薄膜壓電體元件和其制造方法以及使用該元件的致動器裝置的制作方法

專利名稱：薄膜壓電體元件和其制造方法以及使用該元件的致動器裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種確定微小位置用和用作壓電傳感器的壓電體元件和其制造方法以及使用該元件的致動器裝置。
背景技術：
近年來，微型致動器等機電元件引人注意。這種元件可以小型化實現高精度的結構部件，并且，使用半導體加工可極大改善其生產率。特別是，使用壓電體元件的微型致動器作為掃描型隧道顯微鏡的微小變位用和磁盤記錄再現裝置(下面稱為盤驅動裝置)的磁頭滑塊的微小位置確定用等，處于開發中。
在盤驅動裝置中，對磁盤進行信息記錄再現的磁頭搭載在磁頭滑塊上，裝配于致動器臂上。通過音圈電動機(下面稱為VCM)搖動致動器臂，定位在磁盤上的規定磁道位置上，通過磁頭進行記錄再現。但是，在提高記錄密度的同時，僅由這種現有的VCM的位置確定并不能確保足夠精度。因此，除了VCM的位置確定部件外，還開發了通過使用壓電體元件的微小位置確定部件來微小驅動磁頭滑塊，進行高速、高精度的位置確定的技術。
期待包含這種致動器的壓電體元件的各種應用。因此，要求小型、可低電壓驅動、且產生大的變位量的壓電體元件，研究了通過薄膜制造方法來制作。通過在單晶硅襯底等襯底上形成壓電體薄膜和電極膜并進行圖案形成加工后，最后從襯底上分離壓電體元件的方法來制作薄膜制造方法制成的壓電體元件。但是，因為通過薄膜制造方法制作的壓電體元件薄，所以當從襯底上分離壓電體元件時，很難不產生損傷地將壓電體元件安裝在安裝用襯底上，在批量生產性方面存在大的問題。
考慮到這點，(特開平11-345833號公報)披露了在分別設置的電極形成襯底上批量生產性好地安裝熱電元件和壓電體元件的制造方法。此時，準備元件復制模具，通過樹脂或雙面膠帶等，將形成在臨時襯底上的元件粘接在元件復制模具的規定位置上，之后，選擇腐蝕臨時襯底。接著，使設置在電極形成襯底上的電極和元件的電極相對并粘貼，例如通過焊接來接合。之后，溶解去除粘著元件的樹脂或膠帶等，從元件復制模具上分離元件，則在電極形成襯底上形成按規定形狀接合的熱電元件和壓電體元件。
但是，在該方法中，在切斷每個臨時襯底后使元件變為彼此分離的狀態后，在元件復制模具上一個接一個地粘接并腐蝕去除臨時襯底。因此，為了同時統一地將元件接合到電極形成襯底上，要求元件高精度地粘接在元件復制模具上。但是，由于元件一個接一個地粘接，所以較難提高精度。
另外，(特開平4-170077號公報)還披露了如下的制造方法在形成有機薄膜的熱電薄膜粘接到設置了開口部的襯底上后，通過腐蝕去除形成熱電薄膜的襯底，僅由有機薄膜來保持熱電薄膜的結構。該方法中，在形成有機薄膜來覆蓋形成于規定襯底上的熱電薄膜后，粘接到設置了開口部的聚酰亞胺襯底上。之后，腐蝕去除形成熱電薄膜的襯底，在開口部形成僅由有機薄膜來保持熱電薄膜的結構。在該制造方法下，在聚酰亞胺等安裝用襯底上粘接形成熱電薄膜的襯底之后，僅腐蝕去除該襯底。即，在安裝后腐蝕形成熱電薄膜的襯底，安裝用襯底或布線電極因腐蝕用藥液或氣體而變質，另外，安裝用襯底的形狀受限制。
本發明的目的在于提供一種薄膜壓電體元件及其制造方法，形成在腐蝕去除元件形成襯底后仍由元件保持膜保持通過薄膜制造方法形成的薄膜壓電體元件的結構，并通過在腐蝕元件形成襯底的液體中不曝光安裝用襯底的方法，可提高包含安裝工序前的批量生產性并改善安裝狀態的可靠性。
發明概述本發明是為了解決上述問題而作出的。本發明的薄膜壓電體元件的制造方法包括以下工序。
a)在元件形成襯底上形成順序層疊第一電極膜、壓電體薄膜和第二電極膜的平板狀層疊體或使上述層疊體的上述第二電極膜彼此相對后進行層疊的雙層層疊體，在上述元件形成襯底一側面上形成設置將上述第一電極膜和上述第二電極膜電連接到外部設備上用的連接電極膜而構成的多個薄膜壓電體元件，b)通過包含上述薄膜壓電體元件，在上述元件形成襯底的上述一側面上覆蓋由樹脂構成的元件保持膜，去除形成上述薄膜壓電體元件的區域的上述元件形成襯底，用上述元件保持膜來保持上述薄膜壓電體元件，
c)個別或按規定單位分離上述元件保持膜保持的上述薄膜壓電體元件。
通過該制造方法，形成于元件形成襯底上的多個薄膜壓電體元件即使通過腐蝕等去除元件形成襯底，也可通過外周部的框和元件保持膜來保持初始的配置狀態。因此，對于這些多個薄膜壓電體元件而言，可容易同時統一形成樹脂保持膜或粘接樹脂層，或進行這些膜的光刻和腐蝕加工。另外，在將薄膜壓電體元件定位在壓電體安裝用襯底上進行安裝時，因為配置間距一定，所以可使用自動安裝機，批量生產性好，并且可高精度地進行安裝。
另外，通過元件保持膜來連接彼此成對構成的薄膜壓電體元件，可提高安裝在安裝用襯底上時的精度和批量生產性。另外，薄膜壓電體元件的作為壓電體的區域的兩表面由相同材料相同厚度的元件保持膜和樹脂保護膜形成，所以不會產生彎曲而降低壓電體特性。另外，由于通過整體由樹脂構成的元件保持膜和樹脂保護膜來保護，所以可防止腐蝕薄膜壓電體元件或產生積炭，大大提高用作致動器裝置時的可靠性。
