極26と同じ形状(例えば円形)である。   Subsequently, the piezoelectric body 25 is patterned to expose a part of the dedicated substrate 51 (S7: piezoelectric body patterning step). For patterning the piezoelectric body 25, a dry etching method may be used, but when the piezoelectric body 25 is thick, a wet etching method may be used. As an etching solution at this time, a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid can be used. Since the patterning of the piezoelectric body 25 is performed using the upper electrode 26 as a mask, the patterning shape is the same as the upper electrode 26 (for example, a circle).

その後、レジスト層52を溶剤で除去する(S8)。   Thereafter, the resist layer 52 is removed with a solvent (S8).

次に、圧電体25および上部電極26を樹脂シート40に転写する(S9、S10:転写工程)。より具体的には、専用基板51上に、エポキシ系の感光性樹脂からなるレジスト剤を、圧電体25および上部電極26を覆うように塗布し、これを硬化させて樹脂シート40を形成する(S9)。なお、樹脂シート40は、熱硬化性樹脂で形成されてもよいし、上部電極26等のパターニングの際に用いたレジスト剤と同じ樹脂で形成されてもよい。その後、専用基板51の端部から樹脂シート40を剥離する(S10)。   Next, the piezoelectric body 25 and the upper electrode 26 are transferred to the resin sheet 40 (S9, S10: transfer step). More specifically, a resist agent made of an epoxy-based photosensitive resin is applied on the dedicated substrate 51 so as to cover the piezoelectric body 25 and the upper electrode 26, and is cured to form the resin sheet 40 ( S9). The resin sheet 40 may be formed of a thermosetting resin, or may be formed of the same resin as the resist agent used in patterning the upper electrode 26 and the like. Thereafter, the resin sheet 40 is peeled from the end of the dedicated substrate 51 (S10).

このとき、上部電極26は軟質の樹脂シート40に吸着するため、専用基板51(MgO)と圧電体25(PZT)との密着性よりも、上部電極26と樹脂シート40との密着性のほうが高くなる。また、圧電体25および上部電極26は、樹脂シート40で覆われてほぼ一体となっているため、専用基板51と圧電体25との密着性よりも、圧電体25と上部電極26との密着性のほうが高くなる。その結果、専用基板51から樹脂シート40を剥離すると、圧電体25は上部電極26とともに専用基板51から樹脂シート40に転写される。   At this time, since the upper electrode 26 is adsorbed to the soft resin sheet 40, the adhesion between the upper electrode 26 and the resin sheet 40 is better than the adhesion between the dedicated substrate 51 (MgO) and the piezoelectric body 25 (PZT). Get higher. In addition, since the piezoelectric body 25 and the upper electrode 26 are covered with the resin sheet 40 and are almost integrated, the adhesion between the piezoelectric body 25 and the upper electrode 26 rather than the adhesion between the dedicated substrate 51 and the piezoelectric body 25. Sex is higher. As a result, when the resin sheet 40 is peeled from the dedicated substrate 51, the piezoelectric body 25 is transferred from the dedicated substrate 51 to the resin sheet 40 together with the upper electrode 26.

次に、圧電体25および上部電極26を樹脂シート40と一体的にデバイス基板30上に再転写する。そして、圧電体25および上部電極26を覆うように樹脂シート40をデバイス基板30上に残すことにより、圧電体25および上部電極26を樹脂シート40によって保護する(S11、S12:保護工程)。より具体的には、デバイス基板30の圧力室22aの位置と圧電体25の位置とが一致するように、アライナ装置によってデバイス基板30に対する圧電体25の位置決めを行う(S11)。そして、位置決め後、圧電体25および上部電極26が転写された樹脂シート40を、デバイス基板30に加圧、密着させ、圧電体25および上部電極26を樹脂シート40と一体的にデバイス基板30上に再転写する(S12)。なお、両者の密着性を高めるため、予め両者の表面を洗浄、灰化、加熱しておいてもよい。この再転写により、樹脂シート40は、デバイス基板30上で、圧電体25および上部電極26を保護する保護層27となる。   Next, the piezoelectric body 25 and the upper electrode 26 are retransferred onto the device substrate 30 integrally with the resin sheet 40. Then, by leaving the resin sheet 40 on the device substrate 30 so as to cover the piezoelectric body 25 and the upper electrode 26, the piezoelectric body 25 and the upper electrode 26 are protected by the resin sheet 40 (S11, S12: protection step). More specifically, the aligner device positions the piezoelectric body 25 with respect to the device substrate 30 so that the position of the pressure chamber 22a of the device substrate 30 matches the position of the piezoelectric body 25 (S11). After the positioning, the resin sheet 40 to which the piezoelectric body 25 and the upper electrode 26 are transferred is pressed and adhered to the device substrate 30, and the piezoelectric body 25 and the upper electrode 26 are integrated with the resin sheet 40 on the device substrate 30. (S12). In addition, in order to improve both adhesiveness, you may wash | clean, incinerate, and heat the surface of both beforehand. By this retransfer, the resin sheet 40 becomes a protective layer 27 that protects the piezoelectric body 25 and the upper electrode 26 on the device substrate 30.

上記のデバイス基板30としては、Si基板またはSOI基板からなる支持基板22と、熱酸化膜23と、下部電極24(第2の電極)とがこの順で形成されたものを用意している。支持基板22の一部は予め除去加工されており、平面視で円形の圧力室22aが形成されている。下部電極24は、支持基板22側からTi層とPt層とをこの順で積層して構成されている。下部電極24の各層の成膜方法は、上部電極26の各層と同じであってもよいし、異なっていてもよい。   As the device substrate 30, a substrate in which a support substrate 22 made of a Si substrate or an SOI substrate, a thermal oxide film 23, and a lower electrode 24 (second electrode) are formed in this order is prepared. A part of the support substrate 22 is removed in advance, and a circular pressure chamber 22a is formed in plan view. The lower electrode 24 is configured by laminating a Ti layer and a Pt layer in this order from the support substrate 22 side. The method of forming each layer of the lower electrode 24 may be the same as or different from that of each layer of the upper electrode 26.

