专利名称：薄膜压电体元件和其制造方法以及使用该元件的致动器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种确定微小位置用和用作压电传感器的压电体元件和其制造方法以及使用该元件的致动器装置。
背景技术：
近年来，微型致动器等机电元件引人注意。这种元件可以小型化实现高精度的结构部件，并且，使用半导体加工可极大改善其生产率。特别是，使用压电体元件的微型致动器作为扫描型隧道显微镜的微小变位用和磁盘记录再现装置(下面称为盘驱动装置)的磁头滑块的微小位置确定用等，处于开发中。
在盘驱动装置中，对磁盘进行信息记录再现的磁头搭载在磁头滑块上，装配于致动器臂上。通过音圈电动机(下面称为VCM)摇动致动器臂，定位在磁盘上的规定磁道位置上，通过磁头进行记录再现。但是，在提高记录密度的同时，仅由这种现有的VCM的位置确定并不能确保足够精度。因此，除了VCM的位置确定部件外，还开发了通过使用压电体元件的微小位置确定部件来微小驱动磁头滑块，进行高速、高精度的位置确定的技术。
期待包含这种致动器的压电体元件的各种应用。因此，要求小型、可低电压驱动、且产生大的变位量的压电体元件，研究了通过薄膜制造方法来制作。通过在单晶硅衬底等衬底上形成压电体薄膜和电极膜并进行图案形成加工后，最后从衬底上分离压电体元件的方法来制作薄膜制造方法制成的压电体元件。但是，因为通过薄膜制造方法制作的压电体元件薄，所以当从衬底上分离压电体元件时，很难不产生损伤地将压电体元件安装在安装用衬底上，在批量生产性方面存在大的问题。
考虑到这点，(特开平11-345833号公报)披露了在分别设置的电极形成衬底上批量生产性好地安装热电元件和压电体元件的制造方法。此时，准备元件复制模具，通过树脂或双面胶带等，将形成在临时衬底上的元件粘接在元件复制模具的规定位置上，之后，选择腐蚀临时衬底。接着，使设置在电极形成衬底上的电极和元件的电极相对并粘贴，例如通过焊接来接合。之后，溶解去除粘着元件的树脂或胶带等，从元件复制模具上分离元件，则在电极形成衬底上形成按规定形状接合的热电元件和压电体元件。
但是，在该方法中，在切断每个临时衬底后使元件变为彼此分离的状态后，在元件复制模具上一个接一个地粘接并腐蚀去除临时衬底。因此，为了同时统一地将元件接合到电极形成衬底上，要求元件高精度地粘接在元件复制模具上。但是，由于元件一个接一个地粘接，所以较难提高精度。
另外，(特开平4-170077号公报)还披露了如下的制造方法在形成有机薄膜的热电薄膜粘接到设置了开口部的衬底上后，通过腐蚀去除形成热电薄膜的衬底，仅由有机薄膜来保持热电薄膜的结构。该方法中，在形成有机薄膜来覆盖形成于规定衬底上的热电薄膜后，粘接到设置了开口部的聚酰亚胺衬底上。之后，腐蚀去除形成热电薄膜的衬底，在开口部形成仅由有机薄膜来保持热电薄膜的结构。在该制造方法下，在聚酰亚胺等安装用衬底上粘接形成热电薄膜的衬底之后，仅腐蚀去除该衬底。即，在安装后腐蚀形成热电薄膜的衬底，安装用衬底或布线电极因腐蚀用药液或气体而变质，另外，安装用衬底的形状受限制。
本发明的目的在于提供一种薄膜压电体元件及其制造方法，形成在腐蚀去除元件形成衬底后仍由元件保持膜保持通过薄膜制造方法形成的薄膜压电体元件的结构，并通过在腐蚀元件形成衬底的液体中不曝光安装用衬底的方法，可提高包含安装工序前的批量生产性并改善安装状态的可靠性。
发明概述本发明是为了解决上述问题而作出的。本发明的薄膜压电体元件的制造方法包括以下工序。