附圖的簡要描述

圖1A是根據本發明實施例1的制造方法制作的薄膜壓電體元件的平面圖。
圖1B是沿圖1A所示X-X線的截面圖。
圖2是使用搭載本發明的薄膜壓電體元件的致動器裝置的盤裝置的模式圖。
圖3A是表示本發明實施例1的制造方法的主要工序中在元件形成襯底上形成多個成對的薄膜壓電體元件的狀態的圖。
圖3B是表示實施例1的制造方法的主要工序中形成元件保持膜的狀態的圖。
圖3C是表示實施例1的制造方法的主要工序中用臨時固定用襯底和固定用樹脂來保護非腐蝕區域的狀態的圖。
圖3D是表示實施例1的制造方法的主要工序中除外周部外腐蝕去除元件形成襯底的狀態的圖。
圖4A是表示實施例1的制造方法的主要工序中用元件形成襯底的外周框部和元件保持膜來保持薄膜壓電體元件的狀態的圖。
圖4B是表示實施例1的制造方法的主要工序中將薄膜壓電體元件安裝在安裝用襯底上的方法的圖。
圖5是表示實施例1的制造方法中在元件形成襯底上形成多個薄膜壓電體元件的狀態的圖。
圖6A是表示本發明實施例2的制造方法的主要工序中在元件形成襯底上形成多個成對的薄膜壓電體元件的狀態的圖。
圖6B是表示實施例2的制造方法的主要工序中固定框體并形成元件保持膜的狀態的圖。
圖6C是表示實施例2的制造方法的主要工序中在腐蝕元件形成襯底后露出的薄膜壓電體元件上形成粘接樹脂層的狀態的圖。
圖6D是表示實施例2的制造方法的主要工序中將薄膜壓電體元件安裝在安裝用襯底上的方法的圖。
圖7是表示實施例2的制造方法的變形例的主要工序的圖。
圖8A是根據本發明實施例3的制造方法制作的一對薄膜壓電體元件的平面圖。
圖8B是表示沿圖8A所示B-B線的截面形狀的圖。
圖8C是表示沿圖8A所示C-C線的截面形狀的圖。
圖9是表示實施例3的制造方法的主要工序中形成樹脂保護膜的狀態的圖。
圖10A表示實施例3的制造方法的主要工序中為了部分形成連接部而腐蝕元件保持膜和樹脂保護膜的狀態，是表示與圖8B相同部分的截面形狀的圖。
圖10B表示實施例3的制造方法的主要工序中為了部分形成連接部而腐蝕元件保持膜和樹脂保護膜的狀態，是表示與圖8C相同部分的截面形狀的圖。
圖11是表示實施例3的制造方法的主要工序中為了部分形成連接部而腐蝕元件保持膜和樹脂保護膜的狀態的平面圖。
圖12A是表示本發明實施例4的制造方法的主要工序中在元件形成襯底上形成多個成對的薄膜壓電體元件的狀態的圖。
圖12B是表示實施例4的制造方法的主要工序中使用周圍具有框體的撓性襯底粘接固定薄膜壓電體元件的狀態的圖。
圖12C是表示實施例4的制造方法的主要工序中在腐蝕元件形成襯底后露出的薄膜壓電體元件上形成粘接樹脂層的狀態的圖。
圖12D是表示實施例4的制造方法的主要工序中將薄膜壓電體元件安裝在安裝用襯底上的方法的圖。
圖12E是表示通過實施例4的制造方法安裝在安裝用襯底上的狀態的圖。
發明的詳細描述下面用附圖來說明本發明的實施例。對相同的結構要素附上相同的符號。
實施例1圖1A是將根據實施例1的制造方法制作的薄膜壓電體元件作為一對使用的致動器裝置的薄膜壓電體元件部分的平面圖。該致動器裝置在磁盤記錄再現裝置中用于高精度地細微地將磁頭滑塊定位在盤上的規定磁道位置上。兩個薄膜壓電體元件8在長度方向上有規定的間隙，相對作為該間隙中心線的A-A線形成對稱形狀，粘接固定在作為安裝用襯底的彎曲部分30上。圖1B是沿圖1A所示X-X線的截面圖，用這些圖來說明其結構。
薄膜壓電體元件8包含通過粘接層14粘接第二電極膜13彼此來層疊一體化由第一電極膜11和第二電極膜13夾持的壓電體薄膜12構成的兩個層疊體10的雙層層疊體、加工成規定圖案形狀的絕緣保護膜15和連接電極膜16來構成。作為薄膜壓電體元件8，還包含后述的元件保持膜和樹脂保護膜的情況。
這里，第一電極膜11和第二電極膜13最好是鉑金(Pt)，壓電體薄膜12最好是鈦酸鋯酸鉛(PZT)，但本發明不限于這些材料，同樣也可使用鈦酸鉛、鋯酸鉛等具有壓電性的膜。另外，第一電極膜11和第二電極膜13還可使用金、銠、釕等貴金屬或氧化釕等氣體物導電體。
如圖所示，元件保持膜20不僅可形成于薄膜壓電體元件8的表面上，還可形成于它們的間隙部分。因此，將兩個薄膜壓電體元件8連接一體化。由此，當粘接固定在作為安裝用襯底的彎曲部分30上時，薄膜壓電體元件8之間沒有位置偏移，還可大幅度改善安裝操作性。另外，可改善薄膜壓電體元件8的耐濕性并抑制產生積炭。
在未形成連接電極膜16側的第一電極膜11面上形成粘接樹脂層25，粘接固定在彎曲部分30上。在彎曲部分30中，在對應于薄膜壓電體元件8的電極墊18的位置上設置壓電體電極墊34，通過例如引線37來連接壓電體電極墊34和電極墊18。
彎曲部分30具有固定磁頭滑塊(未圖示)用的滑塊保持部31，一邊從粘接薄膜壓電體元件8的區域延伸，在滑塊保持部31中設置用來與搭載在磁頭滑塊(未圖示)上的磁頭(未圖示)的布線部用的磁頭電極墊32。從磁頭電極墊32將磁頭電極布線33圍繞8間的彎曲部分30上，與從壓電體電極墊34圍繞的壓電體電極布線35一樣圍繞到外部設備的連接墊(未圖示)。