その後、上部電極26を引き出す配線28を形成する(S13、S14)。つまり、上部電極26の一部が露出するように、樹脂シート40に対して露光、現像を行って樹脂シート40の一部を除去し、樹脂シート40に開口部40aを形成する(S13:除去工程)。なお、開口部40aは、図2および図3の開口部27aに対応する。そして、開口部40a内で露出した上部電極26上および樹脂シート40上に配線28を形成する(S14:配線形成工程)。これにより、圧電アクチュエータ21aが完成する。   Thereafter, a wiring 28 for drawing out the upper electrode 26 is formed (S13, S14). That is, the resin sheet 40 is exposed and developed so that a part of the upper electrode 26 is exposed to remove a part of the resin sheet 40, and an opening 40a is formed in the resin sheet 40 (S13: removal). Process). The opening 40a corresponds to the opening 27a in FIGS. Then, the wiring 28 is formed on the upper electrode 26 and the resin sheet 40 exposed in the opening 40a (S14: wiring formation step). Thereby, the piezoelectric actuator 21a is completed.

さらに、この圧電アクチュエータ21aのデバイス基板30に対して圧電体25とは反対側に、ノズル基板31を貼り合わせる(S15:貼合工程)。これにより、デバイス基板30の圧力室22aに収容されるインクを、ノズル基板31のノズル孔31aから外部に吐出させるインクジェットヘッド21が完成する。   Further, the nozzle substrate 31 is bonded to the device substrate 30 of the piezoelectric actuator 21a on the side opposite to the piezoelectric body 25 (S15: bonding step). Thereby, the ink jet head 21 that discharges the ink stored in the pressure chamber 22a of the device substrate 30 to the outside from the nozzle holes 31a of the nozzle substrate 31 is completed.

以上のように、本実施形態では、圧電体25と格子定数が整合した専用基板51上に、圧電体25を単結晶で成膜し、その単結晶の圧電体25を樹脂シート40に転写した後、デバイス基板30上に再転写して圧電アクチュエータ21aおよびインクジェットヘッド21を得るようにしている。圧電体25が単結晶であるため、多結晶状態に比べて、圧電定数や耐電圧などの特性を向上させることができる。   As described above, in this embodiment, the piezoelectric body 25 is formed as a single crystal on the dedicated substrate 51 whose lattice constant is matched with that of the piezoelectric body 25, and the single crystal piezoelectric body 25 is transferred to the resin sheet 40. Thereafter, the piezoelectric actuator 21a and the ink jet head 21 are obtained by retransferring them onto the device substrate 30. Since the piezoelectric body 25 is a single crystal, characteristics such as a piezoelectric constant and a withstand voltage can be improved as compared with a polycrystalline state.

また、樹脂シート40は軟質であり、容易に変形するため、専用基板51に対して樹脂シート40を端部から剥離する際に、剥離しようとする箇所に応力が集中しやすい。そのため、樹脂シート40を剥離することが容易となり、圧電体25を専用基板51から確実に剥がす(樹脂シート40に確実に転写する)ことが可能となる。また、樹脂シート40は軟質であるため、圧電体の再転写時の押し圧力が樹脂シートで吸収、緩和される。これにより、再転写時に圧電体25に割れや欠けが生じるのを低減できる。   Further, since the resin sheet 40 is soft and easily deforms, when the resin sheet 40 is peeled from the end portion with respect to the dedicated substrate 51, the stress is likely to concentrate on the portion to be peeled. Therefore, the resin sheet 40 can be easily peeled off, and the piezoelectric body 25 can be reliably peeled off from the dedicated substrate 51 (transfer to the resin sheet 40 reliably). Further, since the resin sheet 40 is soft, the pressing force at the time of retransfer of the piezoelectric body is absorbed and relaxed by the resin sheet. Thereby, it is possible to reduce the occurrence of cracks and chipping in the piezoelectric body 25 during retransfer.

さらに、デバイス基板30上の単結晶の圧電体25は、保護層27によって被覆、保護されるが、この保護層27は、上述した樹脂シート40で形成されている。樹脂シート40は、専用基板51上に成膜された単結晶の圧電体25をデバイス基板30上に再転写した後に、圧電体25を覆うようにデバイス基板30上に残るものであり、剥離されないため、剥離時の引張応力に起因する圧電体25の割れ/欠けや、密着性低下が起こることもない。また、再転写後にデバイス基板30上に残る樹脂シート40(保護層27)によって圧電体25が保護されるため、再転写後の圧電体25の損傷(外力による傷つき、水分による劣化)やゴミ等の付着による汚れも回避できる。   Further, the single crystal piezoelectric body 25 on the device substrate 30 is covered and protected by a protective layer 27, and the protective layer 27 is formed of the resin sheet 40 described above. The resin sheet 40 remains on the device substrate 30 so as to cover the piezoelectric body 25 after the single crystal piezoelectric body 25 formed on the dedicated substrate 51 is retransferred onto the device substrate 30 and is not peeled off. Therefore, the crack / chip of the piezoelectric body 25 caused by the tensile stress at the time of peeling, and the adhesion deterioration do not occur. In addition, since the piezoelectric body 25 is protected by the resin sheet 40 (protective layer 27) remaining on the device substrate 30 after the retransfer, the piezoelectric body 25 is damaged (damaged by external force, deteriorated by moisture), dust, or the like after the retransfer. Dirt due to adhesion of can also be avoided.

