KR100392908B1 - 액추에이터와 정보 기록 재생 장치 및 액추에이터의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
얇은 막두께의 액추에이터의 압전 부재를 합성수지제의 형상 유지판에 의해 보강함으로써, 강성을 높여 공진 주파수를 조정하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 액추에이터는 형상 유지판(4)과, 상기 형상 유지판 상에 일체화하여 배치된 압전 부재(1)와, 상기 압전 부재(1)를 사이에 끼도록 형성된 1쌍의 전극(2a, 2b)을 구비한 액추에이터로서, 상기 형상 유지판(4)으로서 합성수지를 사용한다.압전 소자를 접착제를 사용하지 않고 소자화할 수 있고, 또한 소자의 미세화, 자유로운 설계가 가능하다. 또, 종래의 압전 소자와 비교하여 크게 변위를 얻을 수 있다.특히, 자기 헤드 등의 액추에이터로서 응용한 경우, 고정밀도로 제어 가능한 액추에이터와 정보 기록 재생 장치를 실현할 수 있다.
Description
본 발명은 다양한 전자 부품 등에 사용되는 액추에이터와 그 제조 방법 및 액추에이터를 사용한 정보 기록 재생 장치에 관한 것이다.
압전 소자를 사용한 디바이스(압전 마이크로 액추에이터)로는, 庄子 등에 의한 「집적화 화학 분석 시스템용 마이크로 펌프의 시작」전자 정보통신 학회 논문지(C, vol. J71-C, No. 12(1988), pp. 1705 - 1711)에 나타낸 통상 폐지형(閉止形) 마이크로 밸브나, 마이크로 펌프를 들 수 있다. 또, 종(縱)효과형 압전 액추에이터의 응용예로는 정밀 선반의 다이아몬드 칼끝의 위치 결정이나, 주사 터널 현미경의 바늘의 구동 등이 있다. 이렇게 압전 소자를 보다 소형화, 고기능화함으로써, 마이크로 머신이나 마이크로 센서 등으로의 이용이 검토되어 있고, 지금까지 불가능하다고 여겨져 왔던 여러 가지 분야에 있어서, 미소하고 정밀한 제어가 가능해지는 것이 기대되고 있다.
한편, HDD용 액추에이터에 있어서는, HDD(하드 디스크 드라이브)의 고밀도화에 따라, 트랙 폭의 감소에 의해 자기 헤드를 매체의 트랙에 맞추는(위치 결정하는) 것이 곤란해지고 있다.
종래의 자기 디스크 장치에 있어서, 자기 헤드의 시크 구동은 보이스 코일 모터(VCM) 또는 로터리형 VCM을 사용하여 행해지고 있었다.
그러한 배경을 기초로, 위치 결정 정밀도를 향상시키기 위해 HDD(하드 디스크 드라이브)에 있어서, 최근 광디스크 관련(CD, MO, DVD)으로 사용되고 있는 것과 같은 2단식 액추에이터를 사용하는 경향이 있다.
2단식 액추에이터의 방식으로는, 정전 방식, 압전 방식, 자왜(磁歪) 방식 등을 일반적으로 들 수 있다.
이러한 2단식 액추에이터의 일례는 특개평 9-265738호 공보에 제안되어 있다. 이것을 도 24에 나타낸다. 동도에 나타낸 바와 같이 헤드 슬라이더(도시 생략)가 고정되는 헤드 지지 기구(서스펜션(25))가 자기 디스크 장치의 조동(粗動) 액추에이터(도시 생략)에 대해 진동하는 구조가 기재되어 있다. 이 제안에서는 자기 디스크 장치의 트랙 밀도의 향상에 착안하고 있고, 도 24에서는 헤드 슬라이더가 고정되어 있는 헤드 지지 기구(서스펜션(25))의 조동 액추에이터와의 고정부인 헤드 마운트 블록(마운트부(22))의 회전 중심을 사이에 두고 1쌍의 플레이너형 피에조 소자(23)를 장착하여, 이들을 차동(差動)시킴으로써 헤드지지 기구(서스펜션(25))를 미소하게 요동시켜, 헤드지지 기구의 선단에 고정된 헤드 슬라이더 및 헤드 소자를 미소 변위시킬 수 있도록 한 것이다. 플레이너형 피에조 소자(23)는 큰 변위를 발생시킬 수는 없으나, 서스펜션(25)을 힌지 중심으로 미소 회전시킴으로써, 플레이너형 피에조 소자(23)의 변위를 헤드 소자 위치에서는 8배로 확대하고 있다. 이 제안에서는 조동 액추에이터의 위치 결정과 헤드지지 기구의 미소한 요동에 의한 헤드 슬라이더 및 헤드 소자의 미소한 위치 결정을 연동하여 행함으로써, 헤드 소자의 트랙폭 방향의 위치 결정 정밀도가 향상하여, 트랙 밀도를 높일 수 있다고 기재되어 있다. 또, 이 위치 결정 기구는 서스펜션(25), 마운트부(22), 플레이너형 피에조 소자(23)가 따로따로 형성된 후, 조립된 것을 도 24에서 용이하게 추측할 수 있다.
이상과 같이, 종래 기술의 압전 소자는 일반적으로 발생 변위/소자 사이즈가 작아, 구조에 따라 변위가 구속되어 버려 변위/전압(효율)이 작아지는 문제가 있었다. 또, 압전 박막을 사용한 소자 등의 미세 가공을 필요로 하는 제조 프로세스에 있어서는, 미세 가공이나 접착제 등을 사용하는 것이 곤란했다.
본 발명은 상기 종래의 문제를 해결하기 위해, 형상 유지판 재료로서 합성 수지를 사용하는 구조를 사용하여 소자 효율의 개선과 가공 정밀도를 향상시킨 액추에이터와 정보 기록 재생 장치 및 액추에이터의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1a ∼ 1d는 본 발명의 실시형태 1의 액추에이터 기구의 기본적인 구성을 나타낸 단면 설명도,
도 1e ∼ 1g는 본 발명의 실시형태 1의 액추에이터 기구의 기본적인 구성을 나타낸 단면 설명도,
도 2a ∼ 2c는 본 발명의 실시형태 1의 액추에이터의 동작을 나타낸 단면 설명도,
도 3a ∼ 3f는 본 발명의 실시형태 2의 메탈 마스크가 없는 경우의 압전 소자의 막형성법을 나타내고, 3g ∼ 3l은 동 메탈 마스크가 있는 경우의 막형성법을 나타낸 단면 설명도,
도 4a ∼ 4f는 본 발명의 실시형태 2의 메탈 마스크가 없는 경우의 액추에이터의 제조법을 나타내고, 4g ∼ 4i는 동 메탈 마스크가 있는 경우의 제조법을 나타낸 단면 설명도,
도 5a ∼ 5f는 본 발명의 실시형태 2의 메탈 마스크가 없는 경우의 액추에이터의 제조법을 나타내고, 5g ∼ 5i는 동 메탈 마스크가 있는 경우의 제조법을 나타낸 단면 설명도,
도 6a ∼ 6d는 본 발명의 실시형태 2의 메탈 마스크가 없는 경우의 액추에이터의 제조법을 나타내고, 6e ∼ 6g는 동 메탈 마스크가 있는 경우의 제조법을 나타낸 단면 설명도,
도 7a ∼ 7d는 본 발명의 실시형태 2의 메탈 마스크가 없는 경우의 액추에이터의 제조법을 나타내고, 7e ∼ 7g는 동 메탈 마스크가 있는 경우의 제조법을 나타낸 단면 설명도,
도 8a ∼ 8f는 본 발명의 실시형태 2의 메탈 마스크가 없는 경우의 액추에이터의 제조법을 나타내고, 8g ∼ 8j는 동 메탈 마스크가 있는 경우의 제조법을 나타낸 단면 설명도,
도 9a ∼ 9e는 본 발명의 실시형태 2의 가공 기판을 사용하지 않는 경우의 액추에이터의 제조법을 나타낸 단면 설명도,
도 10a ∼ 10d는 본 발명의 실시형태 2의 가공 기판을 사용하지 않는 경우의 액추에이터의 제조법을 나타낸 단면 설명도,
도 11a ∼ 11e는 본 발명의 실시형태 2의 가공 기판을 사용하지 않는 경우의 액추에이터의 제조법을 나타낸 단면 설명도,
도 12는 본 발명의 실시형태 3의 액추에이터 기구의 기본적인 구성을 나타낸 조립도,
도 13a는 본 발명의 실시형태 3의 액추에이터부의 구동 소자와 디스크면의 위치 관계를 나타낸 단면도이며, 13b는 동 액추에이터부의 구동 소자와 디스크면과 수직인 면이 이루는 각도를 나타낸 도면, 13c는 본 발명의 실시예 1의 액추에이터의 변위 측정 데이터를 나타낸 도면,
도 14a ∼ 14b는 본 발명의 실시형태 3의 액추에이터의 동작을 나타낸 도면,
도 15a는 본 발명의 실시형태 3의 액추에이터를 하드 디스크에 응용한 경우의 구성도이며, 15b는 15a의 둥근 부분의 부분 확대도,
도 16a는 본 발명의 실시형태 3의 액추에이터를 하드 디스크에 응용한 경우의 구성도이며, 16b는 16a의 둥근 부분의 부분 확대도,
도 17a는 본 발명의 실시형태 3의 액추에이터를 하드 디스크에 응용한 경우의 구성도이며, 17b는 17a의 둥근 부분의 부분 확대도,
도 18은 본 발명의 실시형태 3의 액추에이터에 구속 완화 수단을 넣은 경우의 설명도,
도 19는 본 발명의 실시형태 3의 액추에이터에 지점을 형성한 경우의 구성을 나타낸 설명도,
도 20은 본 발명의 실시형태 4의 액추에이터의 구성을 나타낸 사시도,
도 21a ∼ 21d는 본 발명의 실시형태 4의 액추에이터의 동작을 나타낸 설명도,
도 22a1, b1, c1 및 d1은 본 발명의 실시형태 5의 압전식 액추에이터의 배선 구조를 나타낸 사시도이며, a2, b2, c2 및 d2는 동 단면도,
도 23a1, b1, c1 및 d1은 본 발명의 실시예 20의 압전식 액추에이터의 배선 구조를 나타낸 사시도이며, a2, b2, c2 및 d2는 동 단면도,
도 24는 종래의 액추에이터를 나타낸 설명도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 … 압전 박막 2a … 하부 전극
2b … 상부 전극 3 … 압전 소자
4, 12 … 합성수지 5 … 고정부
6 … 인출선 7 … 스루홀
8 … 동작시키는 대상물 9 … 티타늄(Ti)
10 … 바탕층(PLT) 11 … 메탈 마스크
13 … 헤드 소자 14 … 슬라이더
15, 25 … 서스펜션 16 … 베이스 플레이트
17 … 지점 18 … 구동 소자(미소 구동 소자)
19 … 디스크면 20 … 구속 완화 수단
21 … 디스크면에 수직인 면 22 … 마운트부
23 … 플레이너형 피에조 소자 24 … 힌지
40 … 기판
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 액추에이터는 형상 유지판과, 상기 형상 유지판 상에 일체화하여 배치된 압전부재와, 상기 압전부재를 사이에 끼도록 형성된 1쌍의 전극을 구비한 액추에이터로서, 상기 형상 유지판이 합성수지인 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 정보 기록 재생 장치는, 형상 유지판과, 상기 형상 유지판 상에 일체화하여 배치된 압전부재와, 상기 압전부재를 사이에 끼도록 형성된 1쌍의 전극을 구비하고, 상기 형상 유지판이 합성수지인 액추에이터를 사용하고, 또한 헤드를 탑재하는 슬라이더와, 상기 슬라이더를 통해 헤드를 지지하는 헤드 지지 기구와, 상기 헤드 지지 기구를 통해 헤드를 트래킹하는 트래킹 수단을 갖고, 상기 헤드 지지 기구가 상기 액추에이터를 구비하고, 이 액추에이터를 구동함으로써 상기 헤드를 미소하게 변위시키는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 액추에이터의 제 1 제조 방법은, 형상 유지판과, 상기 형상 유지판 상에 일체화하여 배치된 압전부재와, 상기 압전부재를 사이에 끼도록 형성된 1쌍의 전극을 구비하고, 상기 형상 유지판이 합성수지인 액추에이터의 제조방법으로서,
액추에이터 형상으로 가공한 기판에 대해 박막 처리에 의해 하부 전극을 형성하고,
압전 박막을 형성하고,
상부 전극을 형성하고,
다음으로 합성수지로 이루어지는 형상 유지판을 형성하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 액추에이터의 제 2 제조 방법은, 형상 유지판과, 상기 형상 유지판 상에 일체화하여 배치된 압전부재와, 상기 압전부재를 사이에 끼도록 형성된 1쌍의 전극을 구비하고, 상기 형상 유지판이 합성수지인 액추에이터의 제조 방법으로서, 기판에 대해 박막 처리에 의해 하부 전극을 형성하고, 그 후 압전 박막을 형성하고, 또한 상부 전극을 형성한 후, 기판, 하부 전극, 압전 박막 및 상부 전극을 액추에이터 형상으로 가공하고, 다음으로 합성수지로 이루어지는 형상 유지판을 형성하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 액추에이터의 제 3 제조 방법은, 형상 유지판과, 상기 형상 유지판 상에 일체화하여 배치된 압전 부재와, 상기 압전 부재를 사이에 끼도록 형성된 1쌍의 전극을 구비하고, 상기 형상 유지판이 합성수지인 액추에이터의 제조 방법으로서, 기판에 상기 하부 전극, 압전 박막 및 상부 전극을 막형성한 후, 리소그래피 기술을 사용하여 액추에이터 형상으로 가공하고, 상기 하부 전극, 압전 박막 및 상부 전극을 합성수지로 형성된 패턴에 전사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 압전 소자를 접착제를 사용하지 않고 소자화할 수 있고, 또한 소자의 미세화, 자유로운 설계가 가능하다. 또, 종래의 압전 소자와 비교하여 크게 변위를 얻을 수 있다. 특히, 자기 헤드 등의 액추에이터로서 응용한 경우, 고정밀도로 제어 가능한 액추에이터와 정보 기록 재생 장치를 실현할 수 있다. 또, 공진 주파수가 낮아 고속 제어가 곤란한 경우에 소형화가 필요해지나, 소형화해도 변위/전압(효율)을 효율적으로 취출할 수 있다. 또, 박막화함으로써 소비 전력을 낮추는 것도 가능하다.
본 발명의 압전 박막식 액추에이터 및 액추에이터 기구, 정보 기록 재생 장치는 이하의 수단을 사용하여 문제 해결을 행한다. 먼저, 액추에이터 기구의 단순 구성은 압전 박막, 압전 박막을 사이에 끼도록 형성된 1쌍의 전극, 박막을 지지하는 형상 유지판, 디바이스로서 기능하기 위해 필요한 고정재로 이루어진다.
특히, 형상 유지판부에는 합성수지로 이루어지는 플라스틱 재료를 사용한다. 이 구성를 사용함으로써 압전 박막의 형상 유지판부를 유연한 구조로 할 수 있으므로, 실질적인 변위도 크게 하는 것이 가능해진다. 디바이스로서 기계적 강도가 낮은 경우에는, 압전 박막을 사이에 끼도록 형성된 전극과 형상 유지판 사이나 형상 유지판의 외측(압전 박막과 반대면), 또는 형상 유지판과 반대면의 전극 상에 얇은 금속막, 산화막을 보강재로서 삽입한다. 또는, 형상 유지판부를 구성하는 합성수지의 두께를 두껍게 한다. 또는, 압전 소자를 양면에서 합성수지로 싸도록 형성한다.
또한, 기계적 강도가 부족한 경우에는, 압전 소자인 구동부에 다른 부품을 사용하여 강도가 부족한 부분의 보강을 행한다. 이렇게 액추에이터로서 동작하는 역할 부분과 기계적 강도를 높이는 역할 부분을 따로따로 형성하여 조합한다.
전극 및 전극 인출선은 형상 유지판을 구성하는 합성수지에 스루홀을 형성하여 취출한다. 이러한 구성에 의해, 압전 박막의 두께 방향의 휨을 구동 수단으로서 사용하는 것이 가능하다.
또, 이들은 리소그래피 기술을 사용하여 제작하므로 대단히 미세한 구조를 실현할 수 있고, 합성수지를 부수함으로써 하나의 소자로서 단독으로 취급하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 복잡한 구조를 제작하는 것이 가능하며, 예를 들면 바이몰프 구조나 적층 구조, 구동 합성 구조 등, 단일 소자를 조합하는 것만으로 2차원, 3차원 구조의 모든 구성의 압전 소자를 실현할 수 있다. 압전 소자를 고정재에 고정하면 액추에이터로서 기능한다.
이상의 구성의 압전 소자는 가장 단순한 구성의 압전 소자를 제작하여, 그들을 조합하여 다양한 구성을 실현하는 수단이나, 리소그래피 기술을 사용하여 소자부를 제작할 때 소자부를 둘 이상 조합하여 합성수지를 부수함으로써 상기 구조나 각각의 단일 소자의 합성을 구동에 활용한 압전 소자를 일체 형성하는 것도 가능하다.
다음으로, 하드 디스크 드라이브 등의 액추에이터에 응용하는 경우의 액추에이터 기구에 대한 해결 수단을 설명한다.
위치 결정 정밀도를 향상시킬 필요성이 있다는 문제에 대해서는, 큰 움직임을 얻을 수 있는(스트로크를 벌 수 있는) 액추에이터를 구동원으로 하여 변위 축소 기구에 의해 헤드 소자를 유지하는 슬라이더를 회전 구동시키는 구조를 취한다. 상기에 있어서, 큰 움직임을 얻을 수 있는 액추에이터란 상기에서 말한 합성수지를 부수하는 구조의 액추에이터를 나타낸다.
구체적으로는 헤드 지지 기구의 서스펜션과 슬라이더부의 중간에 해당하는 위치에 액추에이터를 구성하는 적어도 2개의 구동 소자를 디스크면에 대해 수직이고 또한 서스펜션의 길이 방향의 중심선을 따른 면에 비대칭이 되도록 배치한다.
슬라이더부는 디스크가 회전하면 그 풍압으로 수십 nm 부상한다. 이 때 디스크의 회전 속도가 빨라지면 질수록 슬라이더와 디스크 사이에 대략 수 mN(밀리뉴튼)의 공기 점성 마찰력(슬라이더가 디스크의 회전 방향으로 당겨지는 현상에 의해 발생하는 마찰력)이 발생한다. 점성 마찰력에 의해 슬라이더가 디스크의 회전 방향으로 당겨지면, 부미소 구동 수단의 구동 소자를 갖는 서스펜션도, 강성이 낮은 경우에는 디스크의 회전 방향으로 당겨져, 슬라이더의 부상량이 불안정해짐과 동시에 부미소 구동 수단도 제어 불가능해져 버린다. 그래서, 서스펜션의 강성과 부미소 구동 수단의 제어성면에서 각각의 구동 소자는 디스크에 대해 수직이고 또한 서스펜션의 길이 방향의 중심선을 따른 면과 이루는 각도가 15도 이상이 되는 각도로 배치된다. 그 양측의 구동 소자에 역위상의 전압을 인가하여 동작시킴으로써 슬라이더를 부착한 헤드 지지 기구를 회전시켜, 헤드 소자가 구성된 슬라이더를 디스크면에 대해 평행 방향으로 회전시킬 수 있어 고정밀도의 위치 결정이 가능해진다. 이러한 구성은 구동 소자부의 형상 유지판을 유연한 재료로 구성하고 있으므로 압전 소자의 휨 방향 및 디스크면에 수직인 방향의 기계적 강도가 낮아진다.