圖2是將本發明致動器裝置用于盤驅動裝置時的模式圖。致動器裝置230包括搭載了對盤210進行記錄再現的磁頭(未圖示)的磁頭滑塊231、一對薄膜壓電體元件8、彎曲部分30、懸臂233、板簧部234、和支持臂236。懸臂233、板簧部234、和支持臂236構成致動器臂。磁頭電極布線33和壓電體電極布線35從滑塊保持部31的磁頭電極墊32和薄膜壓電體元件8部分的壓電體電極墊34延伸到支持臂236的附近，并在彎曲部分30中設置和外部設備的連接墊301。
磁頭滑塊231支持在彎曲部分30上，磁頭(未圖示)搭載在與磁盤210相對的面上。在磁頭滑塊231附近的彎曲部分30上粘接固定一對薄膜壓電體元件8。
彎曲部分30的另一端部固定在作為致動器臂一部分的懸臂233上，懸臂233固定在板簧部234上，且該板簧部234固定在支持臂236上。
支持臂236支承在軸承部240上，可自由旋轉。另外，在支持臂236上裝配旋轉支持臂236用的構成VCM的音圈250。音圈250和固定在殼體(未圖示)上的磁鐵(未圖示)構成VCM。因此，致動器臂裝置230可進行VCM定位和一對薄膜壓電體元件8定位的二階段定位。
下面說明使用致動器裝置230的磁盤驅動裝置的動作。當主軸電動機220旋轉驅動磁盤210時，在磁頭滑塊231和磁盤210之間流入空氣，形成空氣潤滑膜。在空氣潤滑膜的壓力與來自板簧部234的壓力平衡的位置上，磁頭滑塊231浮起，成為穩定狀態。浮起距離約為10nm到50nm。在這種浮起狀態下，磁頭定位在磁盤210的規定磁道位置上，VCM旋轉支持臂236。在通常的磁盤驅動裝置中，可僅由VCM來定位在規定的磁道位置上。但是，在為了進行更高密度記錄而磁道間距小時，要求較高精度的定位。進行這種定位的是一對薄膜壓電體元件8。將一對薄膜壓電體元件8裝配在彎曲部分30的磁頭滑塊231附近，通過驅動該薄膜壓電體元件8，可使懸臂233或支持臂236沿磁盤210的半徑方向無關地自由移動磁頭位置數微米左右。即，若在一對薄膜壓電體元件8一方伸展的方向且在另一方收縮的方向上施加電壓，則磁頭可向磁盤210的半徑方向(圖1所示Y-Y方向)移動數微米左右。
通過以上動作，可進行VCM定位和薄膜壓電體元件8的高精度定位兩級結構的定位。另外，致動器裝置230為一實例，具體的致動器臂結構，本實施例中并不限定。
用圖3A至圖5來說明這種薄膜壓電體元件8的制造方法。圖3A表示在元件形成襯底7上形成多個成對的薄膜壓電體元件8的狀態的圖。該圖中，僅示出一對薄膜壓電體元件8。但是，具體如圖5所示，在元件形成襯底7上按一定的配置結構形成多個薄膜壓電體元件8。作為元件形成襯底7，不僅可使用MgO襯底、Si襯底、藍寶石襯底或鈦酸釕酸鉛單晶襯底等單晶襯底，還可使用不銹鋼等金屬材料。
說明薄膜壓電體元件8的制作方法。通過在與元件形成襯底7相同的襯底上層疊第一電極膜11、壓電體薄膜12和第二電極膜13、使襯底與元件形成襯底相對并用粘接層14粘接后、腐蝕去除一方襯底、再通過光刻和腐蝕加工成圖1A所示形狀得到元件形成襯底7上的雙層層疊體。此時，還形成通孔以露出第二電極膜13的一部分。之后，形成絕緣保護膜15，通過光刻和腐蝕加工來露出各電極膜的一部分，再形成連接電極膜并加工成圖1A和圖1B所示形狀，制作薄膜壓電體元件8。
作為絕緣保護膜15，既可是聚酰亞胺等有機樹脂膜，也可是氧化硅膜等無機絕緣膜。作為成膜方法，可以是涂敷法和等離子體化學汽相反應法成膜或濺射成膜等化學成膜方法或物理成膜方法之一。
從而在形成薄膜壓電體元件8的面上如圖3B所示形成由樹脂構成的元件保持膜20。要求元件保持膜20是即使受到沖擊也不會產生裂紋等的柔軟性材料，并且在包含薄膜壓電體元件8的凹凸面上以較均勻的厚度形成。例如，可以是在旋涂干燥聚酰亞胺樹脂后，在350℃的溫度下進行酰亞胺處理而形成的聚酰亞胺膜，也可以是涂敷并熱固化苯環丁烯(BCB)等有機樹脂后的BCB膜。另外，一般使用的光刻膠材料或感光性絕緣樹脂材料，若是可耐以后工序中所加溫度的材料，則也可用作元件保持膜20。在形成元件保持膜20時，除了旋涂法外，也可使用霧狀吹附法或輥涂法。
另外，在蒸發單體、在等離子體中產生聚合反應來形成高分子膜的方式下，例如也可形成聚酰亞胺膜或BCB膜來作為元件保持膜20。當使用該方法時，不會產生涂敷液狀樹脂材料時容易產生的凹部厚度增加和凸部厚度減少等，在任何部分都均勻形成，所以即使薄也可得到強度穩定的元件保持膜20。具體而言，蒸發兩種以上的單體并在襯底上進行聚合反應來形成聚酰亞胺膜的方法可或蒸發高分子后導入等離子體中進行聚合反應，可制作例如聚酰亞胺、苯環丁烯(BCB)等有機樹脂膜。作為元件保持膜20的厚度，期望在保持多個薄膜壓電體元件8的強度下盡可能薄，但在聚酰亞胺樹脂膜的情況下最好約為2-5微米。