また、圧電体25を樹脂シート40に転写する前に、圧電体25をパターニングして、専用基板51の一部を露出させているため、圧電体25と専用基板51との接触面積が、パターニング前に比べて減少する。これにより、圧電体25を樹脂シート40に転写する際に、圧電体25を専用基板51から剥離する力を小さくでき、剥離が容易となる。   Further, before transferring the piezoelectric body 25 to the resin sheet 40, the piezoelectric body 25 is patterned to expose a part of the dedicated substrate 51. Therefore, the contact area between the piezoelectric body 25 and the dedicated substrate 51 is determined by patterning. Reduced compared to before. Thereby, when transferring the piezoelectric body 25 to the resin sheet 40, the force for peeling the piezoelectric body 25 from the dedicated substrate 51 can be reduced, and the peeling is facilitated.

また、専用基板51の一部が露出するように、圧電体25がパターニングされていることにより、圧電体25を樹脂シート40に転写した後、デバイス基板30に再転写したときに、樹脂シート40の一部(圧電体25の除去部分に対応)がデバイス基板30と密着する。これにより、圧電体25とデバイス基板30との密着性に加えて、樹脂シート40の一部とデバイス基板30との密着性が得られるため、再転写後のデバイス基板30からの圧電体25の剥離を確実に低減することができる。   Further, since the piezoelectric body 25 is patterned so that a part of the dedicated substrate 51 is exposed, the resin sheet 40 is transferred when the piezoelectric body 25 is transferred to the resin sheet 40 and then transferred again to the device substrate 30. Part (corresponding to the removed part of the piezoelectric body 25) adheres to the device substrate 30. Thereby, in addition to the adhesiveness between the piezoelectric body 25 and the device substrate 30, the adhesiveness between a part of the resin sheet 40 and the device substrate 30 can be obtained. Therefore, the piezoelectric body 25 from the device substrate 30 after retransfer is obtained. Peeling can be reliably reduced.

また、圧電体25のパターニング前に、圧電体25上に上部電極26を形成してパターニングし、圧電体25と上部電極26とを同時に樹脂シート40に転写し、その後、デバイス基板30上に再転写するため、再転写後、直ちに、圧電体25を上部電極26とデバイス基板30の下部電極24とで挟み込んだ構造の圧電アクチュエータ21aを得ることができる。   Further, before patterning the piezoelectric body 25, the upper electrode 26 is formed on the piezoelectric body 25 and patterned, and the piezoelectric body 25 and the upper electrode 26 are transferred to the resin sheet 40 at the same time. Since the transfer is performed, the piezoelectric actuator 21a having a structure in which the piezoelectric body 25 is sandwiched between the upper electrode 26 and the lower electrode 24 of the device substrate 30 can be obtained immediately after the retransfer.

また、再転写後は、樹脂シート40の一部を除去することにより、上述したように、その除去した部分(開口部40a)に配線28を形成して上部電極26を引き出すことが可能となる。しかも、樹脂シート40は絶縁性を有するため、樹脂シート40上で配線28を自由に(引出方向に制約を受けることなく)形成することができる。また、再転写後に樹脂シート40の一部を除去することにより、除去する場所によっては、その除去した部分をインク流路として用いることもできる。   Further, after the retransfer, by removing a part of the resin sheet 40, as described above, the wiring 28 can be formed in the removed part (opening 40a) and the upper electrode 26 can be drawn out. . Moreover, since the resin sheet 40 has insulating properties, the wiring 28 can be freely formed on the resin sheet 40 (without being restricted in the drawing direction). Further, by removing a part of the resin sheet 40 after retransfer, the removed part can be used as an ink flow path depending on the place to be removed.

また、樹脂シート40は感光性樹脂で構成されているため、樹脂シート40の一部を除去する場合でも、露光および現像によって容易にパターニングし、除去することができる。   Further, since the resin sheet 40 is made of a photosensitive resin, even when a part of the resin sheet 40 is removed, it can be easily patterned and removed by exposure and development.

また、デバイス基板30は、下部電極24を支持する支持基板22を含んでおり、支持基板22は、加工が容易なSi基板またはSOI基板で構成されているため、圧電アクチュエータ21aひいてはインクジェットヘッド21を安価に製造することができる。   Further, the device substrate 30 includes a support substrate 22 that supports the lower electrode 24. The support substrate 22 is formed of a Si substrate or an SOI substrate that can be easily processed. Therefore, the piezoelectric actuator 21a and the inkjet head 21 are arranged. It can be manufactured at low cost.

また、MgOとPZTとでは、格子定数の差が小さいため、MgOからなる専用基板51上に、PZTからなる圧電体25を成膜することにより、単結晶の圧電体25を容易に成膜することができる。   Further, since the difference in lattice constant between MgO and PZT is small, the single crystal piezoelectric body 25 can be easily formed by forming the piezoelectric body 25 made of PZT on the dedicated substrate 51 made of MgO. be able to.

また、デバイス基板30には、圧電体25に対応する位置に圧力室22aが形成されているため、圧電体25の伸縮によって圧力室22a内の気体や液体に圧力を付与する圧電アクチュエータ21aを実現することができる。また、圧力室22aの上部で圧電体25が振動すると、圧電効果により、上部電極26と下部電極24との間に電圧が発生するため、その電圧を検知して圧電体25の振動を検知する圧電センサを実現することもできる。すなわち、本実施形態で説明した圧電アクチュエータ21aの製造方法は、圧電センサの製造方法としても用いることができる。   Further, since the pressure chamber 22a is formed in the device substrate 30 at a position corresponding to the piezoelectric body 25, the piezoelectric actuator 21a that applies pressure to the gas or liquid in the pressure chamber 22a by the expansion and contraction of the piezoelectric body 25 is realized. can do. Further, when the piezoelectric body 25 vibrates in the upper part of the pressure chamber 22a, a voltage is generated between the upper electrode 26 and the lower electrode 24 due to the piezoelectric effect. Therefore, the vibration of the piezoelectric body 25 is detected by detecting the voltage. A piezoelectric sensor can also be realized. That is, the method for manufacturing the piezoelectric actuator 21a described in the present embodiment can also be used as a method for manufacturing a piezoelectric sensor.