a)在元件形成衬底上形成顺序层叠第一电极膜、压电体薄膜和第二电极膜的平板状层叠体或使上述层叠体的上述第二电极膜彼此相对后进行层叠的双层层叠体，在上述元件形成衬底一侧面上形成设置将上述第一电极膜和上述第二电极膜电连接到外部设备上用的连接电极膜而构成的多个薄膜压电体元件，b)通过包含上述薄膜压电体元件，在上述元件形成衬底的上述一侧面上覆盖由树脂构成的元件保持膜，去除形成上述薄膜压电体元件的区域的上述元件形成衬底，用上述元件保持膜来保持上述薄膜压电体元件，
c)个别或按规定单位分离上述元件保持膜保持的上述薄膜压电体元件。
通过该制造方法，形成于元件形成衬底上的多个薄膜压电体元件即使通过腐蚀等去除元件形成衬底，也可通过外周部的框和元件保持膜来保持初始的配置状态。因此，对于这些多个薄膜压电体元件而言，可容易同时统一形成树脂保持膜或粘接树脂层，或进行这些膜的光刻和腐蚀加工。另外，在将薄膜压电体元件定位在压电体安装用衬底上进行安装时，因为配置间距一定，所以可使用自动安装机，批量生产性好，并且可高精度地进行安装。
另外，通过元件保持膜来连接彼此成对构成的薄膜压电体元件，可提高安装在安装用衬底上时的精度和批量生产性。另外，薄膜压电体元件的作为压电体的区域的两表面由相同材料相同厚度的元件保持膜和树脂保护膜形成，所以不会产生弯曲而降低压电体特性。另外，由于通过整体由树脂构成的元件保持膜和树脂保护膜来保护，所以可防止腐蚀薄膜压电体元件或产生积炭，大大提高用作致动器装置时的可靠性。
附图的简要描述
图1A是根据本发明实施例1的制造方法制作的薄膜压电体元件的平面图。
图1B是沿图1A所示X-X线的截面图。
图2是使用搭载本发明的薄膜压电体元件的致动器装置的盘装置的模式图。
图3A是表示本发明实施例1的制造方法的主要工序中在元件形成衬底上形成多个成对的薄膜压电体元件的状态的图。
图3B是表示实施例1的制造方法的主要工序中形成元件保持膜的状态的图。
图3C是表示实施例1的制造方法的主要工序中用临时固定用衬底和固定用树脂来保护非腐蚀区域的状态的图。
图3D是表示实施例1的制造方法的主要工序中除外周部外腐蚀去除元件形成衬底的状态的图。
图4A是表示实施例1的制造方法的主要工序中用元件形成衬底的外周框部和元件保持膜来保持薄膜压电体元件的状态的图。
图4B是表示实施例1的制造方法的主要工序中将薄膜压电体元件安装在安装用衬底上的方法的图。
图5是表示实施例1的制造方法中在元件形成衬底上形成多个薄膜压电体元件的状态的图。
图6A是表示本发明实施例2的制造方法的主要工序中在元件形成衬底上形成多个成对的薄膜压电体元件的状态的图。
图6B是表示实施例2的制造方法的主要工序中固定框体并形成元件保持膜的状态的图。
图6C是表示实施例2的制造方法的主要工序中在腐蚀元件形成衬底后露出的薄膜压电体元件上形成粘接树脂层的状态的图。
图6D是表示实施例2的制造方法的主要工序中将薄膜压电体元件安装在安装用衬底上的方法的图。
图7是表示实施例2的制造方法的变形例的主要工序的图。
图8A是根据本发明实施例3的制造方法制作的一对薄膜压电体元件的平面图。
图8B是表示沿图8A所示B-B线的截面形状的图。
图8C是表示沿图8A所示C-C线的截面形状的图。
图9是表示实施例3的制造方法的主要工序中形成树脂保护膜的状态的图。
图10A表示实施例3的制造方法的主要工序中为了部分形成连接部而腐蚀元件保持膜和树脂保护膜的状态，是表示与图8B相同部分的截面形状的图。