通過光刻和腐蝕來去除形成于連接電極膜16區域中的部分元件保持膜20，并形成電極墊18。由此，得到用元件保持膜覆蓋電極墊18以外的形狀。在元件保持膜20上進行上述加工后，如圖3C所示，使臨時固定用襯底5與形成元件保持膜20的面相對，用固定用樹脂6固定。另外，如圖所示，用相同的固定用樹脂6覆蓋保護元件形成襯底7的未形成薄膜壓電體元件8的面的外周部到規定寬度的外周區域71和元件形成襯底7的外周側端部72。作為固定用襯底5，可使用例如玻璃、氧化鋁等陶瓷、或未浸入磷酸系藥液中的電鍍鉻等的金屬板等。另外，作為固定用樹脂6，可使用例如石蠟或光刻膠。
在形成這種形狀后，將整體浸漬在選擇腐蝕元件形成襯底7的藥液中，腐蝕去除未用固定用樹脂6保護的元件形成襯底7部分。例如，在用MgO襯底作為元件形成襯底7時，若使用磷酸系藥液，則可不侵蝕其它材料而僅選擇地腐蝕MgO襯底。另外，在用Si襯底作為元件形成襯底7時，若使用氟酸和硝酸的混合液，則同樣可進行選擇腐蝕。并且，還可用干腐蝕去除這些襯底。結果，如圖3D所示，元件形成襯底7形成為框狀，得到露出元件形成襯底7側的第一電極膜(未圖示)面的形狀。
使用這種狀態的襯底，在第一電極膜(未圖示)面上形成粘接樹脂層25。之后，浸漬在溶解固定用樹脂6的溶解液中，溶解固定用樹脂6，去除臨時固定用襯底5，可得到僅由元件保持膜20和元件形成襯底7的外周框部來保持形成粘接樹脂層25的薄膜壓電體元件8的結構。如圖4A所示。
也可在溶解固定用樹脂6并去除臨時固定用襯底5之后形成粘接樹脂層25。另外，也可形成于彎曲部分30面上。作為粘接樹脂層25的形成方法，例如在整個面上涂敷具有感光性并可通過熱壓接粘接的材料后，進行光刻和腐蝕，可在第一電極膜面上容易地形成。另外，在將片狀的粘接樹脂加工成與薄膜壓電體元件8相同形狀后，粘貼在第一電極膜面上作為粘接樹脂層25。或者，通過噴墨方式直接在第一電極膜面上涂敷粘接樹脂，也可形成粘接樹脂層25。
形成粘接樹脂層25后，如圖4B所示，使載于基底40上的彎曲部分30和薄膜壓電體元件8的位置重合，向按壓工具42施加負荷F并切斷薄膜壓電體元件8的周邊部的元件保持膜20，在彎曲部分30中熱壓接粘接固定薄膜壓電體元件8。粘接后使按壓工具42從薄膜壓電體元件8釋放。之后，通過絲焊等方法由引線37連接電極墊18和壓電體電極墊34，得到圖1A所示安裝在彎曲部分30上的薄膜壓電體元件8。即，在本實施例的制造方法中，在形成電極墊18的側面上形成由絕緣保護膜15和樹脂構成的元件保持膜20，在其反面上僅形成粘接樹脂層25來構成安裝在彎曲部分30上的薄膜壓電體元件8。因此，通過使薄膜壓電體元件8成對，在用作致動器裝置時可得到大的變位量。另外，通過將相鄰的薄膜壓電體元件用作一對，可降低這些薄膜壓電體元件間的特性差異，可作為致動器裝置穩定動作。
根據本制造方法，即使腐蝕去除元件形成襯底7，薄膜壓電體元件8也可通過元件形成襯底7的外周框部和元件保持膜20保持圖5所示初始配置狀態。因此，可確實簡單地進行在作為安裝用襯底的彎曲部分30上安裝薄膜壓電體元件8的粘接樹脂層25的形成或位置重合和熱壓接工序。結果，可大大提高薄膜壓電體元件8的批量生產性。
實施例2圖6A至圖6D是說明實施例2的制造方法工序的圖。圖6A表示與圖3A一樣在元件形成襯底7上形成圖1A所示的薄膜壓電體元件8的狀態。使用該狀態的襯底，如圖6B所示，在元件形成襯底7的外周部且在未形成薄膜壓電體元件8的區域部73內通過粘接劑固定框體50。作為框體50，可以是去除元件形成襯底7時的藥液或氣體等不侵蝕的材料，例如加工使用不銹鋼等金屬、玻璃、氧化鋁等陶瓷、液晶聚合物等塑料等。因為可自由選擇使用這種材料，所以例如在固定于元件形成襯底上的框體表面中可容易地設置階梯。若設置階梯，則固定在元件形成襯底上的框體寬度變小，同時，框體整體的寬度變大。因此，在充分確保作為框體的強度的同時，固定在元件形成襯底上的寬度變窄，可在元件形成襯底上形成更多的薄膜壓電體元件。
框體50固定在元件形成襯底7上后，在包含框體50、薄膜壓電體元件8和形成這些元件的元件形成襯底7的平面的整體面上形成由樹脂構成的元件保持膜20。可用與實施例1說明的相同材料、成膜方法來形成元件保持膜20。
形成元件保護膜20后，在僅腐蝕元件形成襯底7的藥液中浸漬整體，當全部腐蝕去除元件形成襯底7時，得到僅由元件保持膜20和框體50保持薄膜壓電體元件8的形狀。元件形成襯底7的去除除了通過藥液腐蝕去除外，還可以是干腐蝕，并且在機械研磨變薄后，進行濕腐蝕或干腐蝕。
在該狀態下，在由腐蝕露出的薄膜壓電體元件8的第一電極膜(未圖示)上涂敷粘接樹脂，形成粘接樹脂層25。粘接樹脂層25也可使用與實施例1相同的材料和制作法。形成粘接樹脂層25的狀態如圖6C所示。
接著，在基底40上載置作為安裝用襯底的彎曲部分30，在薄膜壓電體元件8和彎曲部分30位置重合后，由按壓工具42施加負荷F并加熱，薄膜壓電體元件8粘接固定在彎曲部分30上。如圖6D所示。在釋放按壓工具42后，通過絲焊方式由引線37連接薄膜壓電體元件8的電極墊18和彎曲部分30的壓電體電極墊34，如圖1A所示，得到在彎曲部分30上安裝薄膜壓電體元件8的結構。