また、本実施形態では、上部電極26や下部電極24を構成する材料として、Pt等を用いているが、専用基板51を構成するMgOとの格子整合によってPZTの結晶性を十分に向上させることができるため、使用する電極材料の制約を無くすことができ(材料選択の幅を広げることができ)、例えば、一般的なアルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)などの安価な金属を電極材料として用いることができる。これにより、PZTの結晶性向上と低コスト化とを両立させることができる。   In this embodiment, Pt or the like is used as the material constituting the upper electrode 26 and the lower electrode 24. However, the crystallinity of PZT is sufficiently improved by lattice matching with MgO constituting the dedicated substrate 51. Therefore, restrictions on the electrode material to be used can be eliminated (the range of material selection can be expanded). For example, it is inexpensive such as general aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), etc. A metal can be used as an electrode material. Thereby, the crystallinity improvement of PZT and cost reduction can be made compatible.

〔圧電体とデバイス基板との密着性等について〕
例えば、Si基板上に、Ptからなる下部電極、およびPZTからなる圧電体を順に成膜する場合、SiとPtとは格子整合しておらず、それゆえ、Si基板上でPtは多結晶で成長する。したがって、Pt上に成膜されるPZTは、下地のPt層に倣って多結晶で成長するため、PZT初期層の結晶性は低下する(単結晶で成膜することはできない)。初期層の結晶性は、PtとPZTとの界面での密着性に影響し、初期層の結晶性が低下すると、PZTはPtから剥離しやすくなる。また、初期層の結晶性が低下すると、PZTの後期層の結晶性も低下しやすい。後期層の結晶性が低下すると、PZTの圧電定数や耐電圧などの特性が低下する。
[Adhesion between piezoelectric body and device substrate]
For example, in the case where a lower electrode made of Pt and a piezoelectric body made of PZT are sequentially formed on a Si substrate, Si and Pt are not lattice-matched. Therefore, Pt is polycrystalline on the Si substrate. grow up. Therefore, since PZT deposited on Pt grows in a polycrystalline manner following the underlying Pt layer, the crystallinity of the PZT initial layer decreases (cannot be deposited as a single crystal). The crystallinity of the initial layer affects the adhesion at the interface between Pt and PZT, and when the crystallinity of the initial layer is lowered, PZT is easily peeled from Pt. Further, when the crystallinity of the initial layer is lowered, the crystallinity of the later layer of PZT is likely to be lowered. When the crystallinity of the later layer is lowered, characteristics such as piezoelectric constant and withstand voltage of PZT are lowered.

また、一般的な気相成膜法では、装置内を真空に保つため、Ptの表面は酸化されておらず、このPtの上にPZTを成膜しても、PZTは酸素を介してPtと結合することができない。その結果、PZTとPtとの密着性低下や、PZT初期層の結晶性低下が起こり、上記と同様の理由で、圧電定数や耐電圧などの特性も低下する。   Further, in a general vapor deposition method, the surface of the Pt is not oxidized in order to keep the inside of the apparatus in a vacuum. Even if PZT is formed on this Pt, PZT can be formed via oxygen through Pt. Cannot be combined with. As a result, the adhesion between PZT and Pt decreases and the crystallinity of the PZT initial layer decreases, and the characteristics such as the piezoelectric constant and the withstand voltage also decrease for the same reason as described above.

これに対して、本実施形態では、PZTと格子整合するMgOからなる専用基板51上に、PZTを成膜しているため、PZTの結晶性が向上する(PZTを単結晶で成膜できる)。このため、圧電定数や耐電圧といった特性を向上させることができる。それに加え、樹脂シート40を用いてPZTをデバイス基板30に転写(再転写)するため、転写前に、デバイス基板30の表面を大気に晒して、あるいはデバイス基板30を加熱して、デバイス基板30のPt(下部電極24)上に酸素を結合させることができる。そして、PZTをデバイス基板30に加圧、密着して転写することにより、PZTを、酸素を介してPtと強く結合させることができる。これにより、PZTとPtとの密着性を向上させることができる。   On the other hand, in this embodiment, since PZT is formed on the dedicated substrate 51 made of MgO lattice-matched with PZT, the crystallinity of PZT is improved (PZT can be formed as a single crystal). . For this reason, characteristics, such as a piezoelectric constant and a withstand voltage, can be improved. In addition, since PZT is transferred (retransferred) to the device substrate 30 using the resin sheet 40, the surface of the device substrate 30 is exposed to the atmosphere before the transfer or the device substrate 30 is heated before the transfer. Oxygen can be bonded onto Pt (lower electrode 24). Then, PZT can be strongly bonded to Pt via oxygen by transferring PZT to the device substrate 30 under pressure and close contact. Thereby, the adhesiveness of PZT and Pt can be improved.

つまり、本実施形態では、単結晶のPZTは、デバイス基板30上の多結晶からなるPt層上に転写されているため、PZTとPtとは格子整合していないが、そのように格子整合していない構成であっても、上述したようにPZTの結晶性、密着性および特性の向上を図ることができる。   That is, in this embodiment, since single crystal PZT is transferred onto the polycrystalline Pt layer on the device substrate 30, PZT and Pt are not lattice-matched. Even if it is not configured, the crystallinity, adhesion and characteristics of PZT can be improved as described above.

また、下部電極24の材料として、上述したAl、Cu、Crなどの金属を用いた場合でも、PZTと上記金属またはその酸化物との間で、酸素を介した結合を実現することができ、これによって密着性を向上させることができる。   Further, even when the above-described metal such as Al, Cu, Cr is used as the material of the lower electrode 24, it is possible to realize a bond via oxygen between PZT and the metal or the oxide thereof, Thereby, adhesion can be improved.