압전 소자부의 기계 강도가 낮은 경우에는, 상기에서 말한 바와 같이 압전 박막을 사이에 끼도록 형성된 전극과 형상 유지판의 사이나, 형상 유지판의 외측(압전 박막과 반대면), 또는 형상 유지판과 반대면의 전극 상에 얇은 금속막, 산화막 등을 보강재로서 삽입한다. 또는, 형상 유지판부를 구성하는 합성수지의 두께를 두껍게 한다. 또는, 압전 소자를 앙면에서 합성 수지로 덮도록 형성한다.
또한, 기계적 강도가 부족한 경우에는, 압전 소자인 구동부에 다른 부품을 사용하여 강도가 부족한 부분의 보강을 행한다. 이렇게 액추에이터로서 동작하는 역할 부분과 기계적 강도를 높이는 역할 부분을 따로따로 구성하여, 조합함으로써 기계적 강도를 저하시키지 않고 구동 변위를 크게 할 수 있다.
액추에이터 기구의 다른 구조로는, 헤드 지지 기구의 서스펜션과 슬라이더부의 중간에 해당하는 위치에 액추에이터를 구성하는 적어도 2개의 구동 소자(압전 소자)를 디스크면에 대해 평행으로 배치한다. 구조적으로는, 양팔보적인 구조를 취하며, 1개의 구멍부를 형성함으로써, 고정부와, 가동부와, 이들을 접속하는 적어도 2개의 대들보부를 일체적으로 형성하고, 적어도 하나의 대들보부의 적어도 일부에, 고정부와 가동부를 연결하는 방향의 신축(두께 방향의 휨)이 발생하도록 전극층(도시 생략)을 설치하여 변위 발생부를 구성하고, 변위 발생부의 신축(두께 방향의 휨)에 따라 발생하는 고정부에 대한 가동부의 변위가, 판상체의 면 내에서의 호상(弧狀) 변위 또는 회전 변위가 되도록 구성한다. 특히, 구동 부분의 압전 소자의 형상 유지판을 적어도 합성수지를 사용하여 제작하여, 대단히 유연성을 갖게 해 큰 변위를 얻는다. 구체적으로는, 헤드 지지 기구의 서스펜션과 슬라이더부의 중간에해당하는 위치에 배치되어, 한쪽의 고정부를 서스펜션에, 다른 한쪽을 슬라이더부에 고정한다.
이 구조의 경우, 압전 소자부에 관해 특히 디스크면에 대해 수직 방향(중력 방향)의 기계적 강도가 낮고, 또한 슬라이더를 액추에이터로 지지하는 구조를 취하므로 이 방향의 기계적 강도가 상당히 요구된다. 압전 소자부의 기계 강도가 낮은 경우에는, 상기에서 말한 바와 같이 압전 박막을 사이에 끼도록 형성된 전극과 형상 유지판의 사이나 형상 유지판의 외측(압전 박막과 반대면), 또는 형상 유지판과 반대 면의 전극 상에 얇은 금속막, 산화막을 보강재로서 삽입한다. 또는, 형상 유지판부를 구성하는 합성수지의 두께를 두껍게 한다. 또는, 압전 소자를 양면에서 합성수지로 싸도록 형성한다.
또한, 기계적 강도가 부족한 경우에는, 압전 소자인 구동부에 다른 부품을 사용하여 강도가 부족한 부분의 보강을 행한다. 이렇게 액추에이터로서 동작하는역할 부분과 기계적 강도를 높이는 역할 부분을 따로따로 구성하여, 조합한다.
구동시의 토르크가 부족한 경우에는, 이러한 구조의 액추에이터를 조합함으로써 적층 구조, 구동 합성 구조 등을 제작하는 것이 가능하여 2차원, 3차원 구조를 사용한 모든 구성의 압전 박막 액추에이터를 실현할 수 있다.
또, 이렇게 기계적 강도와 변위의 상호 관계에 그다지 구애받지 않고 액추에이터 기구의 구조 설계가 가능하다.
다음으로, 구조에 따라 변위가 구속되어 버려 변위/전압(효율)이 작아지는 결점을 해결하는 수단에 대해 설명한다.
액추에이터부의 구동 소자의 구동 방향과 헤드 소자가 형성되어 있는 슬라이더부의 변위 방향이 거의 평행 방향이 되는 구성으로 함으로써 구동 소자가 발생시키는 변위를 헤드 소자를 구비하는 슬라이더에 효율적으로 전달할 수 있다. 일반적으로, 구동 변위와 강성(기계적 강도)은 역비례 관계에 있어, 구동 변위를 크게 하려 하면 강성을 저하시켜야만 하고, 반대로 강성을 높이면 구동 변위를 저하시킨다. 이 가장 큰 요인은 슬라이더를 중력에 거슬러 지지하는 부재와 디스크로부터 받는 점성 마찰력에 견딜 수 있는 강성 부재, 주구동부가 구동에서 정지에 이를 때의 관성력에 견딜 수 있는 강성 부재 등의 부재와 변위를 발생시키는 구동부의 부재를 동일 부재로 구성하므로 발생한다. 따라서, 압전 소자부를 단독으로 취급하는 디바이스로 함으로써 다른 강성 부재와 조합하는 것이 가능해져, 강성이 높아져도 구동 변위가 큰 액추에이터를 실현할 수 있다.
특히, 압전 소자부의 형상 유지판에 적어도 합성수지를 사용함으로써 대단히 압전 소자부가 유연한 구조가 되므로, 구동시의 구속에 의한 손실을 이 부분이 흡수하여 변위 저하를 최소한으로 하는 것이 가능해진다.
공진 주파수가 낮아 고속 제어가 곤란한 문제는, 상기 구조를 사용함으로써 도 24의 종래예와 비교하여 구동 소자가 작아도 충분한 변위/전압이 얻어지므로, 공진 주파수도 높게 설정할 수 있어 고속 고정밀도의 제어가 가능해진다.
또한, 합성수지를 형상 유지판부 이외의 곳에도 코팅함으로써 공진을 억제하는 것이 가능해진다.
구동 전압이 커서 소비 전력 및 헤드 소자에 영향을 미치는 문제에 대해서는, 상기 구조를 사용하여 압전 재료를 박막화함으로써 충분한 변위/전압(약 1㎛/±3 ∼ 5V)이 얻어지므로, 종래예와 비교해도 저소비 전력이 가능하고, 또 헤드 소자에 미치는 영향도 적게 할 수 있다.
게다가, 박막을 사용하므로 박막 프로세스, 리소그래피 기술을 이용하는 것이 가능하며, 이 프로세스에 의해 전극, 배선도 일괄 제작이 가능해진다.
압전 소자를 구동하기 위한 배선에 대해서는, 리소그래피 기술을 사용하여 소자부의 압전 박막을 가공하는 것과 동시에 형성한다. 압전 박막을 소정 형상으로 가공 후, 합성수지를 도포하고, 소자의 형상 유지판, 보호층, 절연층으로 사용하기 위해 패터닝한다. 합성수지를 베이크하고 경화시킨 후, 도금용 레지스트를 도포, 패턴화한다. 그 패턴을 사용하여 도체를 도금하여 배선을 형성한다. 도금용 레지스트를 제거한 후, 커버용 합성수지를 도포, 패턴화하여 경화시킨다. 이러한 합성수지로 배선을 둘러싸는 구조나, 합성수지를 압전 소자의 보호나 기재로 하는 구조를 사용함으로써, 압전 소자가 형성되어 있는 기판을 압전 소자로부터 제거해도 합성 수지가 형상 유지판, 보호재 또는 압전 박막(압전 소자)의 기재로서 치환됨으로써 형상이 유지된다. 또, 배선도 동시에 형성되어 있으므로 구동 소자 단체로서 취급할 수 있어 소자 단독으로의 동작이 가능하며, 다른 부재 등에 접착제 등으로 접착하여 사용하는 것도 가능하다.
또, 배선 부분을 적어도 합성수지/도전체(배선재)/합성수지의 구조로 함으로써, 유연한 배선 구조가 가능해진다. 이 구조에 의해 압전 소자를 형성하는 동일면 상이 아니라도 배선을 취출하는 것이 가능하다.
또한, 압전 소자를 형성한 기판이 스테인리스 등의 금속과 같이 유연한 경우나 접착한 부재 등이 유연한 성질을 갖는 경우에는, 기판채로 굽힘으로써 3차원적인 입체 구조에 있어서도 배선을 취출하는 것이 가능하다.
다음으로, 제조법에 관해 설명한다. 제조법으로는, 압전 박막을 제작하는 데 사용하는 기판의 가공 상태에 따라 그 제작 프로세스가 다르므로 사용하는 기판에 따라 이하에 설명한다.
(가공 기판)
기판을 미리 액추에이터 형상으로 가공해 둔 경우에는, 압전 박막의 제작은 스퍼터 등을 사용하여 직접 기판에 막형성을 행한다. 막 구성으로는, 하부 전극, 압전 박막, 상부 전극이 된다(이하, 이 구성을 압전 소자라 부른다.). 그 경우, 막형성된 압전 박막 및 하부 전극, 상부 전극의 가공은 막형성시에 메탈 마스크 등을 사용하여 패턴화하거나, 막형성 후 리소그래피 기술을 사용하여 드라이 에칭이나 웨트 에칭으로 가공을 행해도 된다.
소자 가공 후, 배선의 형성을 행한다. 기판이 도전성 물질인 경우, 하부 전극은 기판과 접해있으므로 기판을 통해 전극을 취출한다. 한편, 상부 전극은 절연층이 되는 베이스의 합성수지를 도포하여, 배선을 취출하는 형상이 되도록 패턴화하여 경화시킨다. 압전 소자의 상부 전극과 도통을 취하기 위해 베이스의 합성수지에는 상부 전극의 일부분에 스루홀을 형성해 둔다. 절연층인 베이스의 합성수지 위에 구리 도금용 시드층 Cr/Cu를 스퍼터하고, 그 후 레지스트를 사용하여 구리 도금용 패턴을 형성한다. 이 패턴을 사용하여 전해 도금법에 의해 구리 도금을 약2 ∼ 10㎛ 형성하고, 도금용 레지스트를 제거 후, 커버용 합성수지를 도포, 패턴화, 경화시킨다.
기판이 도전성 물질이 아닌 경우에는, 압전 박막, 상부 전극을 가공할 때, 하부 전극 상의 압전 박막, 상부 전극 부분을 부분적으로 제거한 구성으로 하여 그 상부 전극, 압전 박막의 제거된 부분에서 하부 전극을 취출하는 구성으로 한다. 소자 상에 합성수지를 도포하고, 패턴화, 경화시킨다. 이 때 하부 전극 및 상부 전극을 취출하기 위한 스루홀을 동시에 형성해 둔다. 절연층인 베이스의 합성수지 위에 구리 도금용 시드층 Cr/Cu를 스퍼터하고, 그 후 레지스트를 사용하여 구리 도금용 패턴을 형성한다. 이 패턴을 사용하여 전해 도금법에 의해 구리 도금을 약 2 ∼ 10㎛ 형성하고, 도금용 레지스트를 제거 후, 커버용 합성수지를 도포, 패턴화, 경화시킨다.
다음으로, 기판의 가공을 행한다. 기판의 가공은 압전 소자부의 형상 유지판 부분을 가공하는 부분 가공과 기판 모두를 가공하는 전체 가공으로 나누어진다. 부분 가공의 경우에는, 가공을 행하는 면의 형상 유지판부 부근을 제외하고 가공용 합성수지를 스피너법(스핀코터), 롤법, 침전법, 스프레이법, 잉크젯법 등을 사용하여 양면 도포한다. 도포 방법으로는 경우에 따라 나누어지고, 예를 들면 막두께의 제어가 그다지 필요하지 않은 경우는 침전법 또는 롤법을 사용하고, 막두께의 제어가 필요한 경우에는 스피너법(스핀코터) 또는 스프레이법을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 도포 재료를 효율적으로 도포하는 경우나, 부분적으로 도포하고자 하는 경우에는 잉크젯법을 사용하는 것이 바람직하다.
기판 가공용으로 합성수지를 패턴화하기 위해 합성수지를 부분적으로 제거하는 방법으로는, 예를 들면 감광성 합성수지의 경우에는 노광, 현상 등의 패턴 기술을 사용하거나, 레이저 가공을 사용하여 그 부분만 합성수지를 제거해도 된다. 가공하는 부분의 합성수지를 제거할 수 있는 방법이라면 어떤 방법이라도 된다.
그 후, 웨트 에칭을 사용하여 기판의 합성 수지가 코팅되어 있지 않는 부분의 가공을 행한다.
가공 방법으로는, 기판의 어느 두께만큼 남겨 가공하는 하프 에칭과 기판을 모두 제거하는 방법이 있다. 이것은 필요로 하는 강성과 변위에서 어느쪽을 선택하든 상관없다.
다음으로, 부분 에칭이 아닌 기판 전부를 에칭하여 제거하는 방법을 설명한다. 먼저, 압전 소자가 막형성되어 있는 기판 면에 합성수지를 도포한다. 여기까지의 공정은 상기 부분 가공시의 공정과 동일하다. 그 후에 기판을 모두 에칭에 의해 제거한다. 기판을 모두 제거하는 경우에는, 에칭액에 대해 하부 전극의 Pt층이 에칭의 스토퍼가 된다. 이것에 의해, 압전 소자는 기판으로부터 합성수지로 형성된 합성수지층에 전사된 형태가 된다. 합성수지는 비교적 밀착성이 좋고, 이러한 공법을 사용하면 접착제를 사용하지 않고 용이하게 압전 소자의 전사가 가능해진다. 이 때, 동시에 상기에서 설명한 배선을 형성해 두면 배선의 취출이 대단히 간단하며, 소자 단체로서 취급하는 것이 가능해진다. 또, 압전 박막 형성면과 다른 면으로의 배선 취출이나, 3차원적인 입체 구조 등의 형성을 가능하게 한다.
이상 간단하게 제조 방법을 설명했으나, 가장 중요한 점은 기판을 에칭하는경우에 압전 소자의 측면도 포함하여 압전 소자부가 데미지를 받지 않도록 합성수지로 덮는 것이다. 압전 박막을 형성하는 기판은 통상, 압전 박막에 비해 두께가 두꺼우므로 웨트 에칭이 일반적으로 사용된다. 에칭액으로는 강산선, 강알칼리성의 에칭액이 사용되기때문에, 압전 박막까지도 에칭해버리므로, 합성수지를 사용하여 덮을 필요가 있다. 압전 소자 구동용 전극 및 배선은 기판 에칭 전에 미리 리소그래피 기술을 사용하여 패터닝하여 형성한다. 이 때 합성수지는 절연층으로도 사용되어 구동 배선의 일체 형성을 가능하게 한다. 이상 간단하게 가공 기판을 사용한 경우의 제조법을 설명했으나, 이 경우 패터닝 형상의 대체적인 것은 가공 기판의 형상으로 정해진다.
배선은 압전 소자에 합성수지를 도포하여, 패터닝할 때 하부, 상부 전극의 일부분에 스루홀을 형성하고, 그 스루홀을 사용하여 전극을 취출하여 배선부를 형성한다. 전극 형성 방법으로는 스퍼터, 증착 등으로 Pt, Au 등의 전극 재료를 막형성한 후 배선 패턴 형상으로 가공해도 되고, 또는 도금법 등으로 형성해도 된다.
소자부의 강성이 부족한 경우에는, 미리 압전 소자 막형성시에 보강재로서 금속막이나 산화막 등을 수 미크론 막형성하거나, 도금법으로 형성한다. 또는, 합성수지의 두께를 두껍게 해도 된다.
(비가공 기판)
미리 액추에이터 형상으로 가공되어 있지 않은 기판을 사용하는 경우의 제조법에 대해 설명한다.
가공되어 있지 않은 기판을 사용하는 경우에는, 막형성 후 압전 소자를 가공한 후에 기판을 액추에이터 형상으로 가공하여 기판을 모두 또는 부분적으로 남기는 제조법과 기판을 모두 제거하는 제조법이 있다.
먼저, 기판을 모두 제거하는 경우에 대해 설명한다. 기판에 압전 소자부(하부 전극/압전 박막/상부 전극 구성)를 막형성, 가공한다. 소자 가공 후, 배선의 형성을 행한다. 기판이 도전성 물질인 경우, 하부 전극은 기판과 접하고 있으므로 기판을 통해 전극을 취출한다. 한편, 상부 전극은 절연층이 되는 베이스의 합성수지를 도포하고, 배선을 취출하는 형상이 되도록 패턴화하여 경화시킨다. 압전 소자의 상부 전극과 도통을 취하기 위해 베이스의 합성수지에는 상부 전극의 일부분에 스로홀을 형성해 둔다. 절연층인 베이스의 합성수지 위에 구리 도금용 시드층 Cr/Cu를 스퍼터하고, 그 후 레지스트를 사용하여 구리 도금용 패턴을 형성한다. 이 패턴을 사용하여 전해 도금법에 의해 구리 도금을 약 2 ∼ 10㎛ 형성하고, 도금용 레지스트를 제거 후, 커버용 합성수지를 도포, 패턴화, 경화시킨다.
기판이 도전성 물질이 아닌 경우에는, 압전 박막, 상부 전극을 가공할 때, 하부 전극 상의 압전 박막, 상부 전극 부분을 부분적으로 제거한 구성으로 하여 그 상부 전극, 압전 박막의 제거된 부분으로부터 하부 전극을 취출하는 구성으로 한다. 소자 상에 합성수지를 도포하고, 패턴화, 경화시킨다. 이 때, 하부 전극 및 상부 전극을 취출하기 위한 스루홀을 동시에 형성해 둔다. 절연층인 베이스의 합성수지 위에 구리 도금용 시드층 Cr/Cu를 스퍼터하고, 그 후 레지스트를 사용하여 구리 도금용 패턴을 형성한다. 이 패턴을 사용하여 전해 도금법에 의해 구리 도금을 약 2 ∼ 10㎛ 형성하고, 도금용 레지스트를 제거 후, 커버용 합성수지를 도포, 패턴화, 경화시킨다.
다음으로, 기판의 가공을 행한다. 기판을 모두 제거하는 경우에는, 기판의 표면에 압전 소자가 형성되고, 그 위에 가공용 합성수지를 스피너법(스핀코터), 롤법, 침전법, 스프레이법, 잉크젯법 등을 사용하여 편면 도포한다. 기판 가공용으로 합성수지를 패턴화하기 위한 합성수지를 부분적으로 제거하는 방법으로는, 예를 들면 감광성 합성수지의 경우에는 노광, 현상 등의 리소그래피의 패턴 기술을 사용하거나, 레이저 가공을 사용하여 그 부분만 합성수지를 제거해도 된다. 가공하는 부분의 합성수지를 제공할 수 있는 방법이라면 어떤 방법이어도 된다. 이 때, 리소그래피 기술을 사용한 제조법을 사용함으로써 압전 소자의 배치는 압전 소자 가공시에 액추에이터 형상은 합성수지의 패턴 형상 제작시에 자유롭게 형성할 수 있다. 따라서, 복잡한 형상이나 다양한 구성을 제작하는 것이 가능해진다. 이 때, 동시에 상기에서 설명한 배선을 형성해 두면 배선의 취출이 대단히 간단하며, 소자 단체로서도 취급하는 것이 가능해진다. 또, 압전 박막 형성면과 다른 면으로의 배선 취출이나, 3차원적인 입체 구조 등의 형성을 가능하게 한다.