為了形成壓電體薄膜而通常使用的元件形成襯底7為MgO襯底和Si襯底等，由于它們是脆性材料，所以腐蝕成框狀，在形成外周框部時容易分割。但是，本實施例使用的框體50可使用與元件形成襯底7不同的襯底，所以可自由選擇金屬等強度大的材料。因此，在形成粘接樹脂層25和向彎曲部分30安裝時的處理中不分割，可防止這些工序中的成品率降低。
在本實施例中，雖然框體50固定在元件形成襯底7上的外周部中，但本制造方法不限于此。例如，如圖7所示，嵌入框體54以內接于元件形成襯底7的外周，在薄膜壓電體元件8、框體54的側面部541和元件形成襯底7面上覆蓋元件保持膜20。通過這種結構可以面積盡可能大地使用元件形成襯底7，同時可制作的薄膜壓電體元件8的數量增多，可提高生產率。在框體54嵌入元件形成襯底7中時，期望薄膜壓電體元件8的面和框體54的面基本為同一面。但是，若嵌合后覆蓋粘接樹脂層25和形成絕緣保護膜15、或將它們加工成規定圖案形狀用的光刻、腐蝕加工在可行范圍內，則框體54的面和薄膜壓電體元件8的面也可不是同一面。
在實施例1和2中，構成為薄膜壓電體元件8安裝在彎曲部分30上后還殘留元件保護膜20，將其用作保護膜，但本發明不限于此。作為元件保持膜20，因為在腐蝕去除元件形成襯底7時保持薄膜壓電體元件8，所以僅在一部分薄膜壓電體元件8中形成，安裝后僅殘留該部分。例如，僅在設置電極墊18的薄膜壓電體元件8的區域部中形成元件保持膜20。即，由于元件保持膜20而不必在整個面上保持薄膜壓電體元件8，只要確實保持，哪怕部分也好。作為僅由一部分保持的形狀，在成膜后，通過光刻和腐蝕去除整個面中不要的部分，通過印刷或噴墨等形成于規定部分中。
實施例3
圖8A是根據實施例3的制造方法制作的一對薄膜壓電體元件用于致動器裝置中的薄膜壓電體元件的平面圖。圖8B是沿圖8A所示B-B線的截面圖，圖8C是沿圖8A所示C-C線的截面圖。該一對薄膜壓電體元件可與實施例1一樣用于圖2所示的磁盤裝置中。
本實施例的薄膜壓電體元件80使用通過粘接層14粘接第二電極膜13彼此來層疊一體化夾在第一電極膜11和第二電極膜13中的壓電體薄膜12構成的兩個層疊體10后的雙層層疊體。該雙層層疊體的結構和形狀與實施例1的薄膜壓電體元件8相同。
本實施例的薄膜壓電體元件80在以下方面與實施例1的薄膜壓電體元件8不同。第一，僅在將第一電極膜11和第二電極膜13連接在外部設備上的連接電極膜16區域內形成絕緣保護膜150。如圖8A至圖8C所示，在連接電極膜16的形成區域內形成絕緣保護膜150，不可在此外的區域中形成。第二，在用作壓電體的區域內形成樹脂構成的元件保持膜20和用與該元件保持膜相同材料形成的相同厚度的樹脂保護膜200。用作壓電體的區域是除去薄膜壓電體元件的形成連接電極膜16區域的區域。第三，在薄膜壓電體元件80的連接電極膜16形成區域附近的間隙部分和前端附近的間隙部分中形成由元件保持膜20和樹脂保護膜200構成的元件間連接部201、202，連接薄膜壓電體元件80間。第四，安裝后切斷由元件保持膜20和樹脂保護膜200構成的保持連接部203、204、205，形成殘留部分的形狀。
下面，主要說明制作這種薄膜壓電體元件80的制造方法，尤其是與實施例1不同的工序。如圖8A所示，將實施例1中說明的雙層層疊體加工成一方為直角的臺形體。該工序與實施例1相同。之后，成膜絕緣保護膜150，進行腐蝕加工，僅在連接電極膜16形成區域中形成絕緣保護膜150。并且，將第一電極膜11和第二電極膜13連接在外部設備上的連接電極膜16加工成圖8A和圖8B所示的形狀。
在形成這種形狀后，與實施例1的制造方法一樣在整體面上形成由樹脂構成的元件保持膜20，使用固定用樹脂粘貼臨時固定用襯底。接著，腐蝕去除形成薄膜壓電體元件80的區域的元件形成襯底7后，溶解固定用樹脂，則得到元件形成襯底7的外周框部和元件保持膜20保持的結構。這些工序與實施例1相同。之后，在包含腐蝕元件形成襯底7而露出的第一電極膜1的元件形成襯底整體面上使用與元件保持膜20相同的材料，形成相同厚度的樹脂保護膜200。如圖9所示。
形成元件保持膜20和樹脂保護膜200后，形成連接一對薄膜壓電體元件80間的元件間連接部201、202和用元件保持膜20和樹脂保護膜200保持薄膜壓電體元件80用的保持連接部203、204、205。這可通過通常的光刻、腐蝕加工來進行，腐蝕去除不要部位上的元件保持膜20和樹脂保護膜200。因為材料相同，所以可用相同的腐蝕液來進行腐蝕。當進行這些加工時，腐蝕連接電極膜16上的部分元件保持膜20，形成電極墊18。進行該加工的狀態如圖10A、圖10B和圖11所示。圖10A是與圖8B相同的截面部分，圖10B表示與圖8C相同的截面部分。圖11表示用元件形成襯底7的外周框部和元件保持膜連接多個薄膜壓電體元件的平面形狀。
利用這種形狀，在安裝到作為安裝用襯底的彎曲部分30上時，按壓工具42僅沖壓切斷保持連接部203、204、205，所以即使按壓工具42錯誤接觸薄膜壓電體元件80也不會產生損傷。另外，在用作壓電體的區域部中，在兩個表面上都形成用相同材料且相同厚度的樹脂構成的膜，所以這些膜消除并不產生薄膜壓電體元件80的彎曲，減少壓電體特性的惡化。