〔圧電アクチュエータの他の製造方法〕
図8は、圧電アクチュエータ21aの他の製造方法に係る製造工程の一部を示す断面図である。上部電極26は、圧電体25を樹脂シート40と一体的にデバイス基板30上に再転写した後に形成されてもよい。この場合、上部電極26の形成までの工程は、上述したS3およびS4を除いて、S1〜S12と同様の工程が行われる。以下、S12よりも後の工程について説明する。
[Other manufacturing methods of piezoelectric actuator]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a part of a manufacturing process according to another manufacturing method of the piezoelectric actuator 21a. The upper electrode 26 may be formed after the piezoelectric body 25 is re-transferred onto the device substrate 30 integrally with the resin sheet 40. In this case, the processes up to the formation of the upper electrode 26 are the same as S1 to S12 except for S3 and S4 described above. Hereinafter, the process after S12 will be described.

圧電体25を樹脂シート40とともにデバイス基板30に再転写した後、圧電体25の一部が露出するように、樹脂シート40に対して露光および現像を行って樹脂シート40の一部を除去し、開口部40aを形成する(除去工程)。続いて、開口部40a内で露出した圧電体25上に、Ti層およびPt層を順に成膜して上部電極26を形成する(電極形成工程)。その後、上部電極26と電気的に接続される配線28を、上部電極26との接続部から樹脂シート40上に引き出して形成する(配線形成工程)。   After the piezoelectric body 25 is retransferred to the device substrate 30 together with the resin sheet 40, the resin sheet 40 is exposed and developed so that a part of the piezoelectric body 25 is exposed, and a part of the resin sheet 40 is removed. Then, the opening 40a is formed (removal step). Subsequently, an upper electrode 26 is formed by sequentially forming a Ti layer and a Pt layer on the piezoelectric body 25 exposed in the opening 40a (electrode formation step). Thereafter, the wiring 28 electrically connected to the upper electrode 26 is formed on the resin sheet 40 from the connecting portion with the upper electrode 26 (wiring forming step).

このように、圧電体25のデバイス基板30への再転写後に、上部電極26を形成することにより、再転写前の転写工程(S9、S10)では、専用基板51から圧電体25のみを樹脂シート40に転写すればよいため、圧電体25を確実に転写して、専用基板51から剥離することができる。また、圧電体25の再転写後に配線28を形成することにより、駆動回路29(図2参照)から配線28を介して上部電極26に電圧を印加することが可能となる。   In this way, by forming the upper electrode 26 after retransferring the piezoelectric body 25 to the device substrate 30, in the transfer step (S9, S10) before retransfer, only the piezoelectric body 25 is transferred from the dedicated substrate 51 to the resin sheet. Therefore, the piezoelectric body 25 can be reliably transferred and peeled off from the dedicated substrate 51. Further, by forming the wiring 28 after the piezoelectric body 25 is re-transferred, it is possible to apply a voltage from the drive circuit 29 (see FIG. 2) to the upper electrode 26 via the wiring 28.

〔圧電アクチュエータのさらに他の製造方法〕
図9は、圧電アクチュエータ21aのさらに他の製造方法に係る製造工程の一部を示す断面図である。デバイス基板30として、予め圧力室22aが支持基板22に形成されたものを用いるのではなく、別途、支持基板22に圧力室22aを形成する工程を、圧電アクチュエータ21aの製造工程のどこかで設けるようにしてもよい。例えば、同図のように、圧電体25をデバイス基板30に再転写した後に、デバイス基板30(支持基板22)の圧電体25に対応する位置に、エッチングによって圧力室22aを形成してもよい(開口部形成工程)。このように、支持基板22に予め圧力室22aが形成されていないデバイス基板30を用いて圧電体25の再転写を行っても、再転写後に圧力室22aを形成することで、圧電アクチュエータ21aや圧電センサなどの圧電デバイスを実現することができる。
[Further manufacturing method of piezoelectric actuator]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of a manufacturing process according to still another method for manufacturing the piezoelectric actuator 21a. Instead of using the device substrate 30 in which the pressure chamber 22a is previously formed on the support substrate 22, a step of forming the pressure chamber 22a on the support substrate 22 is provided somewhere in the manufacturing process of the piezoelectric actuator 21a. You may do it. For example, as shown in the figure, after the piezoelectric body 25 is re-transferred to the device substrate 30, the pressure chamber 22a may be formed by etching at a position corresponding to the piezoelectric body 25 of the device substrate 30 (support substrate 22). (Opening formation process). As described above, even if the piezoelectric substrate 25 is retransferred using the device substrate 30 in which the pressure chamber 22a is not formed in advance on the support substrate 22, the piezoelectric chamber 21a or the piezoelectric actuator 21a is formed by forming the pressure chamber 22a after the retransfer. A piezoelectric device such as a piezoelectric sensor can be realized.

なお、上記の例では、開口部形成工程は、圧電体25のデバイス基板30への再転写後に行われているが、再転写前に行われてもよい。   In the above example, the opening forming step is performed after retransfer of the piezoelectric body 25 to the device substrate 30, but may be performed before retransfer.