그리고, 웨트 에칭 등을 사용하여 기판의 합성수지가 코팅되어 있지 않은 부분의 가공, 즉 기판을 모두 제거한다. 기판을 모두 제거하는 경우에는, 에칭액에 대해 하부 전극의 Pt층이 에칭의 스토퍼가 된다. 이것에 의해, 압전 소자는 기판으로부터 합성수지로 형성된 합성수지층에 전사된 형태가 된다. 합성수지는 비교적 밀착성이 좋고, 이러한 공법을 사용하면 접착제를 사용하지 않고 용이하게 압전소자의 전사가 가능해진다. 특히, 폴리이미드를 함유하는 수지를 베이킹한 경우에는, 진동판과의 밀착성이 좋다.
이상 간단하게 제조 방법을 설명했으나, 가장 중요한 점은 기판을 에칭하는 경우에 압전 소자의 측면도 포함하여 압전 소자부가 데미지를 받지 않도록 합성수지로 덮는 것이다. 압전 박막을 형성하는 기판은 통상, 압전 박막에 비해 두께가 두꺼우므로 웨트 에칭이 일반적으로 사용된다. 에칭액으로는 강산성, 강알칼리성의 에칭액이 사용되기 때문에, 압전 박막까지도 에칭해 버리므로, 합성수지를 사용하여 덮을 필요가 있다. 압전 소자 구동용 전극 및 배선은 기판 에칭 전에 미리 리소그래피 기술을 사용하여 패터닝하여 형성한다. 이 때, 합성수지는 절연층으로도 사용되어 구동 배선의 일체 형성을 가능하게 한다.
다음으로, 기판을 남기는 제조법에 대해 설명한다.
기판을 남기는 방법으로는 두 가지 방법이 있다. 하나는 패턴 형상대로 모두를 남기는 방법이며, 또 하나는 남기는 두께를 변화시키는 방법이다.
기판을 패턴형상대로 모두 남기는 방법으로는, 기판에 압전 소자부(하부 전극/압전 박막/상부 전극 구성)을 막형성, 가공한다. 소자 가공 후, 배선의 형성을 행한다. 기판이 도전성 물질인 경우, 하부 전극은 기판과 접하고 있으므로 기판을 통해 전극을 취출한다. 한편, 상부 전극은 절연층이 되는 베이스의 합성수지를 도포하여, 배선을 취출하는 형상이 되도록 패턴화하여 경화시킨다. 압전 소자의 상부 전극과 도통을 취하기 위해 베이스의 합성수지에는 상부 전극의 일부분에 스루홀을 형성해 둔다. 절연층인 베이스의 합성수지 위에 구리 도금용 시드층 Cr/Cu를 스퍼터하고, 그 후 레지스트를 사용하여 구리 도금용 패턴을 형성한다.이 패턴을 사용하여 전해 도금법에 의해 구리 도금을 약 2 ∼ 10㎛ 형성하고, 도금용 레지스트를 제거 후, 커버용 합성수지를 도포, 패턴화, 경화시킨다.
기판이 도전성 물질이 아닌 경우에는, 압전 박막, 상부 전극을 가공할 때, 하부 전극 상의 압전 박막, 상부 전극 부분을 부분적으로 제거한 구성으로 하여 그 상부 전극, 압전 박막의 제거된 부분으로부터 하부 전극을 취출하는 구성으로 한다. 소자 상에 합성수지를 도포하고, 패턴화하여 경화시킨다. 이 때, 하부 전극 및 상부 전극을 취출하기 위한 스루홀을 동시에 형성해 둔다. 절연층인 베이스의 합성수지 상에 구리 도금용 시드층 Cr/Cu를 스퍼터하고, 그 후 레지스트를 사용하여 구리 도금용 패턴을 형성한다. 이 패턴을 사용하여 전해 도금법에 의해 구리 도금을 약 2 ∼ 10㎛ 형성하여, 도금용 레지스트를 제거 후, 커버용 합성수지를 도포하고, 패턴화시켜 경화시킨다.
다음으로, 기판의 가공을 행한다. 기판의 압전 소자가 형성되어 있는 면에 합성수지를 스피너법(스핀코터), 롤법, 침전법, 스프레이법, 잉크젯법 등을 사용하여 편면 도포한다. 기판 가공용으로 합성수지를 패턴화하기 위한 합성수지를 부분적으로 제거하는 방법으로는, 예를 들면 감광성 합성수지의 경우에는 노광, 현상 등의 리소그래피의 패턴 기술을 사용하거나, 레이저 가공을 사용하여 그 부분만 합성수지를 제거해도 된다. 가공하는 부분의 합성수지를 제거할 수 있는 방법이라면 어떤 방법이어도 된다. 그리고, 웨트 에칭을 사용하여 기판의 합성수지가 코팅되어 있지 않은 부분의 가공을 행한다. 이 경우, 합성수지는 편면에만 도포되어 있으므로 합성수지가 도포되어 있지 않은 면은, 보호 테이프나 보호 필름 등을 붙여에칭액 등에 직접 접촉하지 않도록 한다. 또, 기판의 에칭을 고속, 고정밀도로 행하고자 하는 경우에는, 압전 소자 형성면과는 반대 면에도 합성수지를 도포하여, 양면 노광기 등을 사용하여 양면에 패턴을 제작, 양면에서 에칭을 행한다.
또 하나의 방법으로 기판의 두께를 변화시키는 방법은, 압전 소자 제작, 배선 형상, 합성수지를 도포하는 방법, 기판을 에칭하는 방법은 상기와 동일한 방법이다. 다음으로, 압전 소자가 형성되어 있지 않은 면의 합성수지를 제거하고, 다시 웨트 에칭 등을 사용하여 원하는 두께까지 에칭을 행한다. 또, 부분적으로 두께를 변화시키고자 하는 경우에는, 다시 합성수지로 패턴을 형성하여, 기판의 에칭을 행하면 된다.
이상 간단하게 제조 방법을 설명했으나, 가장 중요한 점은 기판을 에칭하는 경우에 압전 소자의 측면도 포함하여 압전 소자부가 데미지를 받지 않도록 합성수지로 덮는 것이다. 압전 박막을 형성하는 기판은 통상 압전 박막에 비해 두께가 두꺼우므로 웨트 에칭이 일반적으로 사용된다. 에칭액으로는 강산성, 강알칼리성의 에칭액이 사용되기 때문에, 압성 박막까지도 에칭해 버리므로 합성수지를 사용하여 덮을 필요가 있다. 압전 소자 구동용 전극 및 배선은 기판 에칭 전에 미리 리소스래피 기술을 사용하여 패터닝하여 형성한다. 이 때, 합성수지는 절연층으로도 사용되어 구동 배선의 일체 형성을 가능하게 한다. 또, 압전 박막 형성면과 다른 면으로의 배선 취출이나, 3차원적인 입체 구조 등의 형성을 가능하게 한다.
(합성수지)
유기계의 합성수지를 더욱 상세하게 구별하면, 플라스틱(열가소성 수지, 열경화성 수지, 플라스틱 2차 제품(필름, 시트, 각종 폼, 접착제, 도료)을 포함한다), 합성섬유(나일론, 폴리에스테르, 아크릴 등), 합성고무(디엔계, 비디엔계, 열가소성 에라스토머 등), 기타(고흡수성 수지, 합성지, 합성피혁, 이온 교환수지, 이온 교환막, 생분해성 폴리머 등)로 분류된다.
이 중에서도 특히 바람직한 것은, 플라스틱으로 분류되는 합성수지이다. 예를 들면, 플라스틱으로 분류되는 것으로는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 플라스틱 2차 제품의 형태를 취하는 합성수지이다. 구체적인 것으로는, 레지스트로서 포토 레지스트(디아조나프토퀴논- 노블락 수지, 폴리메틸메타크릴레이트, 메틸메타크렐레이트를 포함하는 공중합체, 폴리메틸이소프로페닐케톤, 고리화 폴리이소프렌-아지드 화합물계 레지스트, 페놀 수지-아지드 화합물계 레지스트, 주쇄 절단형 전자선 포지티브 레지스트, 용해 억제형 전자선 레지스트, 가교형 전자선 네가티브 레지스트, 에폭시계 네가티브형 전자선 레지스트, 폴리에틸렌계 네가티브형 전자선 레지스트, 알칼리 수용액 현상 네가티브형 전자선 레지스트, 화학증폭계 레지스트 등)나, 프린트 배선 등에 사용되는 드라이필름 레지스트, 도금용 레지스트, ED 레지스트, LDI 레지스트, 폴리이미드, 폴리벤조옥사졸 수지계를 들 수 있다. 특히, 이 중에서도 저흡수성인 것이 바람직하여, 폴리이미드 수지를 포함하는 포지티브형 감광성 수지 및 폴리벤조옥사졸 수지로부터 선택되는 적어도 하나의 수지가 바람직하다. 특히, 폴리이미드 수지를 포함하는 포지티브형 감광성 수지는 스미토모 베이크라이트사 제조 상품명 「CRC-8000」시리즈가 바람직하다. 이 수지는 프리베이크 120℃/4분간, 노광량 250mJ/㎠(「CRC-8200」의 경우) -400mJ/㎠(「CRC-8300」의 경우), 최종 경화 150℃/30분 -320℃/30분의 조건으로 베이킹으로써 진동판에 일체화할 수 있다.
또한, 예로 든 재료는 일례로서, 합성수지이면 문제 없다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도 1a부터 도 8j를 사용하여 설명한다.
(실시형태 1)
도 1a ∼ 도 1d에 본 발명의 압전식 액추에이터의 간이 단면도를 나타낸다. 직사각형의 압전 박막(1)과 그 압전 박막(1)을 사이에 끼도록 적층된 하부 전극(2a), 상부 전극(2b)으로 형성된 압전 소자(3)는 합성수지(4)를 형상 유지판으로 하고, 또 합성수지(4)는 압전 소자(3)를 싸도록 배치되어 있다. 압전 소자(3)의 한쪽 단은 하부 전극(2a)을 통해 고정부(5)에 고정되어 있다. 하부 전극(2a)은 고정부(5)가 도전체인 경우, 고정부(5)를 통해 인출되며, 고정부(5)가 절연체인 경우, 고정부(5) 상에 인출선(6)을 형성하여 취출된다. 상부 전극(2b)은 형상 유지판인 합성수지(4)를 절연층으로 하여 스루홀(7)을 통해 상부 전극 인출선(6)에 접속된다. 고정부(5)와 반대 단에는 동작시키는 대상물(8)이 부착된다.
도 1a는 압전 소자(3)를 형성하는 기판 부분이 에칭 등의 방법에 의해 제거되고, 합성수지(4)를 형상 유지판으로 한 구조를 나타낸다.
도 1b는 압전 소자(3)를 형성하는 기판 부분이 에칭 등의 방법을 사용하여 제거되고, 합성수지(4)를 형상 유지판으로 하고, 또한 보호층으로서 압전 소자(3)의 에칭 부분에 합성수지(4)를 도포한 구조를 나타낸다.
도 1c는 압전 소자(3)를 형성하는 기판이 에칭 등의 방법에 의해 일부분만 얇게 가공되고, 합성수지(4)와 기판의 나머지를 형상 유지판으로 한 구조를 나타낸다.
도 1d는 고정부(5)가 절연체, 또는 고정부가 도전체이어도 직접 전압을 인가하고 싶지 않은 경우의 구조의 일례를 나타낸다. 고정부(5)가 절연체인 경우, 고정부(5) 상의 합성수지(4)를 형성하지 않고 직접 고정부(5) 상에 인출선(6)을 형성해도 된다. 또, 고정부(5)가 도전체인 경우는, 도 1d에 나타낸 바와 같이, 합성수지(4)를 고정부(5) 상에 형성하고, 그 위에 인출선(6)을 형성한다. 또한, 도 1d에는 압전 소자(3)의 기판은 모두 제거하고, 보호층의 합성수지(4)를 형성한 구성이 되어 있으나, 합성수지(4)를 형성하지 않은 도 1a의 구조나, 압전 소자(3)의 기판의 일부분을 제거한 도 1c의 구조이어도 동일하게 하부 전극(2a)을 도 1d와 같이 인출하는 것이 가능하다.
형상 유지판인 합성수지(4)만으로는 강성이 낮은 경우에는 도 1e ∼ 도 1g에 나타낸 바와 같이 보강재(30)를 부가해도 된다. 도 1e는 상부 전극(2b)과 합성수지(4) 사이에 보강재(30)를 부가한 경우를 나타낸다. 도 1f는 형상 유지판인 합성수지(4) 위에 보강재(30)를 부가한 경우를 나타낸다. 도 1g는 하부 전극(2a) 아래에 보강재(30)를 부가한 경우를 나타낸다. 보강재로는, 금속막, 산화물막 등이다. 막형성 방법으로는, 스퍼터법, 증착법, 도금법 등을 사용한다. 두께는 약 1 ∼ 5㎛정도가 바람직하다.
또, 도 1d에서 나타낸 바와 같이, 압전 소자를 양면에서 합성수지로 싸도록 형성하거나, 형상 유지판인 합성수지(4)의 두께를 두껍게 해도 된다.합성수지(4)의 도포법은 스피너법(스핀코터), 롤법, 침전법, 스프레이법, 잉크젯법 등이 바람직하다.
다음으로, 도 2a ∼ 도 2c를 사용하여 동작을 나타낸다. 도 2a는 인가 전압을 가하지 않은 상태를 나타낸다. 도 2b는 상부 전극에 (+), 하부 전극에 (-)의 인가 전압을 가한 상태를 나타내고, 도 2c는 상부 전극에 (-), 하부 전극에 (+)의 인가 전압을 가한 상태를 나타낸다. 도 2b의 경우, 인가 전압을 가하면 Δx와 Δy의 변위가 얻어진다. 또, 도 2c의 경우, 인가 전압을 가하면 Δx와 도 2B의 경우와는 역방향의 Δy의 변위가 얻어진다. Δx의 바람직한 변위 길이는 1 - 5㎛의 범위이며, Δy의 바람직한 변위 길이는 10 - 30㎛의 범위이다. 또, 액추에이터 2개를 삼각형의 두 변과 같이 사용한 경우는, 트래킹 방향에 대해 1 - 2㎛의 범위로 움직이는 것이 바람직하다.
상기 동작은 압전 박막의 주로 두께 방향의 휨을 이용하여, 변위를 얻는 것에서 비교적 큰 변위를 얻는 것이 가능하다. 또, 구동 주파수를 높게 함으로써, 고속·고정밀도의 제어가 가능하다.
이상이 본 발명의 압전식 액추에이터의 간이 구조와 그 동작 상태이다.
(실시형태 2)
도 3a ∼ l에 실시형태 1에서 나타낸 압전식 액추에이터의 제조법을 나타낸다. 먼저, 도 3a ∼ l은 액추에이터 형상으로 가공한 기판에 직접 막형성하여, 기판 전체를 제거한 경우의 제조법을 나타낸다. 이 경우, 미리 기판 자체를 액추에이터 형상으로 가공하고, 그 후 압전 박막의 형성을 행하고, 또한 부분적인 가공을실시하는 공정을 나타낸다. 그 때문에, 사용되는 기판(40)은 첫째로 막형성시의 막형성 온도인 약 50℃ 이상이어도 형상을 유지하는 것이 가능할 필요가 있다. 그리고, 둘째로 액추에이터로서 가공하기 쉬울 것을 들 수 있다. 사용하는 기판(40)으로는, 주로 금속 기판이 바람직하고, 주로 스테인리스, 알루미늄, 구리, 티타늄 등이 주성분인 기판이 막형성 온도, 가공성 등에서 바람직하다. 또, 산화 마그네슘(MgO), 결정 유리 등도 바람직하다.
기판(40)을 액추에이터 형상으로 가공하는 경우에는, 에칭, 성형, 프레스법을 사용하여 가공한다. 비용면에서 말하면 성형, 프레스법 등이 유리하나, 가공 정밀도면에서는 에칭 가공이 유리하다. 어느 가공법을 사용하는지는 그 때 가공을 필요로 하는 대상물의 가공 정밀도와 비용면에서 선택하면 된다.
다음으로, 막형성에 대해 설명한다. 막형성에 대해서는, 막형성 후 압전 박막을 소자 형상으로 가공하는 방법과 막형성시에 메탈 마스크 등을 사용하여 필요한 곳 이외는 압전 박막을 부착하지 않도록 하는 방법이 있다. 막형성에 대해서는, 메탈 마스크를 미리 세트하여 막형성하느냐, 가공 기판 전체에 막형성하느냐의 차이이다. 도 3a ∼ l을 사용하여 메탈 마스크를 사용하지 않는 경우와 사용하는 경우를 설명한다.
먼저, 메탈 마스크를 사용하지 않는 경우의 막형성법을 도 3a ∼ f에 나타낸다. 가공 기판을 기판 홀더에 세트한 후, 스퍼터 장치의 챔버 내에 넣어 진공 상태로 한다. 기판 온도가 약 500℃ 이상이 된 것을 확인하여, 부착층(9)인 티타늄(Ti)을 막두께 50nm, 하부 전극(2a)을 겸하는 백금(Pt)을 막두께 약 50 ∼200nm으로 막형성한다. 티타늄(Ti)(9)은 기판(40)과 백금(Pt)의 부착 강도를 높이기 위해 사용된다. 그 때문에, 기판(40)과 Pt층의 부착 강도가 높은 경우에는 티타늄(Ti)을 막형성하지 않고, 기판 상에 직접 백금(Pt)을 막형성해도 된다. 다음으로, 압전 박막(1)인 티탄산 납계의 PbZrTiO3의 결정 배향을 돕는 바탕층(10)의 PbLiTi를 10 ∼ 50nm의 막두께로 막형성한다. 그 후, 압전 박막(1)의 PbZrTiO3를 1 ∼ 6㎛ 막형성한다. PbZrTiO3의 막두께는 액추에이터화했을 때 필요로 하는 토르크에 따라 변화한다. 압전 박막의 토르크와 동일 면적인 경우, 두께에 정비례하여 커진다. PbZrTiO3(PLT막)를 막형성 후, 상부 전극(2b)인 백금(Pt) 또는 Au(금)를 100 ∼ 200nm 두께로 막형성한다.
다음으로, 메탈 마스크를 사용하여 막형성하는 경우의 막형성법을 도 3g ∼ l에 나타낸다. 가공 기판을 기판 홀더에 세트한 후, 그 위에서부터 메탈 마스크(11)를 세트한다. 이 때, 위치 결정을 위치 결정 핀 등을 사용하여 정확하게 행한다. 기판 홀더에 나사 등으로 고정한 후, 스퍼터 장치의 챔버 내에 넣어 진공 상태로 한다. 기판 온도가 약 500℃ 이상이 된 것을 확인하여, 부착층(9)인 티타늄(Ti)을 막두께 50nm, 하부 전극(2a)을 겸하는 백금(Pt)을 막두께 약 50 ∼ 200nm 두께로 막형성한다. 티타늄(Ti)(9)은 기판(40)과 백금(Pt)의 부착 강도를 높이기 위해 사용된다. 그 때문에, 기판(40)과 Pt층의 부착 강도가 높은 경우에는 티타늄(Ti)을 막형성하지 않고, 기판 상에 직접 백금(Pt)을 막형성해도 된다. 다음으로, 압전 박막(1)인 티탄산 납계의 PbZrTiO3의 결정 배향을 돕는 바탕층(10)의PbLiTi를 10 ∼ 50nm 두께로 막형성한다. 그 후, 압전 박막(1)의 PbZrTiO3를 1 ∼ 6㎛ 두께로 막형성한다. PbZrTiO3의 막두께는 액추에이터화했을 때 필요로 하는 토르크에 따라 변화한다. 압전 박막의 토르크는 동일 면적인 경우, 두께에 정비례하여 커진다. PbZrTiO3를 막형성 후, 상부 전극(2b)인 백금(Pt) 또는 Au(금)를 100 ∼ 200nm 두께로 막형성한다. 메탈 마스크(11)는 형성하는 막에 따라 패턴을 바꾸는 경우에는 그 숫자만큼 준비해 두고 교체한다. 또, 하나의 패턴으로 되는 경우에는 메탈 마스크(11)를 교체할 필요는 없다.