在本實施例中，將薄膜壓電體元件80粘接在彎曲部分30上的粘接樹脂層25在形成彎曲部分30上的操作性好。但是，不限于彎曲部分30側，例如若使用噴墨形成方式等也可形成于薄膜壓電體元件80側。
實施例4圖12是表示本發明實施例4的制造方法的工序圖。圖12A作為與實施例1的制造方法說明的相同結構，在元件形成襯底7上形成薄膜壓電體元件8的狀態。
在元件形成襯底7的形成薄膜壓電體元件8的面上，按壓粘著固定表面具有粘著性的撓性襯底56。此時，因為撓性襯底56單獨容易彎曲或皺褶，所以在撓性襯底56上固定防止彎曲或皺褶的框體52，期望根據向撓性襯底56施加張力的狀態來進行貼附。貼附狀態如圖12B所示。
在圖12B中，框體52嵌合在元件形成襯底7中，但在本實施例的制造方法中，不必這種嵌合狀態，即使適當存在間隙也不成問題。多個薄膜壓電體元件8粘接在撓性襯底56上，因為撓性襯底56的強度大，所以元件形成襯底7不必一定保持在框體52上。
該狀態下，將整體浸漬在僅腐蝕元件形成襯底7的藥液中，腐蝕去除元件形成襯底7，在由此露出的薄膜壓電體元件8的第一電極膜(未圖示)面上涂敷粘接樹脂，形成粘接樹脂層25。如圖12C所示。粘接樹脂層25也可使用實施例1的制造方法中說明的材料和成膜方法。
接著，如圖12D所示，使載置于基底40上的彎曲部分30和薄膜壓電體元件8的位置重合，加壓、加熱按壓工具42，將薄膜壓電體元件8粘接固定在彎曲部分30上。此時，若使用的形成于撓性襯底56上的粘著層具有通過紫外線照射降低粘著性的性質，則安裝工序更簡單。即，通過在按壓工具42加壓、加熱的同時照射紫外線，可容易且確實從撓性襯底56上剝離薄膜壓電體元件8。例如，作為這種撓性襯底56，可利用灰化半導體時使用的具有粘著性的膜等。
另外，在去除元件形成襯底7而在撓性襯底56上僅保持薄膜壓電體元件8的狀態下，可使用從外周部均勻拉伸撓性襯底56來擴大薄膜壓電體元件8彼此的間隙的撓性襯底。若使用這種撓性襯底，可改善將薄膜壓電體元件8粘接到安裝用襯底30上時的按壓工具的操作性。
圖12E中示出薄膜壓電體元件8粘接固定在彎曲部分30上的狀態。在實施例3中，與實施例1或2的制造方法的情況不同，不需要元件保持膜，所以可省略該膜的形成和圖案加工工序。另外，可由撓性襯底56來保持腐蝕去除元件形成襯底7后的薄膜壓電體元件8，因為撓性襯底56的厚度為50微米左右，所以操作性非常好。
在實施例1至實施例4中，以一對薄膜壓電體元件為例來說明了制造方法，但本發明的制造方法不限于此，也可僅使用一個薄膜壓電體元件的結構。另外，除了用作致動器裝置外，在使用薄膜壓電體元件來測定變位量的傳感器等中也可使用同樣的制造方法。
作為薄膜壓電體元件，用雙層層疊由第一電極膜和第二電極膜夾著的壓電體薄膜的結構進行說明，但不特別限定于該結構，即使僅一層，也可用相同的制造方法來制造。
在實施例1、2、4中，雖然說明了在薄膜壓電體元件的第一電極膜面上直接形成粘接樹脂層的方法，但本發明不限于此。即，在形成粘接樹脂層之前預定形成絕緣性的保護膜，在進行規定的圖案加工后形成粘接樹脂層。因此，通過在包含第一電極膜的薄膜壓電體元件上形成絕緣性的保護膜，可較確實地改善耐濕性和防止積炭等的發生。
將薄膜壓電體元件安裝在彎曲部分中后元件保持膜完全沒有殘留也在本發明的范圍內。即，作為形成元件保持膜的樹脂材料，例如可使用熱可塑性粘接劑，在薄膜壓電體元件粘接在彎曲部分中后，通過異丙醇等溶劑來溶解去除該熱可塑性粘接劑。通過溶解去除，在安裝后的狀態下不殘留元件保持膜。另外，例如可使用200℃下加熱1分鐘以上粘接特性降低的粘接樹脂。若使用該粘接樹脂來形成元件保持膜，則通過將薄膜壓電體元件粘接在彎曲部分時的加熱，可降低元件保持膜的粘接性，簡單地從薄膜壓電體元件上剝離元件保持膜。另外，也可是如下方法涂敷形成通過照射紫外線降低粘接性的材料來作為元件保持膜，通過在安裝時邊照射紫外線邊加熱、加壓，可從薄膜壓電體元件去除元件保持膜。若在安裝后未殘留元件保持膜，則不需要去除形成于薄膜壓電體元件的連接電極膜上的元件保持膜來形成電極墊的工序，減少了工序數。
在本實施例中，說明了薄膜壓電體元件粘接固定在安裝用襯底上使用的情況，但也可將薄膜壓電體元件分離成單個或匯集多個的形狀，不將其粘接固定在安裝用襯底上來使用。
作為本發明的壓電體元件的制造方法，也可以是如下方法在包含薄膜壓電體元件的元件形成襯底一側的面上覆蓋由樹脂構成的元件保持膜，在元件形成襯底一側面的反面的外周部中，在腐蝕元件形成襯底的氣氛下用非腐蝕材料構成的掩膜來遮蔽未形成薄膜壓電體元件的區域部后，通過干腐蝕去除未由掩膜遮蔽的元件形成襯底區域，通過元件形成襯底構成的外周框部和元件保持膜來保持。根據這種方法，在進行將元件形成襯底的外周部殘留為框狀的選擇腐蝕時，由于不使用臨時固定用襯底和固定用樹脂，所以可生產力工序。