图10B表示实施例3的制造方法的主要工序中为了部分形成连接部而腐蚀元件保持膜和树脂保护膜的状态，是表示与图8C相同部分的截面形状的图。
图11是表示实施例3的制造方法的主要工序中为了部分形成连接部而腐蚀元件保持膜和树脂保护膜的状态的平面图。
图12A是表示本发明实施例4的制造方法的主要工序中在元件形成衬底上形成多个成对的薄膜压电体元件的状态的图。
图12B是表示实施例4的制造方法的主要工序中使用周围具有框体的挠性衬底粘接固定薄膜压电体元件的状态的图。
图12C是表示实施例4的制造方法的主要工序中在腐蚀元件形成衬底后露出的薄膜压电体元件上形成粘接树脂层的状态的图。
图12D是表示实施例4的制造方法的主要工序中将薄膜压电体元件安装在安装用衬底上的方法的图。
图12E是表示通过实施例4的制造方法安装在安装用衬底上的状态的图。
发明的详细描述下面用附图来说明本发明的实施例。对相同的结构要素附上相同的符号。
实施例1图1A是将根据实施例1的制造方法制作的薄膜压电体元件作为一对使用的致动器装置的薄膜压电体元件部分的平面图。该致动器装置在磁盘记录再现装置中用于高精度地细微地将磁头滑块定位在盘上的规定磁道位置上。两个薄膜压电体元件8在长度方向上有规定的间隙，相对作为该间隙中心线的A-A线形成对称形状，粘接固定在作为安装用衬底的弯曲部分30上。图1B是沿图1A所示X-X线的截面图，用这些图来说明其结构。
薄膜压电体元件8包含通过粘接层14粘接第二电极膜13彼此来层叠一体化由第一电极膜11和第二电极膜13夹持的压电体薄膜12构成的两个层叠体10的双层层叠体、加工成规定图案形状的绝缘保护膜15和连接电极膜16来构成。作为薄膜压电体元件8，还包含后述的元件保持膜和树脂保护膜的情况。
这里，第一电极膜11和第二电极膜13最好是铂金(Pt)，压电体薄膜12最好是钛酸锆酸铅(PZT)，但本发明不限于这些材料，同样也可使用钛酸铅、锆酸铅等具有压电性的膜。另外，第一电极膜11和第二电极膜13还可使用金、铑、钌等贵金属或氧化钌等气体物导电体。
如图所示，元件保持膜20不仅可形成于薄膜压电体元件8的表面上，还可形成于它们的间隙部分。因此，将两个薄膜压电体元件8连接一体化。由此，当粘接固定在作为安装用衬底的弯曲部分30上时，薄膜压电体元件8之间没有位置偏移，还可大幅度改善安装操作性。另外，可改善薄膜压电体元件8的耐湿性并抑制产生积炭。
在未形成连接电极膜16侧的第一电极膜11面上形成粘接树脂层25，粘接固定在弯曲部分30上。在弯曲部分30中，在对应于薄膜压电体元件8的电极垫18的位置上设置压电体电极垫34，通过例如引线37来连接压电体电极垫34和电极垫18。
弯曲部分30具有固定磁头滑块(未图示)用的滑块保持部31，一边从粘接薄膜压电体元件8的区域延伸，在滑块保持部31中设置用来与搭载在磁头滑块(未图示)上的磁头(未图示)的布线部用的磁头电极垫32。从磁头电极垫32将磁头电极布线33围绕8间的弯曲部分30上，与从压电体电极垫34围绕的压电体电极布线35一样围绕到外部设备的连接垫(未图示)。
图2是将本发明致动器装置用于盘驱动装置时的模式图。致动器装置230包括搭载了对盘210进行记录再现的磁头(未图示)的磁头滑块231、一对薄膜压电体元件8、弯曲部分30、悬臂233、板簧部234、和支持臂236。悬臂233、板簧部234、和支持臂236构成致动器臂。磁头电极布线33和压电体电极布线35从滑块保持部31的磁头电极垫32和薄膜压电体元件8部分的压电体电极垫34延伸到支持臂236的附近，并在弯曲部分30中设置和外部设备的连接垫301。