다음으로, 리소그래피 기술 등을 사용하여 압전 소자(3)(하부 전극(2a)/압전 박막(1)/상부 전극(2b))를 가공하여, 형상 유지판을 합성수지로 치환하기 위한 기판 가공의 설명을 도 4a ∼ i를 사용하여 행한다.
도 4a ∼ f는 메탈 마스크를 사용하지 않는 경우의 가공법이다. 먼저, 합성수지(12)를 상부 전극(2b) 면에 도포했다. 이 때, 합성수지가 레지스트나 감광성 폴리이미드와 같이 패턴화할 수 있는 것은 상부 전극(2b)을 인출하기 위한 스루홀 또는 부분적으로 합성수지(12)로 덮히지 않는 부분을 형성했다. 배선은 도금법 등을사용하여 형성한다. 만약 패턴화할 수 없는 합성수지를 사용하는 경우에는 기판 상에 배선 패턴을 미리 형성하여, 전극의 인출 부분을 작성해 두고, 그 후 합성수지(12)를 도포하거나, 또는 레이저 가공 등을 사용하여 부분적으로 합성수지(12)를 제거한다. 합성수지(12)를 도포하는 방법으로는 스피너법, 롤법, 또는 침전법을 사용하여 도포한다. 이 때, 가공 기판(40)의 뒷면(압전 박막(1)을형성하고 있는 면과 반대 면)을 유리 등의 평탄한 기판에 극간이 생기지 않도록 붙여 고정한다. 이 고정에 의해 도포되는 합성수지는 압전 소자(3)부의 상부 전극(2b)이 막형성되어 있는 면과 압전 박막(1)의 단면을 덮어, 가공 기판(40)의 뒷면에는 거의 도포되지 않는다.
도포된 합성수지(12)가 반드시 압전 박막(1)의 단면 부분을 그림과 같이 덮어버리도록 도포한다. 이것은 다음 공정인 압전 소자(3)의 에칭 공정 및 기판 부분의 에칭 공정에서 압전 박막(1)이 에칭되는 것을 방지하기 위해서이다. 도포된 합성수지(12)는 더욱 강도를 높이기 위해 고온조를 사용하여 온도를 올려 경화시킨다. 이 경화에 의해 내에칭 효과를 높일 수 있음과 동시에 절연 저항이 높아져 배선용 절연층으로도 사용할 수 있다. 바람직한 합성수지는 상기한 폴리이미드 수지를 포함하는 포지티브형 감광성 수지, 예를 들면 스미토모 베이크라이트사 제조 상품명 「CRC-8000」시리즈의 수지이다.
필요한 부분을 합성수지(12)로 덮은 후, 상부 전극(2b)을 에칭한다. 상부 전극(2b)은 일반적으로 금(Au)이나 백금(Pt) 등을 사용하고, 에칭 방법으로는 드라이 에칭법, 웨트 에칭법 등이 있으나, 드라이 에칭법의 경우에는 아르곤 가스(Ar)를 사용하여 에칭한다. 한편, 웨트 에칭의 경우에는, 금(Au)에 대해서는 요오드화 칼륨(KI), 옥소(I2), 물(H2O)의 혼합액 등을 사용하여 에칭을 행한다.
다음으로, 압전 박막(1) 및 바탕층(10)의 PLT막을 에칭했다. 막두께가 얇은 경우에는 드라이 에칭법을 사용하고, 두께가 두꺼운 경우에는 웨트 에칭법을 사용한다. 드라이 에칭법의 경우에는, 금(Au), 백금(Pt)의 경우와 동일하게 아르곤가스(Ar)를 사용하여 에칭한다. 웨트 에칭의 경우에는 비화(沸化) 암모늄 용액 및 비산(沸酸), 비(沸)질산 등을 사용하여 에칭을 행한다.
그 후, 하부 전극(2a)을 에칭한다. 하부 전극(2a)은 일반적으로 백금(Pt)이 사용된다. 드라이 에칭법의 경우에는, 아르곤 가스(Ar)를 사용하여 에칭한다. 한편, 웨트 에칭의 경우에는, 에칭액으로는 시안화 칼륨, 페르옥소 황산 암모늄, 물의 혼합액을 사용한다.
에칭 후, 에칭 마스크로 사용한 합성수지(12)는 제거하거나 또는 그대로 형상 유지판으로 사용해도 된다. 합성수지(12)를 제거한 경우에는, 다시 합성수지(12)를 도포한다. 도포 방법은 상기와 동일한 방법을 사용한다.
다음으로, 기판(40)의 에칭 공정을 설명한다. 기판(40)이 스테인리스, 알루미늄, 구리 등의 금속인 경우에는 염화제이철 용액, 질산구리 용액 등을 사용하여 부분적 또는 전부 에칭한다. 에칭 방법도 스프레이법, 침전법 등 다양한 방법이 있으나, 스프레이법을 사용한 경우, 스프레이로부터 분무되는 에칭액의 액체입자의 크기나, 분무 압력, 에칭액의 온도 등에 따라 에칭 속도나 균일성을 제어할 수 있다. 이 때, 압전 박막(1)은 합성수지(12)로 덮혀있지 않으면 기판(40)과 함께 에칭되어 버리나, 전(前) 행정에서 합성수지(12)로 덮혀 있으므로 문제없다. 즉, 합성수지(12)를 사용하여 압전 박막(1)을 덮는 것이 중요하다. 합성수지(12)는 특히 산성의 에칭액에 강한 특성을 갖고 있어 이러한 프로세스에 적합하다. 또, 기판(40)을 모두 에칭하는 경우, 기판(40)이 에칭된 후, 산의 에칭액에 강한 하부 전극(2a)인 Pt가 에칭액에 대한 스토퍼의 역할을 한다. 이렇게 기판(40)이 에칭된후에는 에칭용 패턴의 역할을 하고 있었던 합성수지(12)가 형상 유지판의 역할을 한다. 통상, 기판(40) 이외의 다른 형상 유지판에 압전 박막(1)을 전사하는 경우에는, 압전 소자(3)와 형상 유지판 사이에 도전 접착제 등을 사용하여 접착하는 방법이 일반적이나, 대단히 작은 소자의 경우에는 정밀도적으로 바람직하지 않다. 따라서, 이러한 방법을 사용하면, 대단히 작은 가공까지 가능하며, 또 접착제 등을 사용하지 않고 기판 이외의 다른 형상 유지판에 전사하는 것을 가능하게 한다.
도 4g ∼ i는 메탈 마스크를 사용하는 경우의 가공법이다. 압전 소자(3)의 막형성시에 메탈 마스크를 사용하여 필요한 부분에만 압전 소자(3)를 막형성하고 있다. 그 때문에, 도 4a ∼ f에서 나타낸 메탈 마스크를 사용하지 않는 경우의 가공법에서 설명한 압전 소자(3)의 에칭 공정은 생략된다. 따라서, 막형성 후, 합성수지(12)를 도포하고, 압전 소자(3)부를 합성수지(12)로 덮고, 기판을 에칭하는 에칭액에 접촉하지 않는 구조를 형성한다. 기판(40)의 에칭에 관해서는 상기와 동일하다.
도 5a ∼ i는 액추에이터 형상으로 가공한 기판(40)에 직접 막형성하고, 기판 전체를 에칭법이나 램프법, 폴리싱법, 또는 CMP법에 의해 얇게 가공하는 경우의 제조법을 나타낸다.
압전 소자의 막형성법, 합성수지(12)의 도포법, 경화법, 배선의 형성법은 도 4a ∼ i의 경우와 동일하므로 설명은 생략한다. 크게 다른 공정은 얇게 가공하는 방법이다. 그래서, 이하에 그 방법에 대해 상세히 설명한다. 먼저, 에칭법을 사용하는 경우에는, 기판(40)이 스테인리스, 알루미늄, 구리, 티타늄 등의 금속인 경우에는 염화제이철 용액, 질산구리 용액 등을 사용하여 에칭한다. 이 때, 압전 박막(1)은 합성수지(12)로 덮혀있지 않으면 기판(40)과 함께 에칭되어 버리나, 전 행정에서 합성수지(12)로 덮혀 있으므로 문제없다. 즉, 합성수지(12)를 사용하여 압전 박막(1)을 덮는 것이 중요하다. 합성수지(12)는 특히 산성의 에칭액에 강한 특성을 갖고 있어 이러한 프로세스에 적합하다. 기판(40)을 어느 정도 에칭하는지는 필요한 액추에이터의 기계적 강도와 변위량으로 결정된다. 에칭량의 제어는 사용하는 에칭액에 따라 다르나 에칭액의 농도, 에칭 시간, 에칭액의 온도, 사용하는 에칭 방법에 따라 행해진다. 에칭 방법은 주로 스프레이법, 침전법이 있다. 특히, 스프레이법은 스프레이로부터 분무하는 에칭액의 액체입자의 크기나, 분무 압력, 에칭액의 온도 등에 따라 에칭 속도나 균일성을 제어할 수 있다.
램프법이나 폴리싱법은 고정한 기판(40)을 고정 지그에 부착하고, 램프판 위에 실어 다이아몬드 슬러리 등을 기판에 뿌리면서 램프판을 일정 속도로 회전시켜 기판을 절삭한다.
여기서, CMP(케미컬 메카니컬 폴리싱 : 화학적이고 기계적인 복합 연마)법은 램프법이나 폴리싱법과 비슷하나, 다이아몬드 슬러리 등의 대신에 산성 용액을 분무하면서 화학적으로 에칭을 행한다. 이러한 방법을 사용하여 기판의 두께를 얇게 가공하는 방법이다.
도 6a ∼ g는 액추에이터 형상으로 가공한 기판에 직접 막형성하고, 기판의 일부분을 모두 제거한 경우의 제조법을 나타낸다. 도 6a ∼ d는 최소한, 하부 전극(2a), 압전 박막(1), 상부 전극(2b)으로 이루어지는 압전 소자(3)의 막형성에 대해 메탈 마스크를 사용하지 않고 막형성 후, 리소그래피 기술 등을 사용하여 소자화하는 행정을 나타낸 도면이다. 메탈 마스크를 사용하지 않는 경우 압전 소자의 가공 공정은, 도 4a ∼ c 또는 도 5a ∼ c와 동일하므로 도시를 생략했다.
한편, 도 6e ∼ g는 최소한, 하부 전극(2a), 압전 박막(1), 상부 전극(2b)으로이루어지는 압전 소자(3)의 막형성에 대해 메탈 마스크를 사용하여 소자 가공을 행하는 행정을 나타낸 도면이다. 압전 소자(3)의 막형성법, 합성수지(12)의 도포법, 경화법, 배선의 형성법은 도 3a ∼ l의 경우와 동일하므로 설명을 생략한다. 크게 다른 공정은, 가공 기판(40)의 뒷면(압전 박막을 형성하고 있는 면과 반대 면)에도 합성수지(12)를 도포하여, 일부분만 합성수지(12)를 제거한 패턴을 형성하는 것이다. 도 6a ∼ d에 있어서, 압전 박막을 기판(40)의 표면에 형성하고, 그 위에 합성수지(12)를 도포하고 경화한 후, 가공 기판(40)의 뒷면(압전 박막(1)을 막형성하고 있는 면과 반대 면)에 합성수지(12)를 도포한다. 가공 기판(40)의 뒷면을 위로 하여 유리 등의 평활한 기판에 고정한다. 그리고, 스피너법, 또는 롤법, 침전법으로 합성수지(12)를 도포한다. 이 때, 합성수지(12)가 감광성, 또는 자외선 경화형 등이면 마스크 등을 사용하여 노광하여 패턴화한다. 만약, 감광성이나 자외선 경화형 등이 아니면 도포 후, 레이저 등을 사용하여 패턴화한다. 상기 패턴은 특히 압전 소자(3)부의 기판(40)을 제거하기 위한 패턴이며, 즉 압전 소자(3)부의 기판 상만은 합성수지(12)로 덮히지 않도록 한다. 이 패턴화 후, 도포된 합성수지(12)의 내산성 강도, 기계적 강도를 높이기 위해 고온조를 사용하여 온도를 올려 경화시킨다. 그 후, 에칭법을 사용하여 기판(40)을 제거한다. 에칭법으로제거하기 위해, 패턴화한 면을 위로 하여 유리 기판 등에 고정한다. 그리고, 스프레이법, 침전법 등을 사용하여 합성수지(12)로 덮혀있지 않은 부분의 기판(40)을 제거한다. 기판(40)이 스테인리스, 알루미늄, 구리, 티타늄 등의 금속인 경우에는 염화제이철 용액, 질산구리 용액 등을 사용한다.
기판이 모두 에칭되어 하부 전극(2a)의 백금(Pt)이 스토퍼가 되어 에칭이 종료된다. 이 프로세스에서 기판(40)은 제거되어 합성수지(12)가 형상 유지판으로 치환된다. 또, 접착제 등을 사용하지 않고 압전 소자(3)를 전사할 수 있다.
도 6e ∼ g는 메탈 마스크를 사용하는 경우의 가공법이다. 압전 소자(3)의 막형성시에 메탈 마스크를 사용하여 필요한 부분에만 압전 소자(3)를 막형성하고 있다. 그 때문에, 도 6a ∼ d에서 나타낸 메탈 마스크를 사용하지 않는 경우의 가공법에서 설명한 압전 소자(3)의 에칭 공정은 생략된다. 따라서, 막형성 후, 합성수지(12)를 도포하고, 압전 소자(3)부를 합성수지(12)로 덮고, 기판을 에칭하는 에칭액에 접촉하지 않는 구조를 형성한다. 기판(40)의 에칭에 관해서는 상기와 동일하다.
도 7a ∼ g는 액추에이터 형상으로 가공한 기판에 직접 막형성하고, 기판의두께를 얇게 한 가공인 경우의 제조법을 나타낸다. 도 7a ∼ d는 최소한, 하부 전극(2a), 압전 박막(1), 상부 전극(2b)으로 이루어지는 압전 소자(3)의 막형성에 대해 메탈 마스크를 사용하지 않고 막형성 후, 리소그래피 기술 등을 사용하여 소자화하는 행정을 나타낸 도면이다. 메탈 마스크를 사용하지 않는 경우 압전 소자의 가공 공정은, 도 4a ∼ c 또는 도 5a ∼ c와 동일하므로 도시를 생략했다.
한편, 도 7e ∼ g는 최소한, 하부 전극(2a), 압전 박막(1), 상부 전극(2b)으로 이루어지는 압전 소자(3)의 막형성에 대해 메탈 마스크를 사용하여 소자 가공을 행하는 행정을 나타낸 도면이다. 압전 소자(3)의 막형성법, 합성수지(12)의 도포법, 경화법, 배선의 형성법, 합성수지(12)의 패턴 형성법은 도 3a ∼ l의 경우와 동일하므로 설명은 생략한다. 크게 다른 것은, 에칭 속도, 균일성을 제어하면서 기판(40)의 에칭을 행하는 것이다. 기판(40)을 어느 정도 에칭하는지는 필요한 액추에이터의 기계적 강도와 변위량으로 결정된다. 에칭량의 제어는 사용하는 에칭액에 따라 다르나, 에칭액의 농도, 에칭 시간, 에칭액의 온도, 사용하는 에칭 방법이다. 에칭 방법은 주로 스프레이법, 침전법이 있다. 특히, 스프레이법은 스프레이로부터 분무되는 에칭액의 액체입자의 크기나, 분무 압력, 에칭액의 온도 등에 따라 에칭 속도나 균일성을 제어할 수 있다.
이상의 조건을 제어함으로써 기판의 두께를 전체 또는 일부분만 얇게 가공한 액추에이터를 제작할 수 있다.
도 8a ∼ j는 액추에이터 형상으로 가공되어 있지 않은 기판(40)을 사용하고, 기판 전체를 제거하는 경우의 액추에이터의 제조법을 나타낸다.
도 8a ∼ f는 최소한, 하부 전극(2a), 압전 박막(1), 상부 전극(2b)으로 이루어지는 압전 소자(3)의 막형성에 대해 메탈 마스크를 사용하지 않고 막형성 후, 리소그래피 기술 등을 사용하여 소자화하는 행정을 나타낸 도면이다. 한편, 도 8g ∼ j는 최소한, 하부 전극(2a), 압전 박막(1), 상부 전극(2b)으로 이루어지는 압전 소자(3)의 막형성에 대해 메탈 마스크를 사용하여 소자 가공을 행하는 행정을 나타낸 도면이다. 사용되는 기판(40)은 첫째로 막형성시의 막형성 온도인 약 500℃ 이상에서도 형상을 유지하는 것이 가능할 필요가 있다. 그리고, 둘째로 에칭 등에 의해 용이하게 제거할 수 있을 필요가 있다. 사용하는 기판(40)으로는, 주로 금속 기판이 바람직하고, 주로 스테인리스, 알루미늄, 구리, 티타늄 등이 주성분인 기판이 막형성 온도, 가공성 등에서 바람직하다. 또, 산화마그네슘(MgO)도 바람직하다.
막형성에 대해서는, 막형성 후 압전 박막을 소자 형상으로 가공하는 방법과 막형성시에 메탈 마스크 등을 사용하여 필요한 곳 이외는 압전 박막을 부착하지 않도록 하는 방법이 있다. 정밀도가 요구되는 경우에는 메탈 마스크법보다 리소그래피 기술을 사용하여 가공하는 편이 좋다.
메탈 마스크법은 막형성하는 막에 따라 패턴을 미리 결정해 두고, 막형성시에 교체하는 것뿐이다. 도 3a ∼ l에서 메탈 마스크를 사용하지 않는 경우와 사용하는 경우의 설명과 동일한 행정이므로 생략한다.
다음으로, 리소그래피 기술 등을 사용하여 압전 소자(3)(하부 전극(2a)/압전 박막(1)/상부 전극(2b))를 가공하여, 형상 유지판을 합성수지로 치환하기 위한 기판 가공의 설명을 도 8a ∼ j를 사용하여 행한다.
도 8a ∼ f는 메탈 마스크를 사용하지 않는 경우의 가공법이다. 먼저, 합성수지(12)를 상부 전극(2b) 면에 도포한다. 이 때, 합성수지(12)가 레지스트나 감광성 폴리이미드와 같이 패턴화할 수 있는 것은 상부 전극(2b)을 인출하기 위한 스루홀 또는 부분적으로 합성수지(12)로 덮히지 않는 부분을 형성한다. 배선은 도금법 등을 사용하여 형성한다. 만약 패턴화할 수 없는 합성수지를 사용하는 경우에는 기판 상에 배선 패턴을 미리 형성하여, 전극의 인출 부분을 작성해 두고, 그 후 합성수지(12)를 도포한다. 또는, 레이저 가공 등을 사용하여 부분적으로 합성수지(12)를 제거한다. 합성수지(12)를 도포하는 방법으로는 스피너법, 롤법, 또는 침전법, 스프레이법, 잉크젯법 등을 사용하여 도포한다. 이 때, 기판(40)의 뒷면(압전 박막(1)을 형성하고 있는 면과 반대 면)을 유리 등의 평탄한 기판에 극간이 생기지 않도록 붙여 고정한다. 이 고정에 의해 도포되는 합성수지는 압전 소자(3)부의 상부 전극(2b)이 막형성되어 있는 면과 압전 박막(1)의 단면을 덮어, 기판(40)의 뒷면에는 거의 도포되지 않는다.