〔その他〕
ペロブスカイト型構造を有するPZTのAサイトおよびBサイトには、他の添加物が添加されていてもよい。例えば、Aサイトの元素は、Pbに加えて、バリウム(Ba)、ランタン(La)、ストロンチウム(Sr)、ビスマス(Bi)、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カルシウム(Ca)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、カリウム(K)の少なくとも1つを含んでいてもよい。また、Bサイトの元素は、ZrおよびTiに加えて、あるいは、ZrおよびTiの少なくとも一方の代わりに、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、スカンジウム(Sc)、コバルト(Co)、銅(Cu)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)の少なくとも1つを含んでいてもよい。したがって、例えばPMNやPZNなどのリラクサ系圧電材料を圧電体として用いることもできる。
[Others]
Other additives may be added to the A site and B site of PZT having a perovskite structure. For example, in addition to Pb, elements at the A site include barium (Ba), lanthanum (La), strontium (Sr), bismuth (Bi), lithium (Li), sodium (Na), calcium (Ca), cadmium ( It may contain at least one of Cd), magnesium (Mg), and potassium (K). In addition to Zr and Ti or in place of at least one of Zr and Ti, the element at the B site may be hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr ), Molybdenum (Mo), tungsten (W), manganese (Mn), scandium (Sc), cobalt (Co), copper (Cu), indium (In), tin (Sn), gallium (Ga), cadmium (Cd) ), Iron (Fe), and nickel (Ni). Therefore, for example, a relaxor piezoelectric material such as PMN or PZN can be used as the piezoelectric body.

単結晶の圧電体(PZT)と格子整合する専用基板として、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)からなる単結晶基板(格子定数:0.39nm)を用いてもよい。また、専用基板の線膨張係数は、PZTの線膨張係数(6.7ppm/K)と近いことが望ましい。 A single crystal substrate (lattice constant: 0.39 nm) made of strontium titanate (SrTiO 3 ) may be used as a dedicated substrate that lattice matches with the single crystal piezoelectric material (PZT). The linear expansion coefficient of the dedicated substrate is desirably close to the linear expansion coefficient (6.7 ppm / K) of PZT.

圧電体は、PZT以外の圧電体(例えば非鉛系の圧電体)であってもよい。この場合、単結晶の圧電体を成膜するための専用基板としては、圧電体と格子整合するものを用いればよく、例えば酸化アルミニウム(Al23)からなる基板(格子定数:0.48nm)を用いることもできる。 The piezoelectric body may be a piezoelectric body other than PZT (for example, a lead-free piezoelectric body). In this case, the dedicated substrate for forming the piezoelectric single crystal may be used which piezoelectric lattice-matched, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3) substrate made (lattice constant: 0.48 nm ) Can also be used.

本実施形態では、圧電デバイスを、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタのアクチュエータ(圧電アクチュエータ)に適用した例について説明したが、その他、振動センサ、ジャイロセンサ、超音波センサなどの圧電センサ、赤外線センサ、周波数フィルタ、不揮発性メモリなど、種々のデバイスに適用することも可能である。   In this embodiment, an example in which the piezoelectric device is applied to an actuator (piezoelectric actuator) of an inkjet head and an inkjet printer has been described. However, other piezoelectric sensors such as vibration sensors, gyro sensors, and ultrasonic sensors, infrared sensors, and frequency filters It is also possible to apply to various devices such as a nonvolatile memory.

本発明の圧電デバイスは、例えばインクジェットヘッドのアクチュエータに利用可能である。   The piezoelectric device of the present invention can be used for an actuator of an inkjet head, for example.

1 インクジェットプリンタ
21 インクジェットヘッド
21a 圧電アクチュエータ(圧電デバイス)
22 支持基板
22a 圧力室(開口部)
24 下部電極
25 圧電体
26 上部電極
27 保護層
28 配線
30 デバイス基板
31 ノズル基板
31a ノズル孔(インク吐出孔)
40 樹脂シート
51 専用基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet printer 21 Inkjet head 21a Piezoelectric actuator (piezoelectric device)
22 Support substrate 22a Pressure chamber (opening)
24 Lower electrode 25 Piezoelectric body 26 Upper electrode 27 Protective layer 28 Wiring 30 Device substrate 31 Nozzle substrate 31a Nozzle hole (ink ejection hole)
40 Resin sheet 51 Dedicated substrate

Claims (24)