例如，在使用MgO作為元件形成襯底時，可使用不銹鋼、鉻、銅或電鍍鉻等的銅或鐵等金屬、玻璃或氧化鋁等陶瓷之一作為掩膜材料，將它們形成為框狀后緊貼在元件形成襯底上，進行干腐蝕。另外，通過濺射來成膜這些材料，僅腐蝕去除應腐蝕的元件形成襯底面上的膜，其它部分殘留為框狀。例如，在使用Si作為元件形成襯底時，僅在Si襯底的外周框部上成膜鋁等金屬或氧化鋁等陶瓷。
權利要求
1.一種薄膜壓電體元件的制造方法，包括以下工序a)在元件形成襯底上形成順序層疊第一電極膜、壓電體薄膜和第二電極膜的平板狀層疊體或使上述層疊體的上述第二電極膜彼此相對后進行層疊的雙層層疊體，在上述元件形成襯底一側面上形成設置將上述第一電極膜和上述第二電極膜電連接到外部設備上用的連接電極膜而構成的多個薄膜壓電體元件，b)通過包含上述薄膜壓電體元件，在上述元件形成襯底的上述一側面上覆蓋由樹脂構成的元件保持膜，去除形成上述薄膜壓電體元件的區域的上述元件形成襯底，用上述元件保持膜來保持上述薄膜壓電體元件，c)個別或按規定單位分離上述元件保持膜保持的上述薄膜壓電體元件。
2.根據權利要求1所述的薄膜壓電體元件的制造方法，其中，用上述元件保持膜保持上述薄膜壓電體元件的工序包含以下工序a)在包含上述薄膜壓電體元件的上述元件形成襯底的上述一側面上覆蓋由樹脂構成的上述元件保持膜，b)使覆蓋上述元件保持膜的上述元件形成襯底的上述一側面與臨時固定用襯底相對，用固定用樹脂粘接固定在上述臨時固定用襯底上，c)從上述元件形成襯底的上述一側面的反面的外周部，用上述固定用樹脂覆蓋規定寬度的外周區域和上述元件形成襯底的外周側端部，d)腐蝕去除由上述固定用樹脂覆蓋的區域之外的上述元件形成襯底。
3.根據權利要求1所述的薄膜壓電體元件的制造方法，其中，用上述元件保持膜保持上述薄膜壓電體元件的工序包含以下工序a)在包含上述薄膜壓電體元件的上述元件形成襯底的上述一側面上覆蓋由樹脂構成的上述元件保持膜，b)在由腐蝕上述元件形成襯底的氣氛下未被腐蝕的材料構成的掩膜遮蔽在上述元件形成襯底的上述一側面的反面的外周部中未形成上述薄膜壓電體元件的區域部后，c)通過腐蝕去除上述掩膜未遮蔽的上述元件形成襯底區域。
4.根據權利要求1所述的薄膜壓電體元件的制造方法，其中，用上述元件保持膜保持上述薄膜壓電體元件的工序包含以下工序a)在上述元件形成襯底外周部的未形成上述薄膜壓電體元件的區域部上，將包圍上述薄膜壓電體元件的形狀的框體固定在上述元件形成襯底的上述一側面上，b)在包含上述薄膜壓電體元件和上述框體的側端部的上述元件形成襯底的上述一側面上覆蓋由樹脂構成的上述元件保持膜，c)選擇去除上述元件形成襯底。
5.根據權利要求1所述的薄膜壓電體元件的制造方法，其中，用上述元件保持膜保持上述薄膜壓電體元件的工序包含以下工序a)將框體嵌合在上述元件形成襯底中，以內接于上述元件形成襯底的外周部，b)在包含上述薄膜壓電體元件和上述框體的側端部的上述元件形成襯底的上述一側面上覆蓋由樹脂構成的上述元件保持膜，c)選擇去除上述元件形成襯底。
6.根據權利要求1所述的薄膜壓電體元件的制造方法，其中，個別或按規定單位分離上述元件保持膜保持的上述薄膜壓電體元件的工序包含如下工序使安裝上述薄膜壓電體元件的安裝用襯底與上述薄膜壓電體元件的與上述元件保持膜形成面相反側的面相對，向上述薄膜壓電體元件施加壓力，使每個元件保持膜中上述薄膜壓電體元件向上述安裝用襯底表面移動，通過粘接樹脂層粘接固定到上述安裝用襯底上。
7.根據權利要求6所述的薄膜壓電體元件的制造方法，其中，還包含如下工序在將上述薄膜壓電體元件粘接固定在上述安裝用襯底上之后，通過溶解液來溶解去除上述元件保持膜。
8.根據權利要求6所述的薄膜壓電體元件的制造方法，其中，還包含如下工序上述元件保持膜具有由于加熱或照射紫外線粘接性降低的特性，當將上述薄膜壓電體元件粘接固定在上述安裝用襯底上時，或之后通過加熱或照射紫外線來降低粘接性，從上述薄膜壓電體元件上分離上述元件保持膜。
9.根據權利要求1至8之一所述的薄膜壓電體元件的制造方法，其中，在上述元件形成襯底和薄膜壓電體元件面上涂敷液狀有機樹脂，干燥固化后形成上述元件保持膜。
10.根據權利要求1至8之一所述的薄膜壓電體元件的制造方法，其中，通過等離子體聚合反應來形成上述元件保持膜。
11.一種薄膜壓電體元件的制造方法，包括以下工序a)在元件形成襯底上形成順序層疊第一電極膜、壓電體薄膜和第二電極膜的平板狀層疊體或使上述層疊體的上述第二電極膜彼此相對后進行層疊的雙層層疊體，在上述元件形成襯底一側面上形成設置將上述第一電極膜和上述第二電極膜電連接到外部設備上用的連接電極膜而構成的多個薄膜壓電體元件，b)使上述元件形成襯底的形成上述薄膜壓電體元件的一側面與表面具有粘性的撓性襯底相對貼合，c)選擇去除上述元件形成襯底，用上述撓性襯底來保持上述薄膜壓電體元件，d)個別或按規定單位分離上述撓性襯底保持的上述薄膜壓電體元件。