도포된 합성수지(12)가 반드시 압전 박막(1)의 단면 부분을 그림과 같이 덮어버리도록 도포한다. 이것은 다음 행정인 압전 소자(3)의 에칭 공정 및 기판 부분의 에칭 행정에서 압전 박막(1)이 에칭되는 것을 방지하기 위해서이다. 도포된 합성수지(12)는 더욱 강도를 높이기 위해 고온조를 사용하여 온도를 올려 경화시킨다. 이 경화에 의해 내에칭 효과가 높아짐과 동시에 절연 저항이 높아져 배선용 절연층으로도 사용할 수 있다.
필요한 부분을 합성수지(12)로 덮은 후, 상부 전극(2b)을 에칭한다. 상부 전극(2b)은 일반적으로 금(Au)이나 백금(Pt) 등이 사용되고, 에칭 방법으로는 드라이 에칭법, 웨트 에칭법 등이 있으나, 드라이 에칭법의 경우에는 아르곤 가스(Ar)를 사용하여 에칭한다. 한편, 웨트 에칭의 경우에는, 금(Au)에 대해서는 요오드화 칼륨(KI), 옥소(I2), 물(H2O)의 혼합액 등을 사용하여 에칭을 행한다.
상부 전극(2b)이 에칭되면 레지스트를 제거하여, 다시 압전 박막(1) 가공용 레지스트를 도포, 패턴화한다. 이 때, 상부 전극(2b)용 레지스트가 압전 박막을 에칭하는 패턴과 동일 형상으로 내웨트 에칭성도 뛰어난 것이면, 상부 전극(2b) 가공용 레지스트를 그대로 사용해도 된다.
다음으로, 압전 박막(1) 및 바탕층(10)의 PLT막을 에칭한다. 막두께가 얇은 경우에는 드라이 에칭법을 사용하고, 두께가 두꺼운 경우에는 웨트 에칭법을 사용한다. 드라이 에칭법의 경우에는, 금(Au), 백금(Pt)의 경우와 동일하게 아르곤 가스(Ar)를 사용하여 에칭한다. 웨트 에칭의 경우에는, 불화 암모늄 용액 및 불화수소산을 사용하여 에칭을 행한다. 에칭 방법은 비커에 넣은 버퍼드 불화수소산을 약 60℃로 가열하고, 그 중에 기판(4)채로 침전시킨다. 버퍼드 불화수소산은 농도가 일정해지도록 상시 저어 혼합한다. 에칭 후 순수로 세정하여 건조시킨다. 그 후, 레지스트를 제거하고, 다시 레지스트를 도포, 하부 전극(2a) 에칭 패턴에 노광, 현상한다. 이 때, 하부 전극(2a)용 패턴은 압전 박막(1)의 형상보다도 한층 크게 형성하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 하부 전극(2a)과 합성수지(12)의 레지스트 등에 의해, 압전 박막(1)을 싸는 구조를 제작할 수 있어, 기판(40) 제거시의 에칭액에 압전 박막(1)이 노출될 염려가 없다.
그 후, 하부 전극(2a)을 에칭한다. 하부 전극(2a)은 일반적으로 백금(Pt)이 사용된다. 드라이 에칭법의 경우에는, 아르곤 가스(Ar)를 사용하여 에칭한다. 한편, 웨트 에칭의 경우에는, 에칭액으로는 시안화 칼륨, 페르옥소 황산 암모늄, 물의 혼합액을 사용한다.
에칭 후, 에칭 마스크로 사용한 합성수지(12)는 제거하거나 또는 그대로 형상 유지판으로 사용해도 된다. 합성수지(12)를 제거한 경우에는, 다시 합성수지(12)를 도포한다. 또한, 제작하는 액추에이터의 사양에 따라서는 하부 전극(2a) 에칭용 레지스트를 제거하지 않고, 그대로 형상 유지판, 또는 액추에이터 패턴으로서 사용해도되고, 이 레지스트 위에서 또한 다른 합성수지(12)를 도포하여 형상 유지판, 또는 액추에이터 패턴을 형성해도 된다. 이 때, 합성수지(12)가 레지스트나 감광성 폴리이미드와 같이 패턴화할 수 있는 것은 상부 전극(2b)을 인출하기 위한 스루홀 또는 부분적으로 합성수지(12)로 덮히지 않는 부분을 형성한다. 배선은 도금법 등을사용하여 형성한다. 만약 패턴화할 수 없는 합성수지를 사용하는 경우에는 기판 상에 배선 패턴을 미리 형성하여, 전극의 인출 부분을 작성해 두고, 그 후 합성수지(12)를 도포한다. 또는, 레이저 가공 등을 사용하여 부분적으로 합성수지(12)를 제거한다.
합성수지(12)에 의한 형상 유지판, 또는 액추에이터 패턴 형성이 종료되면, 합성수지(12)를 더욱 강도를 높이기 위해 고온조를 사용하여 온도를 올려 경화시킨다. 이 경화에 의해 내에칭 효과를 높일 수 있음과 동시에 절연 저항이 높아져 배선용 절연층으로서 사용할 수 있다.
경화 후, 이번에는 기판(40) 모두를 제거하는 공정을 설명한다. 합성수지(12)를 경화한 후, 합성수지(12)측을 유리 등과 같은 평탄한 판에 접하도록 고정한다. 그리고, 스프레이법, 침전법 등을 사용하여 합성수지(12)로 덮혀있지 않은 부분의 기판(40)을 제거한다. 기판(40)이 스테인리스, 알루미늄, 구리, 티타늄 등의 금속인 경우에는 염화제이철 용액, 질산구리 용액 등을 사용한다.
기판이 모두 에칭되어 하부 전극(2a)의 백금(Pt)이 스토퍼가 되어 에칭이 종료된다. 이 프로세스에서 기판(40)은 제거되어 합성수지(12)가 형상 유지판으로 치환된다. 또, 접착제 등을 사용하지 않고 압전 소자(3)를 전사하는 것이 가능하다. 또, 형상 유지판 이외의 부분도 미리 패턴화함으로써 자유롭게 액추에이터 형상이나 배선을 제작하는 것이 가능해진다.
하부 전극(2a)의 취출은 도시하고 있지 않으나, 기판을 제거 후, 절연층을 통해 도금법 등을 사용하여 형성하거나, 미리 압전 박막의 가공시에 하부 전극으로부터의 전극을 취출하기 위한 스루홀을 절연층인 합성수지에 형성해, 그 스루홀을 통해 도면 상부로 취출해도 된다.
도 8g ∼ j는 메탈 마스크를 사용하는 경우의 가공법이다. 압전 소자(3)의 막형성시에 메탈 마스크를 사용하여 필요한 부분에만 압전 소자(3)를 막형성하고 있다. 그 때문에, 도 8g ∼ j에서 나타낸 메탈 마스크를 사용하지 않는 경우의 가공법에서 설명한 압전 소자(3)의 에칭 공정은 생략된다. 따라서, 막형성 후, 합성수지(12)를 도포하고, 압전 소자(3)부를 합성수지(12)로 덮고, 기판을 에칭하는 에칭액에 접촉하지 않는 구조를 형성한다. 기판(40)의 에칭에 관해서는 상기와 동일하다. 하부 전극(2a)의 취출은 도시하고 있지 않으나 기판을 제거 후, 절연층을 통해 도금법 등을 사용하여 형성하거나, 미리 압전 박막의 가공시에 하부 전극으로부터의 전극을 취출하기 위한 스루홀을 절연층인 합성수지에 형성해, 그 스루홀을 통해 도면 상부로 취출해도 된다.
도 9a ∼ e는 액추에이터 형상으로 가공되어 있지 않은 기판(40)을 사용하여, 기판을 액추에이터의 일부분이 되도록 가공함과 동시에, 기판(40)의 일부를 제거하는 경우의 액추에이터의 제조법을 나타낸다.
도 9a ∼ e는 최소한, 하부 전극(2a), 압전 박막(1), 상부 전극(2b)으로 이루어지는 압전 소자(3)의 막형성에 대해 메탈 마스크를 사용하지 않고 막형성 후, 리소그래피 기술 등을 사용하여 소자화하는 행정을 나타낸 도면이다. 한편, 메탈 마스크를 사용하여 소자 가공을 행하는 행정에 대해서는 도 8a ∼ f에서 상세하게 설명하고 있으므로 여기서는 생략한다.
압전 소자(3)의 막형성법, 합성수지(12)의 도포법, 경화법, 배선의 형성법은 도 8a ∼ j의 경우와 동일하므로 설명은 생략한다. 크게 다른 공정은, 기판(40)의 뒷면(압전 박막을 형성하고 있는 면과 반대 면)에도 합성수지(12)를 도포하여, 일부분만 합성수지(12)를 제거한 패턴을 형성하는 것이다. 도 9a ∼ e에 있어서, 기판(40)의 표면에 압전 박막을 형성하고, 그 위에 합성수지(12)를 도포하고 경화한 후, 기판(40)의 뒷면(압전 박막(1)을 형성하고 있는 면과 반대 면)에 합성수지(12)를 도포한다. 기판(40)의 뒷면을 위로 하여 유리 등의 평활한 기판에 고정한다. 그리고, 스피너법, 롤법, 또는 침전법으로 합성수지(12)를 도포한다. 이 때, 합성수지(12)가 감광성, 또는 자외선 경화형 등이면 마스크 등을 사용하여 노광하여 패턴화한다. 만약, 감광성이나 자외선 경화형 등이 아니면 도포 후, 레이저 등을 사용하여 패턴화한다. 상기 패턴은 특히 압전 소자(3)부의 기판(40)을 제거하기 위한 패턴이며, 즉 압전 소자(3)부의 기판 상만은 합성수지(12)로 덮히지 않도록 한다. 이 패턴화 후, 도포된 합성수지(12)의 내산성 강도, 기계적 강도를 높이기 위해 고온조를 사용하여 온도를 올려 경화시킨다. 그 후, 에칭법을 사용하여 기판(40)을 제거한다. 에칭법으로 제거하기 위해, 패턴화한 면을 위로 하여 유리 기판 등에 고정한다. 그리고, 스프레이법, 침전법 등을 사용하여 합성수지(12)로 덮혀있지 않은 부분의 기판(40)을 제거한다. 기판(40)이 스테인리스, 알루미늄, 구리, 티타늄 등의 금속인 경우에는 염화제이철 용액, 질산구리 용액 등을 사용한다.
기판이 모두 에칭되어 하부 전극(2a)의 백금(Pt)이 스토퍼가 되어 에칭이 종료된다. 이 프로세스에서 기판(40)은 제거되어 합성수지(12)가 형상 유지판으로 치환된다. 또, 접착제 등을 사용하지 않고 압전 소자(3)를 전사할 수 있다.
하부 전극(2a)의 취출은 도시하고 있지 않으나, 기판이 도전성인 것이면 기판을 통해 취출한다. 기판이 도전성이 아닌 경우나, 도전성이어도 기판으로부터 취출하는 경우에 지장이 있는 경우에는 기판을 제거 후, 절연층을 통해 도금법 등을 사용하여 형성하거나, 미리 압전 박막의 가공시에 하부 전극으로부터의 전극을 취출하기 위해 스루홀을 절연층인 합성수지에 형성하고, 그 스루홀을 통해 도면 상부로 취출해도 된다.
다음으로, 메탈 마스크를 사용하는 경우의 가공법에 대해 설명한다. 압전 소자(3)의 막형성시에 메탈 마스크를 사용하여 필요한 부분에만 압전 소자(3)를 막형성하고 있다. 그 때문에, 도 8a ∼ f에서 나타낸 메탈 마스크를 사용하지 않는 경우의 가공법에서 설명한 압전 소자(3)의 에칭 공정은 생략된다. 막형성 후, 합성수지(12)를 도포하고, 압전 소자(3)부를 합성수지(12)로 덮고, 기판을 에칭하는 에칭액에 접촉하지 않는 구조를 형성한다. 기판(40)의 에칭에 관해서는 상기 메탈 마스크를 사용하지 않는 경우와 동일하다.
도 10a ∼ d는 액추에이터 형상으로 가공되어 있지 않은 기판을 사용하여, 기판을 액추에이터의 일부가 되도록 가공함과 동시에, 기판 전체를 에칭법이나 램프법, 폴리싱법, 또는 CMP법에 의해 얇게 하는 경우의 액추에이터의 제조법을 나타낸다.
도 10a ∼ d는 최소한, 하부 전극(2a), 압전 박막(1), 상부 전극(2b)으로 이루어지는 압전 소자(3)의 막형성에 대해 메탈 마스크를 사용하지 않고 막형성 후, 리소그래피 기술 등을 사용하여 소자화하는 행정을 나타내는 도면이다. 한편, 메탈 마스크를 사용하여 소자 가공을 행하는 행정에 대해서는 도 8g ∼ j에서 상세하게 설명하고 있으므로 여기서는 생략한다.
압전 소자(3)의 막형성법, 합성수지(12)의 도포법, 경화법, 배선의 형성법은 도 8a ∼ j의 경우와 동일하므로 설명은 생략한다. 크게 다른 공정은 얇게 가공하는 방법이다. 그래서, 이하에 그 방법에 대해 상세히 설명한다. 먼저, 에칭법을 사용하는 경우에는, 기판(40)이 스테인리스, 알루미늄, 구리, 티타늄 등의 금속인 경우에는 염화제이철 용액, 질산구리 용액 등을 사용하여 에칭한다. 이 때, 압전 박막(1)은 합성수지(12)로 덮혀있지 않으면 기판(40)과 함께 에칭되어 버리나, 전 행정에서 합성수지(12)로 덮혀있으므로 문제없다. 즉, 합성수지(12)를 사용하여 압전 박막(1)을 덮는 것이 중요하다. 합성수지(12)는 특히 산성의 에칭액에 강한특성을 갖고 있어 이러한 프로세스에 적합하다. 기판(40)을 어느 정도 에칭하는지는 필요한 액추에이터의 기계적 강도와 변위량으로 결정된다. 에칭량의 제어는 사용하는 에칭액에 따라 다르나 에칭액의 농도, 에칭 시간, 에칭액의 온도, 사용하는 에칭 방법에 따라 행해진다. 에칭 방법은 주로 스프레이법, 침전법이 있다. 특히, 스프레이법은 스프레이로부터 분무하는 에칭액의 액체입자의 크기나, 분무 압력, 에칭액의 온도 등에 따라 에칭 속도나 균일성을 제어할 수 있다.
램프법이나 폴리싱법은 고정한 기판(40)을 고정 지그에 부착하고, 램프판 위에 실어 다이아몬드 슬러리 등을 기판에 뿌리면서 램프판을 일정 속도로 회전시켜 기판을 절삭한다.
CMP법은 램프법이나 폴리싱법과 비슷하나, 다이아몬드 슬러리 등의 대신에 산성 용액을 분무하면서 화학적으로 에칭을 행한다. 이러한 방법을 사용하여 기판의 두께를 얇게 가공한다.
이들 프로세스에서, 기판은 제거되어 합성수지가 형상 유지판으로서 치환된다. 또, 접착제 등을 사용하지 않고 압전 소자를 전사 가능하다. 또, 형상 유지판 이외의 부분도 미리 패턴화함으로써 자유롭게 액추에이터 형상이나 배선을 제작하는 것이 가능해진다.
하부 전극(2a)의 취출은 도시하고 있지 않으나, 기판이 도전성인 것이면 기판을 통해 취출한다. 기판이 도전성이 아닌 경우나, 도전성이어도 기판으로부터 취출하는 경우에 지장이 있는 경우에는, 미리 압전 박막의 가공시에 하부 전극으로부터의 전극을 취출하기 위한 스루홀을 절연층인 합성수지에 형성하고, 그 스루홀을통해 도면 상부로 취출해도 된다.
도 11a ∼ e는 액추에이터 형상으로 가공되어 있지 않은 기판을 사용하여, 기판을 액추에이터의 일부가 되도록 가공함과 동시에, 기판의 일부를 얇게 하는 경우의 액추에이터의 제조법을 나타낸다.
도 11a ∼ e는 최소한, 하부 전극(2a), 압전 박막(1), 상부 전극(2b)으로 이루어지는 압전 소자(3)의 막형성에 대해 메탈 마스크를 사용하지 않고 막형성 후, 리소그래피 기술 등을 사용하여 소자화하는 행정을 나타낸 도면이다. 한편, 메탈 마스크를 사용하여 소자 가공을 행하는 행정에 대해서는 도 8g ∼ j에서 상세하게 설명하고 있으므로 여기서는 생략한다.
압전 소자(3)의 막형성법, 합성수지(12)의 도포법, 경화법, 배선의 형성법은 도 8a ∼ j의 경우와 동일하므로 설명은 생략한다. 크게 다른 것은, 에칭 속도, 균일성을 제어하면서 기판(40)의 에칭을 행하는 것이다. 기판(40)을 어느 정도 에칭하는지는 필요한 액추에이터의 기계적 강도와 변위량으로 결정된다. 에칭량의 제어는 사용하는 에칭액에 따라 다르나, 에칭액의 농도, 에칭 시간, 에칭액의 온도, 사용하는 에칭 방법이다. 에칭 방법은 주로 스프레이법, 침전법이 있다. 특히, 스프레이법은 스프레이로부터 분무되는 에칭액의 액체입자의 크기나, 분무 압력, 에칭액의 온도 등에 따라 에칭 속도나 균일성을 제어할 수 있다.
이상의 조건을 제어함으로써 기판의 두께를 전체 또는 일부분만 얇게 가공한 액추에이터를 제작할 수 있다. 하부 전극(2a)의 취출은 도시하고 있지 않으나, 기판이 도전성인 것이면 기판을 통해 취출한다. 기판이 도전성이 아닌 경우나, 도전성이어도 기판으로부터 취출하는 경우에 지장이 없는 경우에는, 미리 압전 박막의 가공시에 하부 전극으로부터의 전극을 취출하기 위한 스루홀을 절연층인 합성수지에 형성하고, 그 스루홀을 통해 도면 상부로 취출해도 된다.
(실시형태 3)
도 12에 본 발명의 2단식 액추에이터의 기본적인 구성을 나타낸다.
헤드 지지 기구는 헤드 소자(13)를 탑재하여 회전 또는 주행하는 기록 매체 상을 비행 또는 활주하는 슬라이더(14)와 그것을 지지하는 서스펜션(15), 서스펜션(15)을 고정하는 베이스 플레이트(16), 슬라이더(14)에 하중을 가하는 로드 빔(도시 생략) 및 헤드 소자(13)와 정보 기록 장치의 기록 재생 회로를 전기적으로 접합하는 신호계(도시 생략)에 의해 구성되고, 그 일부 또는 전체가 일체로 형성된다. 신호계 리드선이나 서스펜션에 직접 또는 간접적으로 프린트 회로에 의해 배선된다.
미소 구동하는 액추에이터는 서스펜션(15)과 일체형으로, 헤드 소자(1)를 구성하는 슬라이더(14)와 베이스 플레이트(16) 사이에 배치된다.