専用基板に単結晶の圧電体を成膜する成膜工程と、
前記圧電体を樹脂シートに転写する転写工程と、
前記圧電体を前記樹脂シートと一体的にデバイス基板上に再転写し、前記圧電体を覆うように前記樹脂シートを前記デバイス基板上に残すことにより、前記圧電体を保護する保護工程とを有しており、
前記転写工程の前に、前記圧電体をパターニングして、前記専用基板の一部を露出させる圧電体パターニング工程をさらに有しており、
前記圧電体パターニング工程の前に、
前記圧電体に対して前記専用基板とは反対側に第1の電極を形成する電極形成工程と、
前記第1の電極をパターニングする電極パターニング工程とを有しており、
前記転写工程では、パターニング後の前記圧電体および前記第1の電極を前記樹脂シートに転写し、
前記保護工程では、前記圧電体が前記第1の電極と前記デバイス基板が有する第2の電極とで挟まれるように、前記圧電体および前記第1の電極を前記デバイス基板上に再転写することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
A film forming process for forming a single crystal piezoelectric film on a dedicated substrate;
A transfer step of transferring the piezoelectric body to a resin sheet;
By leaving the piezoelectric body is retransferred to the resin sheet integrally with the device on a substrate, the resin sheet so as to cover the piezoelectric element on the device substrate, have a protective step for protecting the piezoelectric element And
Before the transfer step, the method further includes a piezoelectric patterning step of patterning the piezoelectric body to expose a part of the dedicated substrate,
Before the piezoelectric patterning step,
An electrode forming step of forming a first electrode on a side opposite to the dedicated substrate with respect to the piezoelectric body;
An electrode patterning step of patterning the first electrode,
In the transfer step, the piezoelectric body and the first electrode after patterning are transferred to the resin sheet,
In the protection step, the piezoelectric body and the first electrode are re-transferred onto the device substrate so that the piezoelectric body is sandwiched between the first electrode and the second electrode of the device substrate. A method of manufacturing a piezoelectric device characterized by the above.
前記保護工程の後、前記樹脂シートの一部を除去する除去工程をさらに有していることを特徴とする請求項1記載の圧電デバイスの製造方法。 The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 1 , further comprising a removing step of removing a part of the resin sheet after the protecting step. 専用基板に単結晶の圧電体を成膜する成膜工程と、
前記圧電体を樹脂シートに転写する転写工程と、
前記圧電体を前記樹脂シートと一体的にデバイス基板上に再転写し、前記圧電体を覆うように前記樹脂シートを前記デバイス基板上に残すことにより、前記圧電体を保護する保護工程とを有しており、
前記保護工程の後、前記樹脂シートの一部を除去する除去工程をさらに有していることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
A film forming process for forming a single crystal piezoelectric film on a dedicated substrate;
A transfer step of transferring the piezoelectric body to a resin sheet;
A protective step of protecting the piezoelectric body by retransferring the piezoelectric body integrally with the resin sheet onto the device substrate and leaving the resin sheet on the device substrate so as to cover the piezoelectric body. And
After the protection step, the manufacturing method of the pressure conductive devices that characterized by having removing step further to remove a portion of the resin sheet.
前記転写工程の前に、前記圧電体をパターニングして、前記専用基板の一部を露出させる圧電体パターニング工程をさらに有していることを特徴とする請求項に記載の圧電デバイスの製造方法。 The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 3 , further comprising a piezoelectric patterning step of patterning the piezoelectric body to expose a part of the dedicated substrate before the transfer step. . 前記樹脂シートは、感光性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。 The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 2 , wherein the resin sheet is made of a photosensitive resin. 前記保護工程の後、
前記第1の電極の一部が露出するように、前記樹脂シートの一部を除去する除去工程と、
前記第1の電極を引き出すための配線を、露出した前記第1の電極上および前記樹脂シート上に形成する配線形成工程とをさらに有していることを特徴とする請求項に記載の圧電デバイスの製造方法。
After the protection step,
A removing step of removing a part of the resin sheet so that a part of the first electrode is exposed;
2. The piezoelectric device according to claim 1 , further comprising a wiring forming step of forming a wiring for drawing out the first electrode on the exposed first electrode and the resin sheet. Device manufacturing method.
専用基板に単結晶の圧電体を成膜する成膜工程と、
前記圧電体を樹脂シートに転写する転写工程と、
前記圧電体を前記樹脂シートと一体的にデバイス基板上に再転写し、前記圧電体を覆うように前記樹脂シートを前記デバイス基板上に残すことにより、前記圧電体を保護する保護工程とを有しており、
前記転写工程の前に、前記圧電体をパターニングして、前記専用基板の一部を露出させる圧電体パターニング工程をさらに有しており、
前記保護工程の後、
前記圧電体の一部が露出するように、前記樹脂シートの一部を除去する除去工程と、
露出した前記圧電体上に、第1の電極を形成する電極形成工程とをさらに有していることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
A film forming process for forming a single crystal piezoelectric film on a dedicated substrate;
A transfer step of transferring the piezoelectric body to a resin sheet;
A protective step of protecting the piezoelectric body by retransferring the piezoelectric body integrally with the resin sheet onto the device substrate and leaving the resin sheet on the device substrate so as to cover the piezoelectric body. And
Before the transfer step, the method further includes a piezoelectric patterning step of patterning the piezoelectric body to expose a part of the dedicated substrate,
After the protection step,
A removing step of removing a part of the resin sheet so that a part of the piezoelectric body is exposed;
A method for manufacturing a piezoelectric device, further comprising an electrode forming step of forming a first electrode on the exposed piezoelectric body.
前記電極形成工程の後、前記第1の電極と電気的に接続される配線を前記樹脂シート上に形成する配線形成工程をさらに有していることを特徴とする請求項7に記載の圧電デバイスの製造方法。   The piezoelectric device according to claim 7, further comprising a wiring forming step of forming a wiring electrically connected to the first electrode on the resin sheet after the electrode forming step. Manufacturing method. 前記保護工程では、前記デバイス基板が有する第2の電極上に前記圧電体を再転写することを特徴とする請求項7または8に記載の圧電デバイスの製造方法。   9. The method of manufacturing a piezoelectric device according to claim 7, wherein, in the protection step, the piezoelectric body is re-transferred onto a second electrode of the device substrate. 前記デバイス基板は、前記第2の電極を支持する支持基板を含み、
前記支持基板は、シリコン基板またはSOI基板であることを特徴とする請求項または9に記載の圧電デバイスの製造方法。
The device substrate includes a support substrate that supports the second electrode;
The support substrate, the manufacturing method of the piezoelectric device according to claim 1 or 9, characterized in that a silicon substrate or a SOI substrate.