12.根據權利要求11所述的薄膜壓電體元件的制造方法，其中，個別或按規定單位分離上述撓性襯底保持的上述薄膜壓電體元件的工序包含以下工序a)使用通過照射紫外線粘接性消失的材料來作為上述撓性襯底，b)使粘接固定上述薄膜壓電體元件用的安裝用襯底和與上述薄膜壓電體元件的上述元件保持膜形成面相對側面相對，在上述安裝用襯底上粘接固定上述薄膜壓電體元件時，邊向上述撓性襯底照射紫外線邊加熱上述薄膜壓電體元件并施加壓力，在從上述撓性襯底上剝離上述薄膜壓電體元件的同時，將上述薄膜壓電體元件粘接固定在上述安裝用襯底上。
13.根據權利要求1或11所述的薄膜壓電體元件的制造方法，其中，在包含去除上述元件形成襯底而露出的第一電極膜的上述薄膜壓電體元件表面上以相同厚度形成由與上述元件保持膜相同材料構成的樹脂保護膜。
14.根據權利要求1或11所述的薄膜壓電體元件的制造方法，其中，兩個上述薄膜壓電體元件成對構成，在從上述元件保持膜上分離后，至少部分由上述元件保持膜來連接制作一對上述薄膜壓電體元件。
15.一種薄膜壓電體元件，包括以下結構a)順序層疊第一電極膜、壓電體薄膜和第二電極膜的平板狀層疊體，b)為了將上述第一電極膜和上述第二電極膜電連接到外部設備上而在上述層疊體的一側表面的端部形成的連接電極膜，c)在形成上述連接電極膜的上述層疊體的一側表面上形成由樹脂構成的元件保持膜和在另一側表面上形成由與上述元件保持膜相同材料相同厚度形成的樹脂保護膜。
16.一種薄膜壓電體元件，包括以下結構a)使順序層疊第一電極膜、壓電體薄膜和第二電極膜的層疊體的上述第二電極膜彼此相對并層疊的平板狀雙層層疊體，b)為了將上述第一電極膜和上述第二電極膜電連接到外部設備上而在上述雙層層疊體的一側表面的端部形成的連接電極膜，c)在形成上述連接電極膜的上述雙層層疊體的一側表面上形成由樹脂構成的元件保持膜和在另一側表面上形成由與上述元件保持膜相同材料相同厚度形成的樹脂保護膜。
17.根據權利要求15或16所述的薄膜壓電體元件，其中，包含以下結構a)將兩個上述薄膜壓電體元件構成為一對，b)一對上述薄膜壓電體元件在上述薄膜壓電體元件的長度方向上設置規定間隙并配置在同一平面上，同時，具有對稱于通過上述間隙中心的線的形狀，且在上述間隙的至少一部分中形成上述元件保持膜和上述樹脂保護膜，連接上述薄膜壓電體元件。
18.一種致動器裝置，包含以下結構具有a)搭載對磁盤進行記錄再現的磁頭的滑塊，b)由其端部支持上述滑塊、在上述滑塊附近粘接固定一對薄膜壓電體元件的彎曲部分，c)固定上述彎曲部分另一端部、由軸承部旋轉自由地支承的致動器臂，b-1)一對上述薄膜壓電體元件包括以下結構b-1-1)一對上述薄膜壓電體元件在上述薄膜壓電體元件的長度方向上設置規定間隙并配置在同一平面上，同時，具有對稱于通過上述間隙中心的線的形狀，且在上述間隙的至少一部分中形成上述元件保持膜和上述樹脂保護膜，連接上述薄膜壓電體元件間，b-1-2)一對薄膜壓電體元件分別具有以下結構b-1-2-1)順序層疊第一電極膜、壓電體薄膜和第二電極膜的平板狀層疊體，b-1-2-2)為了將上述第一電極膜和上述第二電極膜電連接到外部設備上而在上述層疊體的一側表面的端部形成的連接電極膜，b-1-2-3)在形成上述連接電極膜的上述層疊體的一側表面上形成由樹脂構成的元件保持膜和在另一側表面上形成由與上述元件保持膜相同材料相同厚度形成的樹脂保護膜。
19.一種致動器裝置，包含以下結構具有a)搭載對磁盤進行記錄再現的磁頭的滑塊，b)由其端部支持上述滑塊、在上述滑塊附近粘接固定一對薄膜壓電體元件的彎曲部分，c)固定上述彎曲部分另一端部、由軸承部旋轉自由地支承的致動器臂，b-1)一對上述薄膜壓電體元件包括以下結構b-1-1)一對上述薄膜壓電體元件在上述薄膜壓電體元件的長度方向上設置規定間隙并配置在同一平面上，同時，具有對稱于通過上述間隙中心的線的形狀，且在上述間隙的至少一部分中形成上述元件保持膜和上述樹脂保護膜，連接上述薄膜壓電體元件b-1-2)一對薄膜壓電體元件分別具有以下結構b-1-2-1)使順序層疊第一電極膜、壓電體薄膜和第二電極膜的層疊體的上述第二電極膜彼此相對并層疊的平板狀雙層層疊體，b-1-2-2)為了將上述第一電極膜和上述第二電極膜電連接到外部設備上而在上述雙層層疊體的一側表面的端部形成的連接電極膜，b-1-2-3)在形成上述連接電極膜的上述雙層層疊體的一側表面上形成由樹脂構成的元件保持膜和在另一側表面上形成由與上述元件保持膜相同材料相同厚度形成的樹脂保護膜。
全文摘要
通過在元件形成襯底7的一側面上形成多個薄膜壓電體元件8，在包含這些薄膜壓電體元件8的元件形成襯底7的一側面上覆蓋由樹脂構成的元件保持膜20后，通過去除形成薄膜壓電體元件8的區域的元件形成襯底7，由元件保持膜20保持薄膜壓電體元件8，并單個或以規定單位分離元件保持膜25保持的薄膜壓電體元件8的方法，僅通過元件保持膜和設置在周圍的框結構來將薄膜加工形成的薄膜壓電體元件保持在襯底上，改善包含到安裝工序的批量生產性。
文檔編號H01L41/22GK1420497SQ02146999
公開日2003年5月28日 申請日期2002年9月30日 優先權日2001年10月2日
發明者內山博一 申請人:松下電器產業株式會社