도 13a에 나타낸 바와 같이, 이 액추에이터는 모재가 되는 약 10 ∼ 30㎛의 스테인리스와 미소 구동 소자(18)를 구성하는 압전 박막으로 이루어진다. 미소 구동 소자(18)는 디스크면(19)에 대해 수직이 되도록 굽힘 구조를 취한다.
또한, 도 13b에 나타낸 바와 같이, 미소 구동 소자(18)는 디스크면에 수직이고 또한 서스펜션의 길이 방향의 중심선을 따른 면과 각각 15도 이상의 각도를 이루어 구성된다.
또, 각각의 미소 구동 소자(18)에는 90도 역위상의 구동 전압이 가해져 신축이 반복된다. 신축에 의해 서스펜션(15) 및 서스펜션(15)에 고정된 슬라이더(14), 헤드 소자(13)는 도 14a와 같이 회전한다. 또한, 구동 전압을 역위상으로 하는 서스펜션(15) 및 서스펜션(3)에 고정된 슬라이더(14), 헤드 소자(13)는 도 14b와 같이 반대 방향으로 회전한다.
미소 구동 소자(18)는 디스크면에 수직인 면(21)에 대해 약 15 이상의 각도를 취하도록 배치되어 있다. 이것은 각도가 작은(약 0도 ∼ 15도 미만) 경우, 디스크의 회전이 슬라이더(14)에 미치는 영향(공기 점성 마찰력)을 받기 쉬우므로 이 영향을 경감하기 위해서이다. 이상의 구성에 의해, 고정밀도인 트랙 위치 결정이 가능해진다.
또한, 액추에이터를 구성하는 모재로서 이번에는 스테인리스를 사용했으나, 탄성, 내열성을 소유하고, 두께가 얇아도 어느 정도의 강성을 확보할 수 있는 재료이면 어떤 재료이어도 된다.
도 15, 도 16, 도 17에 본 발명의 2단식 액추에이터의 미소 구동 소자(18)부에 합성수지(12)를 응용한 경우의 구성을 나타낸다.
미소 구동 소자(18)부의 강성이 높은 경우에는, 액추에이터가 서스펜션(15)에 고정된 슬라이더(14) 및 헤드 소자(13)를 회전시키는 이동 거리(변위)는 미소 구동 소자(18)가 단독(외팔보형상)으로 변화하는 거리의 약 1/4가 된다.
이 원인은 1쌍의 미소 구동 소자(18)가 각각 소자의 양단을 고정하여 구속되어 있기 때문에 발생하는 손실이다. 따라서, 미소 구동 소자(18)부에합성수지(12)를 사용함으로써 각각의 구동 소자가 발생시키는 힘을 서스펜션(15) 및 서스펜션(15)에 고정된 슬라이더(14), 헤드 소자(13)에 효율적으로 전달하는 것이 가능해져 큰 변위가 얻어진다.
합성수지(12)를 사용하는 방법으로는, 도 15a ∼ b에 나타낸 바와 같이 미소 구동 소자(18)의 변위를 가능한한 크게 하도록 합성수지(12)와 같은 유연하고 탄력성이 있는 재료로 액추에이터부나 형상 유지판 등을 모두 치환하거나, 도 16a ∼ b에 나타낸 바와 같이 미소 구동 소자(18) 부분만 치환하거나, 또는 도 17a ∼ b에 나타낸 바와 같이 액추에이터부나 형상 유지판 등을 모두 에칭법 등을 사용하여 얇게 하거나, 미소 구동 소자(18)부분만 에칭법 등을 사용하여 얇게 한다.
이들 방법을 사용함으로써 강성을 저하시켜, 미소 구동 소자(18)부의 변위를 크게 하는 것이 가능해진다. 또, 1쌍의 미소 구동 소자(18)가 서로 구속하여 효율을 저하시키고 있는 상태도 미소 구동 소자(18)부의 유연한 구조에 의해 완화되어, 변위의 확대로 이어진다.
또, 도 18에 나타낸 바와 같이 구속 완화 수단(20)을 미소 구동 소자(18)의 양단에 합성수지(12)로 형성해도 된다.
제조법에 대해서는 도 3a ∼ 도 11e에서 상세하게 설명했으므로 생략한다.
또한, 도 15에 나타낸 바와 같이 합성수지(12)와 같은 유연하고 탄력성 있는 재료로 액추에이터부나 형상 유지판 등을 모두 치환함으로써, 구동부 이외의 부분이 강성이 저하하여 기계 특성에 문제가 발생하는 경우에는, 예를 들면 도 19에 나타낸 바와 같이 합성수지(12)로 지점(17)을 첨가함으로써 해결된다.
(실시형태 4)
도 20에 본 발명의 2단식 액추에이터의 기본적인 다른 구성을 나타낸다. 하부 전극(2a), 압전 박막(1), 상부 전극(2b)으로 이루어지는 압전 소자(3)는 기판(40)을 모두 제거하여 합성수지(12)에 전사되어 있다. 합성수지(12)는 액추에이터 형상을 형성하고, 압전 소자(3)를 대들보 구조부로 구성한다.
그 제조법에 대해서는 도 3a ∼ 도 11e에서 상세하게 설명했으므로 생략한다.
도 21a ∼ d는 그 동작을 나타낸 도면이다. 도 21a는 도면의 우측에 위치하는 압전 소자(3)에 인가 전압을 가한 경우의 동작을 나타낸다. 도면 상측 부분을 고정하여 도면 우측의 대들보 부분에 전압을 인가하면 압전 소자(3)가 휘어져 고정단과는 반대의 자유단이 우측으로 변위한다. 한편, 도 21b는 도면 좌측의 대들보 부분에 전압을 인가하면 압전 소자(3)가 휘어져 고정단과는 반대의 자유단이 좌측으로 변위한다.
(실시형태 5)
도 22a1, 22a2, 22b1, 22b2, 22c1, 22c2, 22d1, 22d2에 본 발명의 압전식 액추에이터의 배선 구조를 나타낸다.
도 22a1은 배선을 형성하고, 3차원적인 입체 구조를 형성하기 위해 기판과 함께 굽힌 후의 사시도이다. 도 22a2는 배선을 형성, 프레스에 의한 굽힘 가공을 행한 후의 단면도이다.
하부 전극(2a)은 기판(40)을 도전성의 스테인리스재 등의 재질을 사용하여 기판(40)으로부터 취출한다. 한편, 상부 전극(2b)의 취출은 기판(40) 상의 압전 소자를 가공 후, 상부 전극(2b) 상에 합성수지(4)를 절연층으로 하여 패턴화한다. 절연층인 합성수지(4)에는 상부 전극(2b)과 도전성을 취하기 위해 스루홀(7)이 형성되어 있다. 절연층의 합성수지(4)를 질소중에서 열처리하여 경화시킨 후, 도금법을 사용하여 구리 배선을 형성한다. 구리 배선을 형성한 후, 커버용 합성수지(4)를 도포, 패턴화하여 질소중에서 열처리하여 경화시킨다. 그 후, 기판과 함께 프레스기를 사용하여 굽혀, 3차원적인 입체 구조를 형성한다.
이렇게 합성수지(4)를 사용하여 배선을 형성함으로써, 굽혀진 배선 부분의 도전성이 손상되지 않고 전극을 취출하는 것이 가능해진다.
도 22b1은 배선을 형성하고, 3처원적인 입체 구조를 형성하기 위해 기판과 함께 굽히는 경우에, 배선이 절단 등에 의해 도전성이 손상되지 않도록 굽힘 부분의 기판을 제거했을 때의 사시도이다.
도 22b2는 베선을 형성, 프레스에 의한 굽힘 가공을 행한 후의 단면도이다.
배선 부분의 형성 방법은 도 22a1, 도 22a2와 동일하므로 생략한다. 배선 구조를 형성한 후, 굽힘 부분에 해당하는 부분의 기판을 웨트 에칭 등을 사용하여 에칭 제거를 행한다. 예를 들면, 기판이 스테인리스와 같은 금속이면, 염화제이철 용액을 사용하면 된다. 이러한 구조를 사용함으로써 3차원적인 입체 구조를 형성하기 위해 기판과 함께 굽히는 경우에, 배선이 절단 등에 의해 도전성이 손상되지 않도록 할 수 있다. 이렇게 합성수지(4)를 사용하여 배선을 형성함과 동시에, 굽힘 부분의 기판을 제거하면, 프레스 가공에 의한 굽힘 가공시에 굽힘 부분의 배선에가해지는 힘이 분산되어 굽혀진 배선 부분의 도전성이 손상되지 않고 전극을 취출하는 것이 가능해진다.
도 22c1은 배선을 형성하고, 3차원적인 입체 구조를 형성하기 위해 도 22a1과는 반대로 기판과 함께 굽힌 후의 사시도이다. 도 22c2는 배선을 형성하고, 프레스에 의한 굽힘 가공을 행한 후의 단면도이다. 배선의 형성 방법, 프레스 가공에의한 굽힙 입체 구조의 작성법은 도 22a1과 동일하므로 생략한다. 이 경우, 기판(40)의 외측에 배선 구조가 위치하므로, 배선 자체가 기판으로 당겨지는 구조가 되어, 도전성을 손상할 가능성이 높아진다. 그 때문에, 기판(40)보다 내측에 배선을 형성하는 경우에 비해, 도금에 의해 형성되는 구리 배선의 두께를 두껍게 한다. 또, 절연층으로 사용하는 합성수지(4)의 두께도 다소 두껍게 함으로써 3차원적인 입체 구조 상에 배선을 형성하는 것이 가능해진다.
도 22d1은 배선을 형성하고, 3차원적인 입체 구조를 형성하기 위해 기판과 함께 굽힌 경우에, 배선이 절단 등에 의해 도전성이 손상되지 않도록 굽힘 부분의 기판을 제거했을 때의 사시도이다.
도 22d2는 배선을 형성, 프레스에 의한 굽힘 가공을 행한 후의 단면도이다.
도 22c1의 3차원적인 입체 배선 구조의 신뢰성을 더욱 높이기 위해 굽힘 부분의 기판(40)을 제거한다. 이렇게 합성수지(4)를 사용하여 배선을 형성함과 동시에, 굽힘 부분의 기판을 제거하면, 프레스 가공에 의한 굽힘 가공시에 굽힘 부분의 배선에 가해지는 힘이 분산되어 굽혀진 배선 부분의 도전성이 손상되지 않고 전극을 취출하는 것이 가능해진다.
본 발명의 액추에이터는, 예를 들면 하기의 용도에 응용할 수 있다.
〈광학 관계〉
(1) 빛을 편향시키는 디바이스를 사용하는 것. 예를 들면, 프린터, 투사형 디스플레이, 바코드 리더, 스캐너 등.
(2) 박막 액추에이티드 미러 어레이.
(3) 마이크로 광학 소자 : 광학 스위칭 소자, 초점 조정 장치, 초점 가변 미러 등.
(4) 조리개 장치 : 카메라, 비디오 무비, 내시경 등의 광학 기기.
(5) 가변할 수 있는 미러.
〈펌프〉
(6) 잉크젯 프린터
(7) 이온 발생기 : 공기 청정기, 가습기, 집진기
〈모터〉
(8) 압전 리니아 모터에 사용하는 광 픽업, 초음파 모터.
〈압전 공진자〉
(9) 발진 소자
(10) 디스크 리미네이터
(11) 필터
〈센서〉
(12) 압력 센서
(13) 가속도 센서
(14) 충격 센서
(15) AE 센서(Acoustic Emission)
(16) 초음파 센서
(17) 각속도 센서
(18) 중력 센서
〈메카적 응용〉
(19) 마이크로 릴레이
(20) 초박막 키보드
(21) 하드 디스크 드라이브(HDD)용 액추에이터
(실시예)
이하, 구체적인 실시예에 의해, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
(실시예 1)
제 1 실험으로서, 액추에이터부의 1쌍의 미소 구동 소자와 디스크면에 수직이고 또한 서스펜션의 길이 방향의 중심선을 따른 면이 이루는 각도를 변화시켜 헤드 소자가 구성되는 슬라이더의 변위를 측정했다. 액추에이터의 모재인 스테인리스의 두께는 20㎛로 했다. 구동 전압은 ±3V 일정, 주파수는 1KHz로 했다. 측정은 레이저 도플러법을 사용하여 변위를 실측했다. 그 결과를 도 13c에 나타낸다. 이 때, 디스크의 회전수는 1000rpm으로 했다.
변위는 디스크 정지시에는 각도에 의한 의존은 거의 보이지 않지만, 디스크회전시에는 15도 미만에서 공기 점성 마찰력 때문에 저하하는 것을 알 수 있다. 이상의 결과에서, 변위와 점성을 고려한 경우, 구동 소자의 각도는 약 15도 이상이 적절하다.
(실시예 2)
액추에이터부는 스테인리스 기판을 미리 액추에이터 형상으로 에칭 가공을 실시한 기판을 사용했다.
가공 기판을 기판 홀더에 세트한 후, 스퍼터 장치의 챔버 내에 넣어 진공 상태(진공도 : 2.0×10-4Pa)로 했다. 기판 온도가 약 500℃ 이상이 된 것을 확인하고, 부착층(9)인 티타늄(Ti)을 두께 50nm, 하부 전극을 겸하는 백금(Pt)을 두께 약 50 ∼ 200nm 막형성했다. 티타늄(Ti)은 기판과 백금(Pt)의 부착 강도를 높이기 위해 사용했다. 그 때문에, 기판과 Pt층의 부착 강도가 높은 경우에는 티타늄(Ti)을 막형성하지 않고, 기판 상에 직접 백금(Pt)을 막형성해도 된다. 다음으로, 압전 박막인 티탄산 납계의 PbZrTiO3의 결정 배향을 돕는 바탕층의 PbLiTi를 두께 10 ∼ 50nm 막형성했다. 그 후, 압전 박막의 PbZrTiO3를 두께 2.5㎛ 막형성했다. 기판 온도를 약 100℃ 이하가 된 것을 확인한 후, 상부 전극인 Au(금)를 두께 100 ∼ 200nm 막형성했다.
다음으로, 막형성한 기판을 진공 챔버에서 취출하여, 리소그래피 기술을 사용하여 압전 소자를 형성했다.
먼저 상부 전극 가공용 레지스트를 도포했다. 가공용 레지스트 수지는 시플레이사 제조 상품명 "S-1800"을 사용했다. 막형성한 스테인리스 기판을 유리 기판에 고정하여 레지스트를 도포했다. 도포 방법으로는 스피너법을 사용했다. 그 후, 오븐에서 프리베이크를 90℃에서 15분 행한 후, 취출하여 노광을 행했다. 노광은 포토 마스크를 사용하여 행하고, 노광 후 현상액에 담궈 현상했다. 현상 후, 다시 오븐에서 약 120℃에서 30분 포스트베이크를 행하여, 레지스트의 내에칭성을 높였다. 이상의 공정에서 레지스트를 패턴화하고, 웨트 에칭법을 사용하여 상부 전극의 가공을 행했다. 에칭액은 요오드화 칼륨(KI), 옥소(I2), 물(H2O)의 혼합액을 사용했다. 에칭 후, 순수로 기판을 세정하여 건조시켰다. 레지스트 수지의 두께는 약 1.0㎛였다. 상부 전극의 가공 상태를 광학 현미경으로 확인하여, 문제없으면 다음 압전 박막의 가공을 행했다.
압전 박막의 가공은 버퍼드 불화수소산을 사용하여 행한다. 버퍼드 불화수소산을 비커에 넣어 약 60℃로 데워, 그 중에 고정용 유리 기판채로 침전시켰다. 버퍼드 불화수소산은 농도가 일정해지도록 상시 저어 혼합했다. 에칭 후, 순수로 세정하여 건조시켰다. 다음으로, 하부 전극의 가공을 행했다. 상부 전극, 압전 박막 가공용 레지스트를 제거하고 다시 하부 전극 가공용 레지스트를 도포했다. 레지스트를 도포한 후 포토마스크를 사용하여 노광을 행했다. 포토마스크에 형성되어 있는 패턴은 상부 전극, 압전 박막 형성용 패턴보다 한층 큰 형상의 패턴과, 하부 전극 인출 패턴이 형성되어 있다. 노광, 현상 후 드라이 에칭법을 사용하여 하부 전극의 가공을 행했다. 드라이 에칭 후, 레지스트를 제거, 세정했다. 세정 후, 레지스트를 도포했다. 여기서 레지스트 수지는 폴리이미드 수지를 포함하는포지티브형 감광성 수지인 스미토모 베이크라이트사 제조 상품명 "CRC-8300"을 사용했다. 도포 방법은 스피너를 사용하여 행했다. 기판은 에칭시와 동일하게, 유리 기판 등의 표면이 평탄한 것에 고정했다. 기판에 폴리이미드를 도포하고, 스피너의 회전 수를 3000rpm으로 회전시켜 균일하게 도포했다. 이 때, 기판의 뒷면(압전 소자가 부착되어 있지 않은 면)은 고정 기판에 밀접해 있으므로 도포된 폴리이미드는 뒷면으로는 돌아가지 않았다. 도포 후, 노광, 현상을 행하여 패턴화했다. 포토 마스크의 패턴은 가공 기판과 거의 동일 형상으로 한층 큰 패턴이다. 다음으로, 폴리이미드를 경화시키기 위해 질소 분위기중에서 베이크했다. 질소 치환한 오븐을 사용하여 150 ∼ 320℃에서 30분 베이크를 행했다. 폴리이미드 수지의 두께는 2.0㎛였다.
오븐에서 취출한 후, 가공 기판의 제거를 행했다. 가공 기판의 제거는 염화제이철 용액을 제거하는 기판에 대해 스프레이상으로 분무하여 행했다.
이상에 의해, 스테인리스 기판으로부터 합성수지인 폴리이미드에 접착제 등을 사용하지 않고 전사할 수 있었다.
다음으로, 굽힘 구조를 실현하기 위해, 액추에이터 형상으로 구성된 폴리이미드를 금형에 넣어 프레스했다.
그 후, 배선용 플렉시블 기판과 미소 구동 소자부를 와이어 본딩을 사용하여 전기적으로 접속했다. 그리고, 슬라이더와 베이스 플레이트를 조합하여 헤드 지지기구를 구성했다.
(실시예 3)
액추에이터부는 스테인리스 기판을 미리 액추에이터 형상으로 에칭 가공을 실시한 기판을 사용했다.
하부 전극, 압전 박막, 상부 전극의 막형성에는 약 0.1mm 두께의 스테인리스로 작성한 메탈 마스크를 미리 기판에 세트하여 막형성했다. 가공 기판, 메탈 마스크를 기판 홀더에 세트한 후, 스퍼터 장치의 챔버 내에 넣어 진공 상태로 했다. 기판 온도가 약 500℃ 이상이 된 것을 확인하고, 부착층(9)인 티타늄(Ti)을 두께 50nm, 하부 전극을 겸하는 백금(Pt)을 두께 약 50 ∼ 200nm 막형성했다. 티타늄(Ti)은 기판과 백금(Pt)의 부착 강도를 높이기 위해 사용했다. 그 때문에, 기판과 Pt층의 부착 강도가 높은 경우에는 티타늄(Ti)을 막형성하지 않고, 기판 상에 직접 백금(Pt)을 막형성해도 된다. 다음으로, 압전 박막인 티탄산 납계의 PbZrTiO3의 결정 배향을 돕는 바탕층의 PbLiTi를 두께 10 ∼ 50nm 막형성했다. 그 후, 압전 박막의 PbZrTiO3를 두께 2.5㎛ 막형성했다. 기판 온도를 약 100℃ 이하가 된 것을 확인한 후, 상부 전극인 Au(금)를 두께 100 ∼ 200nm 막형성했다.