前記成膜工程では、酸化マグネシウムまたはチタン酸ストロンチウムからなる前記専用基板上に、チタン酸ジルコン酸鉛からなる前記圧電体を成膜することを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。   The said film-forming process WHEREIN: The said piezoelectric material which consists of lead zirconate titanate is formed into a film on the said exclusive substrate which consists of magnesium oxide or strontium titanate. A method for manufacturing a piezoelectric device. 前記保護工程で用いる前記デバイス基板には、前記圧電体に対応する位置に開口部が形成されていることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。   The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 1, wherein an opening is formed at a position corresponding to the piezoelectric body in the device substrate used in the protection step. 前記デバイス基板の前記圧電体に対応する位置に開口部を形成する開口部形成工程をさらに有していることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。   12. The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 1, further comprising an opening forming step of forming an opening at a position corresponding to the piezoelectric body of the device substrate. 請求項12または13に記載の圧電デバイスの製造方法を用いてインクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記デバイス基板に対して前記圧電体とは反対側に、前記デバイス基板の前記開口部に収容されるインクを外部に吐出するためのインク吐出孔を有するノズル基板を貼り合わせる貼合工程を有していることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
An inkjet head manufacturing method for manufacturing an inkjet head using the piezoelectric device manufacturing method according to claim 12 or 13,
A bonding step of bonding a nozzle substrate having an ink discharge hole for discharging the ink contained in the opening of the device substrate to the outside on the opposite side of the piezoelectric body from the device substrate; A method for manufacturing an ink-jet head.
デバイス基板と、
前記デバイス基板上に形成される単結晶の圧電体と、
前記デバイス基板上で、前記圧電体を保護する保護層とを備え、
前記保護層は、専用基板上に成膜された単結晶の前記圧電体を樹脂シートに転写し、前記圧電体を前記樹脂シートと一体的に前記デバイス基板上に再転写した後に、前記圧電体を覆うように前記デバイス基板上に残る前記樹脂シートで形成されており、
前記樹脂シートの一部は、前記デバイス基板と密着していることを特徴とする圧電デバイス。
A device substrate;
A single crystal piezoelectric body formed on the device substrate;
A protective layer for protecting the piezoelectric body on the device substrate;
The protective layer transfers the single crystal piezoelectric body formed on a dedicated substrate onto a resin sheet, and retransfers the piezoelectric body onto the device substrate integrally with the resin sheet. Is formed with the resin sheet remaining on the device substrate so as to cover ,
A part of the resin sheet is in close contact with the device substrate .
前記樹脂シートは、感光性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項15記載の圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 15 , wherein the resin sheet is made of a photosensitive resin. デバイス基板と、
前記デバイス基板上に形成される単結晶の圧電体と、
前記デバイス基板上で、前記圧電体を保護する保護層とを備え、
前記保護層は、専用基板上に成膜された単結晶の前記圧電体を樹脂シートに転写し、前記圧電体を前記樹脂シートと一体的に前記デバイス基板上に再転写した後に、前記圧電体を覆うように前記デバイス基板上に残る前記樹脂シートで形成されており、
前記樹脂シートは、感光性樹脂で構成されていることを特徴とする圧電デバイス。
A device substrate;
A single crystal piezoelectric body formed on the device substrate;
A protective layer for protecting the piezoelectric body on the device substrate;
The protective layer transfers the single crystal piezoelectric body formed on a dedicated substrate onto a resin sheet, and retransfers the piezoelectric body onto the device substrate integrally with the resin sheet. Is formed with the resin sheet remaining on the device substrate so as to cover,
The piezoelectric sheet is characterized in that the resin sheet is made of a photosensitive resin.
前記圧電体は、前記デバイス基板と酸素を介して結合していることを特徴とする請求項15から17のいずれかに記載の圧電デバイス。   The piezoelectric device according to claim 15, wherein the piezoelectric body is bonded to the device substrate through oxygen. デバイス基板と、
前記デバイス基板上に形成される単結晶の圧電体と、
前記デバイス基板上で、前記圧電体を保護する保護層とを備え、
前記保護層は、専用基板上に成膜された単結晶の前記圧電体を樹脂シートに転写し、前記圧電体を前記樹脂シートと一体的に前記デバイス基板上に再転写した後に、前記圧電体を覆うように前記デバイス基板上に残る前記樹脂シートで形成されており、
前記圧電体は、前記デバイス基板と酸素を介して結合していることを特徴とする圧電デバイス。
A device substrate;
A single crystal piezoelectric body formed on the device substrate;
A protective layer for protecting the piezoelectric body on the device substrate;
The protective layer transfers the single crystal piezoelectric body formed on a dedicated substrate onto a resin sheet, and retransfers the piezoelectric body onto the device substrate integrally with the resin sheet. Is formed with the resin sheet remaining on the device substrate so as to cover,
The piezoelectric device, wherein the piezoelectric body is bonded to the device substrate through oxygen.
前記デバイス基板は、多結晶からなる層を有しており、
前記圧電体は、前記多結晶からなる層上に形成されていることを特徴とする請求項18または19に記載の圧電デバイス。
The device substrate has a polycrystalline layer,
The piezoelectric body, the piezoelectric device according to claim 18 or 19, characterized in that it is formed on the layer made of the polycrystalline.
前記多結晶からなる層は、白金を含む電極層であり、
前記圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛で構成されていることを特徴とする請求項20に記載の圧電デバイス。
The polycrystal layer is an electrode layer containing platinum,
The piezoelectric device according to claim 20 , wherein the piezoelectric body is made of lead zirconate titanate.
前記圧電体に対して前記デバイス基板とは反対側に、第1の電極をさらに備えており、
前記デバイス基板は、
前記第1の電極との間で前記圧電体を挟み込む第2の電極と、
前記第2の電極を支持する支持基板とを有しており、
前記支持基板は、
前記圧電体に対応する位置に形成される開口部と、
前記開口部に対して前記圧電体側に位置する振動板とを有していることを特徴とする請求項15から21のいずれかに記載の圧電デバイス。
A first electrode on the opposite side of the piezoelectric substrate from the device substrate;
The device substrate is
A second electrode that sandwiches the piezoelectric body with the first electrode;
A support substrate for supporting the second electrode,
The support substrate is
An opening formed at a position corresponding to the piezoelectric body;
The piezoelectric device according to any one of claims 15 to 21, characterized in that it has a vibration plate positioned in the piezoelectric body side with respect to the opening.
請求項22に記載の圧電デバイスと、
前記圧電デバイスの前記デバイス基板に対して前記圧電体とは反対側に貼り合わされ、前記デバイス基板の前記開口部に収容されるインクを外部に吐出するためのインク吐出孔を有するノズル基板とを備えていることを特徴とするインクジェットヘッド。
A piezoelectric device according to claim 22 ;
A nozzle substrate that is bonded to the device substrate of the piezoelectric device on a side opposite to the piezoelectric body and has an ink discharge hole for discharging ink accommodated in the opening of the device substrate to the outside. An ink jet head characterized by comprising:
請求項23に記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させることを特徴とするインクジェットプリンタ。 An inkjet printer comprising the inkjet head according to claim 23 , wherein ink is ejected from the inkjet head toward a recording medium.
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