이 메탈 마스크를 사용한 막형성법에 의해, 압전 소자부의 리소그래피 기술을 사용한 가공을 생략하는 것이 가능해졌다. 진공 챔버에서 기판의 온도가 상온이 된 것을 확인하여 취출하고, 실시예 2에서 사용한 폴리이미드 수지를 포함하는 포지티브형 감광성 수지를 도포했다. 도포 방법은 스피너를 사용하여 행했다. 기판은 에칭시와 동일하게, 유리 기판 등의 표면이 평탄한 것에 고정했다. 기판에 폴리이미드를 도포하고, 스피너의 회전 수를 3000rpm으로 회전시켜 균일하게 도포했다. 이 때, 기판의 뒷면(압전 소자가 부착되어 있지 않은 면)은 고정 기판에 밀접해 있으므로 도포된 폴리이미드는 뒷면으로는 돌아가지 않았다. 도포 후, 노광, 현상을 행하여 패턴화했다. 포토 마스크의 패턴은 가공 기판과 거의 동일 형상으로 한층 큰 패턴이다. 다음으로, 폴리이미드를 경화시키기 위해 질소 분위기중에서 베이크했다. 질소 치환한 오븐을 사용하여 150 ∼ 320℃에서 30분 베이크를 행했다.
오븐에서 취출한 후, 가공 기판의 제거를 행했다. 가공 기판의 제거는 염화제이철 용액을 제거하는 기판에 대해 스프레이상으로 분무하여 행했다. 폴리이미드 수지의 막두께는 2.0㎛였다.
이상에 의해, 스테인리스 기판으로부터 합성수지인 폴리이미드에 접착제 등을 사용하지 않고 전사할 수 있었다.
다음으로, 굽힘 구조를 실현하기 위해, 액추에이터 형상으로 구성된 폴리이미드를 금형에 넣어 프레스했다. 그 후, 배선용 플렉시블 기판과 미소 구동 소자부를 와이어 본딩을 사용하여 전기적으로 접속했다.
그리고, 슬라이더와 베이스 플레이트를 조합하여 헤드 지지 기구를 구성했다.
또한, 이 실험예에서는 스테인리스를 기판으로 사용했으나, 다른 금속 MgO(산화마그네슘), Si(실리콘) 등의 단결정 기판을 사용해도 동일하게 형성하는 것이 가능하다.
(실시예 4)
액추에이터부는 스테인리스 기판을 미리 액추에이터 형상으로 에칭 가공을 실시한 기판을 사용했다. 이번에는 가공 기판의 두께를 얇게 하는 제조법을 사용했다. 압전 소자의 작성법, 폴리이미드의 도포, 액추에이터 형상은 실시예 2와 동일하므로 생략한다.
다른 것은 스테인리스 기판을 모두 제거하느냐, 두께를 얇게 하는냐의 차이이다.
액추에이터 형상으로 작성한 폴리이미드를 경화한 후, 제이염화철 용액을 스프레이상으로 분무했다. 이 분무하는 시간을 제어하여 제거하는 스테인리스의 두께를 제어했다. 약 10㎛ 제거한 후, 순수로 세정하여 건조시켰다. 다음으로, 굽힘 구조를 실현하기 위해, 액추에이터 형상으로 구성된 폴리이미드를 금형에 넣어 프레스했다. 프레스는 약 60 ∼ 80℃로 온도를 올려 실시하고, 냉각 후 취출하면 금형을 따라 굽힘 구조를 형성할 수 있었다.
그 후, 배선용 플렉시블 기판과 미소 구동 소자부를 와이어 본딩을 사용하여 전기적으로 접속했다.
그리고, 슬라이더와 베이스 플레이트를 조합하여 헤드 지지 기구를 구성했다.
또한, 이 실험에서는 스테인리스를 기판으로 사용했으나, 다른 금속, MgO(산화마그네슘), Si(실리콘) 등의 단결정 기판을 사용해도 동일하게 형성하는 것이 가능하다.
(실시예 5)
액추에이터부는 스테인리스 기판을 미리 액추에이터 형상으로 에칭 가공을 실시한 기판을 사용했다. 이번에는 가공 기판의 일부를 제거하는 제조법을 사용했다. 압전 소자의 작성법, 폴리이미드의 도포, 액추에이터 형상은 실시예 2와 동일하므로 생략한다.
액추에이터 형상으로 작성한 폴리이미드를 경화한 후, 이번에는 기판의 뒷면에 폴리이미드를 도포하여 패턴화했다.
폴리이미드를 가열 경화한 후, 기판의 뒷면을 위로 하여 유리 등의 평탄한 기판에 고정하여, 폴리이미드를 스피너로 도포했다. 도포 후, 여분의 용재를 제거하기 위해 오븐에서 프리베이크하고, 포토 마스크를 사용하여 노광, 현상했다. 현상 후의 패턴은 압전 소자가 형성되어 있는 부분의 반대면만이 폴리이미드가 부착되어 있지 않은 상태이다. 패턴 형성 후, 폴리이미드를 질소 분위기중의 오븐에서 150 ∼ 320℃, 30분 온도를 올려 경화했다.
다음으로, 폴리이미드로 덮혀있지 않은 부분의 스테인리스를 제거했다. 제거 방법은 염화제이철 용액을 스프레이상으로 분무하여 에칭했다. 폴리이미드로 덮혀있지 않은 부분의 스테인리스를 모두 제거한 구조가, 이 방법으로 가능해졌다.
또한, 폴리이미드로 덮혀있지 않은 부분의 스테인리스를 제거하는 두께는 에칭액의 농도, 분무 압력, 분무량, 시간으로 제어 가능하므로, 모두 제거하지 않고 적당한 두께를 남기는 것도 가능하다.
굽힘 구조를 실현하기 위해, 액추에이터 형상으로 구성된 폴리이미드를 금형에 넣어 프레스했다. 그 후, 배선용 플렉시블 기판과 미소 구동 소자부를 와이어본딩을 사용하여 전기적으로 접속했다.
그리고, 슬라이더와 베이스 플레이트를 조합하여 헤드 지지 기구를 구성했다.
또한, 이 실험에서는 스테인리스를 기판으로 사용했으나, 다른 금속, MgO(산화마그네슘), Si(실리콘) 등의 단결정 기판을 사용해도 동일하게 형성하는 것이 가능하다.
(실시예 6)
막형성에는 MgO 단결정 기판을 사용했다. 기판을 기판 홀더에 세트한 후, 스퍼터 장치의 챔버 내에 넣어 진공 상태로 했다. 기판 온도가 약 500℃ 이상이 된 것을 확인하고, 하부 전극을 겸하는 백금(Pt)을 두께 약 50 ∼ 200nm 막형성했다. 이어서, 압전 박막인 티탄산 납계의 PbZrTiO3의 결정 배향을 돕는 바탕층의 PbLiTi를 두께 10 ∼ 50nm 막형성했다. 그 후, 압전 박막의 PbZrTiO3를 두께 2.5㎛ 막형성했다. 기판 온도를 약 100℃ 이하가 된 것을 확인한 후, 상부 전극인 Au(금)를 두께 100 ∼ 200nm 막형성했다.
다음으로, 막형성한 기판을 진공 챔버에서 취출하여, 리소그래피 기술을 사용하여 압전 소자를 형성했다.
먼저 상부 전극 가공용의 실시예 2에서 사용한 레지스트 수지를 도포했다. 다음으로, 막형성한 기판에 레지스트를 도포했다. 도포 방법으로는 스피너법을 사용했다. 그 후, 오븐에서 프리베이크를 90℃에서 15분 행한 후, 취출하여 노광을행했다. 노광은 포토 마스크를 사용하여 행하고, 노광 후 현상액에 담궈 현상했다. 현상 후, 다시 오븐에서 약 120℃에서 30분 포스트베이크를 행하여, 레지스트의 내에칭성을 높였다. 이상의 행정에서 패턴화하고, 웨트 에칭법을 사용하여 상부 전극의 가공을 행했다. 에칭액은 요오드화 칼륨(KI), 옥소(I2), 물(H2O)의 혼합액을 사용했다. 에칭 후, 순수로 기판을 세정하고 건조시켰다. 상부 전극의 가공 상태를 광학 현미경으로 확인하여, 문제없으면 다음 압전 박막의 가공을 행했다.
압전 박막의 가공은 버퍼드 불화수소산을 사용하여 행했다. 버퍼드 불화수소산을 비커에 넣어 약 60℃로 데워, 그 중에 고정용 유리 기판채로 침전시켰다. 버퍼드 불화수소산은 농도가 일정해지도록 상시 저어 혼합했다. 에칭 후, 순수로 세정하여 건조시켰다. 다음으로, 하부 전극의 가공을 행했다. 상부 전극, 압전 박막 가공용 레지스트를 제거하고 다시 하부 전극 가공용 레지스트를 도포했다. 레지스트를 도포한 후 포토 마스크를 사용하여 노광을 행했다. 포토 마스크에 형성되어 있는 패턴은 상부 전극, 압전 박막 형성용 패턴보다 한층 큰 형상의 패턴과, 하부 전극의 인출 패턴이 형성되어 있다. 노광, 현상 후 드라이 에칭법을 사용하여 하부 전극의 가공을 행했다. 드라이 에칭 후, 레지스트를 제거, 세정했다. 세정 후, 폴리이미드를 도포했다. 구체적으로는 도포 방법은 스피너를 사용하여 행했다. 기판에 폴리이미드를 도포하고, 스피너의 회전 수를 3000rpm으로 회전시켜 균일하게 도포했다. 도포 후, 노광, 현상을 행하여 패턴화했다. 포토마스크의 패턴은 가공 기판과 거의 동일 형상으로 한층 큰 패턴이다. 다음으로, 폴리이미드를 경화시키기 위해 질소 분위기중에서 베이크했다. 질소 치환한 오븐을 사용하여 150 ∼ 320℃에서 30분 베이크를 행했다.
오븐에서 취출한 후, 기판의 전체 제거를 행했다. 기판의 전체 제거는 인산을 제거하는 기판에 대해 스프레이상으로 분무하여 행했다.
이상에 의해, 기판으로부터 합성수지인 폴리이미드에 접착제 등을 사용하지 않고 전사할 수 있었다.
다음으로, 굽힘 구조를 실현하기 위해, 액추에이터 형상으로 구성된 폴리이미드를 금형에 넣어 프레스했다. 그 후, 배선용 플렉시블 기판과 미소 구동 소자부를 와이어 본딩을 사용하여 전기적으로 접속했다.
그리고, 슬라이더와 베이스 플레이트를 조합하여 헤드 지지 기구를 구성했다.
(실시예 7)
막형성에는 MgO 단결정 기판을 사용했다. 이번에는 기판의 두께를 얇게 하는 제조법을 사용했다. 압전 소자의 작성법, 폴리이미드의 도포, 액추에이터 형상은 실시예 6과 동일하므로 생략한다. 다른 것은 MgO 기판을 모두 제거하느냐, 두께를 얇게 하느냐의 차이이다.
액추에이터 형상으로 작성한 폴리이미드를 경화한 후, 인산 용액을 스프레이상으로 분무했다. 이 분무하는 시간을 제어하여 제거하는 MgO의 두께를 제어했다. 약 10㎛ 남기고 제거한 후, 순수로 세정하여 건조시켰다. 다음으로, 굽힘 구조를 실현하기 위해, 액추에이터 형상으로 구성된 폴리이미드를 금형에 넣어 프레스했다. 프레스는 약 60 ∼ 80℃로 온도를 올려 행하고, 냉각 후 취출하면 금형을 따라 굽힘 구조를 형성할 수 있었다.
그 후, 배선용 플렉시블 기판과 미소 구동 소자부를 와이어 본딩을 사용하여 전기적으로 접속했다. 그리고, 슬라이더와 베이스 플레이트를 조합하여 헤드 지지기구를 구성했다. 또한, 이 실험에서는 MgO를 기판으로 사용했으나, 다른 금속, Si(실리콘) 등의 단결정 기판을 사용해도 동일하게 형성하는 것이 가능하다.
(실시예 8)
막형성에는 MgO 단결정 기판을 사용했다. 이번에는 기판의 일부를 제거하는 제조법을 사용했다. 압전 소자의 작성법, 폴리이미드의 도포, 액추에이터 형상은 실시예 6과 동일하므로 생략한다.
액추에이터 형상으로 작성한 폴리이미드를 경화한 후, 이번에는 기판의 뒷면에 폴리이미드를 도포, 패턴화했다.
폴리이미드를 경화한 후, 기판의 뒷면을 위로 하여 유리 등의 평탄한 기판에 고정하여, 폴리이미드를 스피너로 도포했다. 도포 후, 여분의 용재를 제거하기 위해 오븐에서 프리베이크하고, 포토 마스크를 사용하여 노광, 현상했다. 현상 후의 패턴은 압전 소자가 형성되어 있는 부분의 반대면만이 폴리이미드가 부착되어 있지 않은 상태였다. 패턴 형성 후, 폴리이미드를 질소 분위기중의 오븐에서 150 ∼ 320℃, 30분 온도를 올려 경화시켰다.
다음으로, 폴리이미드로 덮혀있지 않은 부분의 MgO를 제거했다. 제거 방법은 인산 용액을 스프레이상으로 분무하여 에칭했다. 폴리이미드로 덮혀있지 않은부분의 MgO를 모두 제거한 구조가, 이 방법으로 가능해졌다.
또한, 폴리이미드로 덮혀있지 않은 부분의 MgO를 제거하는 두께는 에칭액의 농도, 분무 압력, 분무량, 시간으로 제어 가능하므로, 모두 제거하지 않고 적당한 두께를 남기는 것도 가능하다.
굽힘 구조를 실현하기 위해, 액추에이터 형상으로 구성된 폴리이미드를 금형에 넣어 프레스했다. 그 후, 배선용 플렉시블 기판과 미소 구동 소자부를 와이어 본딩을 사용하여 전기적으로 접속했다.
그리고, 슬라이더와 베이스 플레이트를 조합하여 헤드 지지 기구를 구성했다.
또한, 이 실험에서는 MgO를 기판으로 사용했으나, 다른 금속, Si(실리콘) 등의 단결정 기판을 사용해도 동일하게 형성하는 것이 가능하다.
(실시예 9)
외팔보 형상으로 스테인리스를 가공하여, 그 위에 약 2.5㎛의 압전체 박막과 그 위에 전극을 형성하고, 스테인리스의 두께를 에칭에 의해 변화시켰을 때의 칸티레버의 변위를 측정했다. 스테인리스의 기판 두께 0㎛는 폴리이미드뿐이라는 것을 나타낸다. 측정법은 레이저 도플러법을 사용하여 변위를 실측했다. 구동 전압은 ±3V 일정, 주파수는 1KHz로 했다.
이하의 표 1에 그 결과를 나타낸다.
| 스테인리스의 두께(㎛) | 20 | 15 | 10 | 6 | 3 | 0 |
| 변위(㎛) | 3.24 | 5.64 | 7.85 | 10.5 | 17.2 | 28.6 |
이상의 결과에서, 액추에이터의 모재인 스테인리스의 두께가 얇아질수록 강성이 약해져, 변위가 커지는 경향이 보였다.
또, 어떤 기판을 사용해도 기판의 두께를 얇게 하면 할수록 강성이 저하하여, 변위를 크게 얻을 수 있는 것은 분명하다.
(실시예 10)
실시예 1의 제조법으로 제작한 액추에이터를 사용하여 변위를 측정했다. 기본이 되는 액추에이터의 구성으로서, 미소 구동 소자와 디스크에 수직이고 또한 서스펜션의 길이 방향의 중심선을 따른 면이 이루는 각은 각각 60도, 사용한 스테인리스의 두께는 20㎛, 압전 박막의 두께는 2.5㎛, 합성수지의 두께는 10㎛로 했다.
구성은 액추에이터부의 1쌍의 미소 구동 소자가 배치되는, 도 15a ∼ b에 나타낸 합성수지로 모두 치환한 타입이다. 구동 전압은 ±3V 일정, 주파수는 1KHz로 했다. 측정은 레이저 도플러법을 사용하여 변위를 실측했다. 이 때, 디스크의 회전수는 12000rpm으로 했다. 비교를 위해, 합성수지를 사용하지 않은 스테인리스 베이스의 동일 형상의 액추에이터도 제작하여 측정했다. 결과는 합성수지로 치환하지 않는 것에 비해 약 4.4배의 변위가 얻어졌다.
이 실험에 의해, 스테인리스로부터 합성수지로 치환함으로써 대폭으로 변위를 확대할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 11)
실시예 3의 제조법으로 제작한 액추에이터를 사용하여 변위를 측정했다. 기본이 되는 액추에이터의 구성으로서, 미소 구동 소자와 디스크에 수직이고 또한 서스펜션의 길이 방향의 중심선을 따른 면이 이루는 각은 각각 60도, 사용한 스테인리스의 두께는 20㎛, 압전 박막의 두께는 2.5㎛, 합성수지의 두께는 10㎛로 했다.
구성은 액추에이터부의 1쌍의 미소 구동 소자가 배치되는, 도 16a ∼ b에 나타낸 합성수지로 일부분(압전 소자의 형상 유지판 부분) 치환한 타입이다. 구동 전압은 ±3V 일정, 주파수는 1KHz로 했다. 측정은 레이저 도플러법을 사용하여 변위를 실측했다. 이 때, 디스크의 회전수는 12000rpm으로 했다. 비교를 위해, 합성수지를 사용하지 않은 스테인리스 베이스의 동일 형상의 액추에이터도 제작하여 측정했다. 결과는 합성수지로 치환하지 않는 것에 비해 약 4.5배의 변위가 얻어졌다.
이 실험에 의해, 스테인리스로부터 합성수지로 일부분 치환함으로써 대폭으로 변위를 확대할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 12)
실시예 4의 제조법으로 제작한 액추에이터를 사용하여 변위를 측정했다. 기본이 되는 액추에이터의 구성으로서, 미소 구동 소자와 디스크에 수직이고 또한 서스펜션의 길이 방향의 중심선을 따른 면이 이루는 각은 각각 60도, 사용한 스테인리스의 두께는 20㎛, 압전 박막의 두께는 2.5㎛, 합성수지의 두께는 5㎛로 했다.
구성은 액추에이터부의 1쌍의 미소 구동 소자가 배치되는, 도 17a ∼ b에 나타낸 합성수지로 덮고, 전체를 에칭하여 스테인리스 기판을 얇게 한 타입이다. 구동 전압은 ±3V 일정, 주파수는 1KHz로 했다. 측정은 레이저 도플러법을 사용하여 변위를 실측했다. 이 때, 디스크의 회전수는 12000rpm으로 했다. 비교를 위해,합성수지를 사용하지 않은 스테인리스 베이스의 동일 형상의 액추에이터도 제작하여 측정했다. 결과는 합성수지로 치환하지 않는 것에 비해 약 3.1배의 변위가 얻어졌다.
이 실험에 의해, 스테인리스를 합성수지로 덮어, 스테인리스의 두께를 얇게 함으로써 대폭으로 변위를 확대할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 13)
실시예 4의 제조법으로 제작한 액추에이터를 사용하여 변위를 측정했다. 기본이 되는 액추에이터의 구성으로서, 미소 구동 소자와 디스크에 수직이고 또한 서스펜션의 길이 방향의 중심선을 따른 면이 이루는 각은 각각 60도, 사용한 스테인리스의 두께는 20㎛, 압전 박막의 두께는 2.5㎛, 합성수지의 두께는 5㎛로 했다.
구성은 액추에이터부의 1쌍의 미소 구동 소자가 배치되는, 도 17a ∼ b에 나타낸 합성수지로 덮고, 일부(압전 소자의 형상 유지판 부분)를 에칭하여 스테인리스 기판을 얇게 한 타입이다. 구동 전압은 ±3V 일정, 주파수는 1KHz로 했다. 측정은 레이저 도플러법을 사용하여 변위를 실측했다. 이 때, 디스크의 회전수는 12000rpm으로 했다. 비교를 위해, 합성수지를 사용하지 않은 스테인리스 베이스의 동일 형상의 액추에이터도 제작하여 측정했다. 결과는 합성수지로 치환하지 않는 것에 비해 약 3배의 변위가 얻어졌다.
이 실험에 의해, 스테인리스를 합성수지로 덮어, 스테인리스의 두께를 일부분(압전 소자의 형상 유지판 부분) 얇게 함으로써 대폭으로 변위를 확대할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 14)
실시예 3의 제조법으로 제작한 액추에이터를 사용하여 변위를 측정했다. 기본이 되는 액추에이터의 구성으로서, 미소 구동 소자와 디스크에 수직이고 또한 서스펜션의 길이 방향의 중심선을 따른 면이 이루는 각은 각각 60도, 사용한 기판은 MgO 단결정 기판, 압전 박막의 두께는 2.5㎛, 합성수지의 두께는 10㎛로 했다.
구성은 액추에이터부의 1쌍의 미소 구동 소자가 배치되는, 도 15a ∼ b에 나타낸 합성수지로 모두 치환하는 타입이다. 구동 전압은 ±3V 일정, 주파수는 1KHz로 했다. 측정은 레이저 도플러법을 사용하여 변위를 실측했다. 이 때, 디스크의 회전수는 12000rpm으로 했다. 비교를 위해, 합성수지를 사용하지 않은 스테인리스 베이스의 동일 형상의 액추에이터도 제작하여 측정했다. 결과는 합성수지로 치환하지 않는 것에 비해 약 8.1배의 변위가 얻어졌다. 이 변위의 확대는 합성수지로 치환하는 것에 의한 변위 확대가 약 4배와 단결정 기판 상에 에피텍셜 성장한 압전 박막의 압전 정수 d31의 특성 향상의 약 2배의 상승 효과의 결과이다.
이 실험에 의해, 합성수지로 모두 치환함으로써 대폭으로 변위를 확대할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 15)
실시예 5의 제조법으로 제작한 액추에이터를 사용하여 변위를 측정했다. 기본이 되는 액추에이터의 구성으로서, 미소 구동 소자와 디스크에 수직이고 또한 서스펜션의 길이 방향의 중심선을 따른 면이 이루는 각은 각각 60도, 사용한 기판은 MgO 단결정 기판, 압전 박막의 두께는 2.5㎛, 합성수지의 두께는 10㎛로 했다.
구성은 액추에이터부의 1쌍의 미소 구동 소자가 배치되는, 도 16에 나타낸 합성수지로 덮고, 일부분을 치환하는 타입이다. 구동 전압은 ±3V 일정, 주파수는 1KHz로 했다. 측정은 레이저 도플러법을 사용하여 변위를 실측했다. 이 때, 디스크의 회전수는 12000rpm으로 했다. 비교를 위해, 합성수지를 사용하지 않은 스테인리스 베이스의 동일 형상의 액추에이터도 제작하여 측정했다. 결과는 합성수지로 치환하지 않는 것에 비해 약 7.8배의 변위가 얻어졌다. 이 변위의 확대는 합성수지로 치환하는 것에 의한 변위 확대가 약 4배와 단결정 기판 상에 에피텍셜 성장한 압전 박막의 압전 정수 d31의 특성 향상의 약 2배의 상승 효과의 결과이다.
이 실험에 의해, MgO로부터 합성수지로 일부 치환함으로써 대폭으로 변위를 확대할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 16)
도 22a1, a2로 나타낸 배선 구조를 작성하고, 프레스법을 사용한 굽힘 가공을 하기 전과 한 후에 압전 소자의 전기적인 특성이 어떻게 변화하는지를 검토했다. 압전 소자의 구성은 Ti/Pt/PLT/PZT/Pt이다. 압전 소자는 스테인리스 상에 막형성했다. 막형성에는 메탈 마스크를 사용하여, 압전 소자의 가공을 필요로 하지 않았다. 하부 전극은 스테인리스로부터 취하고, 상부 전극을 폴리이미드를 베이스 절연층으로 사용하여 도금법으로 구리 배선을 형성, 그 후 커버층의 폴리이미드를 패턴화했다. 측정은 LCR 미터를 사용하여 L(인덕턴스), C(커패시턴스), Z(임피던스)를 주파수 1KHz로 측정했다. 이하의 표 2에 결과를 나타낸다.
| 굽힘 전 | 굽힘 후 | |
| Z(임피던스) | 0.627M옴 | 0.628M옴 |
| L(인덕턴스) | -99.8H | -99.9H |
| C(커패시턴스) | 0.2543nF | 0.2535nF |
이상의 결과로부터, 굽힘 후에도 굽힘 전과 동일한 전기 특성이 얻어져 3차원적인 입체 배선 구조가 가능한 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 17)
도 22b1, b2로 나타낸 배선 구조를 작성하고, 프레스법을 사용한 굽힘 가공을 하기 전과 한 후에 압전 소자의 전기적인 특성이 어떻게 변화하는지를 검토했다. 압전 소자의 구성은 Ti/Pt/PLT/PZT/Pt이다. 압전 소자는 스테인리스 상에 막형성했다. 막형성에는 메탈 마스크를 사용하여, 압전 소자의 가공을 필요로 하지 않았다. 하부 전극은 스테인리스로부터 취하고, 상부 전극을 폴리이미드를 베이스 절연층으로 사용하여 도금법으로 구리 배선을 형성, 그 후 커버층의 폴리이미드를 패턴화했다. 마지막에 굽힘 부분의 스테인리스를 염화제이철 용액으로 에칭 제거했다. 측정은 LCR 미터를 사용하여 L(인덕턴스), C(커패시턴스), Z(임피던스)를 주파수 1KHz로 측정했다. 이하의 표 3에 결과를 나타낸다.
| 굽힘 전 | 굽힘 후 | |
| Z(임피던스) | 0.611M옴 | 0.620M옴 |
| L(인덕턴스) | -98.8H | -97.9H |
| C(커패시턴스) | 0.2533nF | 0.2545nF |
이상의 결과로부터, 굽힘 후에도 굽힘 전과 동일한 전기 특성이 얻어져 3차원적인 입체 배선 구조가 가능한 것을 확인할 수 있었다. 또, 굽힘 후의 생산성을 비교한 경우, 다소이긴 하나 기판인 스테인리스의 굽힘 부분을 제거한 경우, 양호한결과가 얻어졌다.
(실시예 18)
도 22c1, c2로 나타낸 배선 구조를 작성하고, 프레스법을 사용한 굽힘 가공을 하기 전과 한 후에 압전 소자의 전기적인 특성이 어떻게 변화하는지를 검토했다. 압전 소자의 구성은 Ti/Pt/PLT/PZT/Pt이다. 압전 소자는 스테인리스 상에 막형성했다. 막형성에는 메탈 마스크를 사용하여, 압전 소자의 가공을 필요로 하지 않았다. 하부 전극은 스테인리스로부터 취하고, 상부 전극을 폴리이미드를 베이스 절연층으로 사용하여 도금법으로 구리 배선을 형성, 그 후 커버층의 폴리이미드를 패턴화했다. 측정은 LCR 미터를 사용하여 L(인덕턴스), C(커패시턴스), Z(임피던스)를 주파수 1KHz로 측정했다. 이하의 표 4에 결과를 나타낸다.
| 굽힘 전 | 굽힘 후 | |
| Z(임피던스) | 0.612M옴 | 0.635M옴 |
| L(인덕턴스) | -97.8H | -97.9H |
| C(커패시턴스) | 0.2543nF | 0.2575nF |
이상의 결과로부터, 굽힘 후에도 굽힘 전과 동일한 전기 특성이 얻어져 3차원적인 입체 배선 구조가 가능한 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 19)
도 22d1, d2로 나타낸 배선 구조를 작성하고, 프레스법을 사용한 굽힘 가공을 하기 전과 한 후에 압전 소자의 전기적인 특성이 어떻게 변화하는지를 검토했다. 압전 소자의 구성은 Ti/Pt/PLT/PZT/Pt이다. 압전 소자는 스테인리스 상에 막형성했다. 막형성에는 메탈 마스크를 사용하여, 압전 소자의 가공을 필요로 하지 않았다. 하부 전극은 스테인리스로부터 취하고, 상부 전극을 폴리이미드를 베이스 절연층으로 사용하여 도금법으로 구리 배선을 형성, 그 후 커버층의 폴리이미드를 패턴화했다. 마지막으로 굽힘 부분의 스테인리스를 염화제이철 용액으로 에칭 제거했다. 측정은 LCR 미터를 사용하여 L(인덕턴스), C(커패시턴스), Z(임피던스)를 주파수 1KHz로 측정했다. 이하의 표 5에 결과를 나타낸다.
| 굽힘 전 | 굽힘 후 | |
| Z(임피던스) | 0.632M옴 | 0.655M옴 |
| L(인덕턴스) | -99.9H | -98.9H |
| C(커패시턴스) | 0.2553nF | 0.2585nF |
이상의 결과로부터, 굽힘 후에도 굽힘 전과 동일한 전기 특성이 얻어져 3차원적인 입체 배선 구조가 가능한 것을 확인할 수 있었다. 또, 굽힘 후의 생산성을 비교한 경우, 다소이긴 하나 기판인 스테인리스의 굽힘 부분을 제거한 경우, 양호한 결과가 얻어졌다.
(실시예 20)
도 23a1, b1, c1, d1으로 나타낸 배선 구조를 작성하고, 프레스법을 사용한 굽힘 가공을 하기 전과 한 후에 압전 소자의 전기적인 특성이 어떻게 변화하는지를 검토했다. 압전 소자의 구성은 Ti/Pt/PLT/PZT/Pt이다. 압전 소자는 스테인리스 상에 막형성했다. 막형성에는 메탈 마스크를 사용하여, 압전 소자의 가공을 필요로 하지 않았다. 스테인리스 상에는 절연층으로 폴리이미드를 형성하고, 하부 전극, 상부 전극을 폴리이미드를 베이스 절연층으로 사용하여 도금법으로 구리 배선을 형성, 그 후 커버층의 폴리이미드를 패패턴화하여 상부 전극층에 각각의 전극을 취출했다. 프레스법에 의한 굽힘 가공은 굽힘 부분의 스테인리스를 염화제이철 용액으로 에칭 제거한 것과 그렇지 않은 것을 작성했다. 측정은 LCR 미터를 사용하여 L(인덕턴스), C(커패시턴스), Z(임피던스)를 주파수 1KHz로 측정했다. 이하의 표 6 ∼ 9에 결과를 나타낸다.
| 굽힘 전 | 굽힘 후 | |
| Z(임피던스) | 0.732M옴 | 0.745M옴 |
| L(인덕턴스) | -100.9H | -100.9H |
| C(커패시턴스) | 0.2543nF | 0.2575nF |
| 굽힘 전 | 굽힘 후 | |
| Z(임피던스) | 0.722M옴 | 0.715M옴 |
| L(인덕턴스) | -99.9H | -99.9H |
| C(커패시턴스) | 0.2523nF | 0.2515nF |
| 굽힘 전 | 굽힘 후 | |
| Z(임피던스) | 0.752M옴 | 0.733M옴 |
| L(인덕턴스) | -99.5H | -98.9H |
| C(커패시턴스) | 0.2574nF | 0.2565nF |
| 굽힘 전 | 굽힘 후 | |
| Z(임피던스) | 0.745M옴 | 0.744M옴 |
| L(인덕턴스) | -100.9H | -99.9H |
| C(커패시턴스) | 0.2573nF | 0.2575nF |
이상의 결과로부터, 도 23a1 ∼ 도 23d1에 나타낸 구조에 있어서 프레스법에의한 굽힘 가공 전후에 전기 특성이 거의 변화하지 않는다는 양호한 결과가 얻어졌다. 따라서, 합성수지에 의한 배선 구조를 사용함으로써, 3차원적인 입체 배선 구조를 실현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 압전 소자를 접착제를 사용하지 않고 소자화할 수 있고, 또한 소자의 미세화, 자유로운 설계가 가능하다. 또, 종래의 압전 소자와 비교하여 크게 변위를 얻을 수 있다. 특히, 자기 헤드 등의 액추에이터로서 응용한 경우, 고정밀도로 제어 가능한 액추에이터와 정보 기록 재생 장치를 실현할 수 있다. 또, 공진 주파수가 낮아 고속 제어가 곤란한 경우에 소형화가 필요해지나, 소형화해도 변위/전압(효율)을 효율적으로 취출할 수 있다. 또, 박막화함으로써 소비 전력을 내리는 것도 가능하다.
Claims (36)
- 형상 유지판과, 상기 형상 유지판 상에 일체화하여 배치된 압전부재와, 상기 압전부재를 사이에 끼도록 형성된 1쌍의 전극을 구비한 액추에이터로서, 상기 형상 유지판이 합성수지인 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1 항에 있어서, 압전부재를 두께 1.0 ∼ 5.0㎛ 범위의 박막으로 형성하고, 상기 압전부재의 두께 방향의 휨을 이용하여 구동시키는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1 항에 있어서, 합성수지가 두께 1.0 ∼ 10.0㎛ 범위의 포토 레지스트인 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1 항에 있어서, 합성수지가 폴리이미드 수지를 포함하는 포지티브형 감광성 수지 및 폴리벤조옥사졸 수지로부터 선택되는 적어도 하나의 수지인 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1 항에 있어서, 합성수지를 전기 절연층으로 사용하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1 항에 있어서, 합성수지가 액추에이터의 구동에 사용하는 구동선 또는 신호를 보내는 신호선의 전기 절연층인 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 액추에이터의 구동선을 액추에이터를 형성하는 면에 대해, 적어도 하나 이상 굴곡부를 갖고 인출하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 7 항에 있어서, 상기 구동선이 형성되는 기판의 적어도 일부분이 에칭으로 제거되어 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 7 항에 있어서, 상기 구동선은 적어도 전기 절연층의 합성수지, 구리 및 커버층의 합성수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 7 항에 있어서, 상기 구동선은 주성분이 구리로 형성되고, 그 표면을 합성수지가 전기 절연층으로서 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 10 항에 있어서, 주성분이 구리인 구동선은 도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1 항에 있어서, 합성수지 아래에 또한 기판을 구비하고, 상기 합성수지는 형상 유지판 및 압전부재를 보호하는 보호층으로 사용되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1 항에 있어서, 합성수지에 기계적인 강도를 높이기 위해 보강재를 부가한 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 제 1 항에 있어서, 형상 유지판과 압전부재의 일체화는, 압전부재의 표면에 형상 유지판이 되는 수지를 도포하여 베이킹에 의한 일체화인 것을 특징으로 하는 액추에이터.
- 형상 유지판과, 상기 형상 유지판 상에 일체화하여 배치된 압전부재와, 상기 압전부재를 사이에 끼도록 형성된 1쌍의 전극을 구비하고, 상기 형상 유지판이 합성수지인 액추에이터를 사용하고, 또한 헤드를 탑재하는 슬라이더와, 상기 슬라이더를 통해 헤드를 지지하는 헤드 지지 기구와, 상기 헤드 지지 기구를 통해 헤드를 트래킹하는 트래킹 수단을 갖고, 상기 헤드 지지 기구가 상기 액추에이터를 구비하고, 이 액추에이터를 구동함으로써 상기 헤드를 미소하게 변위시키는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.
- 제 15 항에 있어서, 액추에이터의 구동 방향이 디스크면에 대해 주로 평행 방향인 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.
- 형상 유지판과, 상기 형상 유지판 상에 일체화하여 배치된 압전부재와, 상기 압전부재를 사이에 끼도록 형성된 1쌍의 전극을 구비하고, 상기 형상 유지판이 합성수지인 액추에이터의 제조 방법으로서,액추에이터 형상으로 가공한 기판에 대해 박막 처리에 의해 하부 전극을 형성하고,압전 박막을 형성하고,상부 전극을 형성하고,다음으로 합성수지로 이루어지는 형상 유지판을 형성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 액추에이터를 형성하는 기재의 적어도 일부분을 합성수지로 치환한 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서, 압전 박막의 형성시에 기판에 직접 막형성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서, 합성수지를 기판에 스피너법, 롤법 및 침전법으로부터 선택되는 적어도 하나의 방법으로 도포하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서, 합성수지를 도포한 후, 베이킹하여, 형상 유지판과 압전부재를 일체화 형성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서, 합성수지를 도포한 후, 기판의 두께를 에칭에 의해 얇게하거나 또는 부분적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서, 합성수지를 에칭 패턴으로서 기판을 에칭하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 형상 유지판과, 상기 형상 유지판 상에 일체화하여 배치된 압전부재와, 상기 압전부재를 사이에 끼도록 형성된 1쌍의 전극을 구비하고, 상기 형상 유지판이 합성수지인 액추에이터의 제조 방법으로서, 기판에 대해 박막 처리에 의해 하부 전극을 형성하고, 그 후 압전 박막을 형성하고, 또한 상부 전극을 형성한 후, 기판, 하부 전극, 압전 박막 및 상부 전극을 액추에이터 형상으로 가공하고, 다음으로 합성수지로 이루어지는 형상 유지판을 형성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 24 항에 있어서, 상기 액추에이터를 형성하는 기재의 적어도 일부분을 합성수지로 치환한 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 24 항에 있어서, 압전 박막의 형성시에 기판에 직접 막형성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 24 항에 있어서, 합성수지를 기판에 스피너법, 롤법, 침전법으로부터 선택되는 적어도 하나의 방법으로 도포하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 24 항에 있어서, 합성수지를 도포한 후, 베이킹하여, 형상 유지판과 압전 부재를 일체화 형성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 24 항에 있어서, 합성수지를 도포한 후, 기판의 두께를 에칭에 의해 얇게하거나 또는 제거하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 24 항에 있어서, 합성수지를 에칭 패턴으로서 기판을 에칭하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 형상 유지판과, 상기 형상 유지판 상에 일체화하여 배치된 압전 부재와, 상기 압전 부재를 사이에 끼도록 형성된 1쌍의 전극을 구비하고, 상기 형상 유지판이 합성수지인 액추에이터로서, 기판에 하부 전극, 압전 박막 및 상부 전극을 막형성한 후, 리소그래피 기술을 사용하여 액추에이터 형상으로 가공하고, 상기 하부 전극,압전 박막 및 상부 전극을 합성수지로 형성된 패턴에 전사하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 31 항에 있어서, 압전 박막의 형성시에 기판에 직접 막형성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 31 항에 있어서, 합성수지를 기판에 스피너법, 롤법, 침전법으로부터 선택되는 적어도 하나의 방법으로 도포하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 31 항에 있어서, 합성수지를 도포한 후, 베이킹하여, 형상 유지판과 압전 부재를 일체화 형성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 31 항에 있어서, 합성수지를 도포한 후, 기판의 두께를 에칭에 의해 얇게하거나 또는 제거하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
- 제 31 항에 있어서, 합성수지를 에칭 패턴으로서 기판을 에칭하는 것을 특징으로 하는 액추에이터의 제조 방법.
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