磁头滑块231支持在弯曲部分30上，磁头(未图示)搭载在与磁盘210相对的面上。在磁头滑块231附近的弯曲部分30上粘接固定一对薄膜压电体元件8。
弯曲部分30的另一端部固定在作为致动器臂一部分的悬臂233上，悬臂233固定在板簧部234上，且该板簧部234固定在支持臂236上。
支持臂236支承在轴承部240上，可自由旋转。另外，在支持臂236上装配旋转支持臂236用的构成VCM的音圈250。音圈250和固定在壳体(未图示)上的磁铁(未图示)构成VCM。因此，致动器臂装置230可进行VCM定位和一对薄膜压电体元件8定位的二阶段定位。
下面说明使用致动器装置230的磁盘驱动装置的动作。当主轴电动机220旋转驱动磁盘210时，在磁头滑块231和磁盘210之间流入空气，形成空气润滑膜。在空气润滑膜的压力与来自板簧部234的压力平衡的位置上，磁头滑块231浮起，成为稳定状态。浮起距离约为10nm到50nm。在这种浮起状态下，磁头定位在磁盘210的规定磁道位置上，VCM旋转支持臂236。在通常的磁盘驱动装置中，可仅由VCM来定位在规定的磁道位置上。但是，在为了进行更高密度记录而磁道间距小时，要求较高精度的定位。进行这种定位的是一对薄膜压电体元件8。将一对薄膜压电体元件8装配在弯曲部分30的磁头滑块231附近，通过驱动该薄膜压电体元件8，可使悬臂233或支持臂236沿磁盘210的半径方向无关地自由移动磁头位置数微米左右。即，若在一对薄膜压电体元件8一方伸展的方向且在另一方收缩的方向上施加电压，则磁头可向磁盘210的半径方向(图1所示Y-Y方向)移动数微米左右。
通过以上动作，可进行VCM定位和薄膜压电体元件8的高精度定位两级结构的定位。另外，致动器装置230为一实例，具体的致动器臂结构，本实施例中并不限定。
用图3A至图5来说明这种薄膜压电体元件8的制造方法。图3A表示在元件形成衬底7上形成多个成对的薄膜压电体元件8的状态的图。该图中，仅示出一对薄膜压电体元件8。但是，具体如图5所示，在元件形成衬底7上按一定的配置结构形成多个薄膜压电体元件8。作为元件形成衬底7，不仅可使用MgO衬底、Si衬底、蓝宝石衬底或钛酸钌酸铅单晶衬底等单晶衬底，还可使用不锈钢等金属材料。
说明薄膜压电体元件8的制作方法。通过在与元件形成衬底7相同的衬底上层叠第一电极膜11、压电体薄膜12和第二电极膜13、使衬底与元件形成衬底相对并用粘接层14粘接后、腐蚀去除一方衬底、再通过光刻和腐蚀加工成图1A所示形状得到元件形成衬底7上的双层层叠体。此时，还形成通孔以露出第二电极膜13的一部分。之后，形成绝缘保护膜15，通过光刻和腐蚀加工来露出各电极膜的一部分，再形成连接电极膜并加工成图1A和图1B所示形状，制作薄膜压电体元件8。
作为绝缘保护膜15，既可是聚酰亚胺等有机树脂膜，也可是氧化硅膜等无机绝缘膜。作为成膜方法，可以是涂敷法和等离子体化学汽相反应法成膜或溅射成膜等化学成膜方法或物理成膜方法之一。
从而在形成薄膜压电体元件8的面上如图3B所示形成由树脂构成的元件保持膜20。要求元件保持膜20是即使受到冲击也不会产生裂纹等的柔软性材料，并且在包含薄膜压电体元件8的凹凸面上以较均匀的厚度形成。例如，可以是在旋涂干燥聚酰亚胺树脂后，在350℃的温度下进行酰亚胺处理而形成的聚酰亚胺膜，也可以是涂敷并热固化苯环丁烯(BCB)等有机树脂后的BCB膜。另外，一般使用的光刻胶材料或感光性绝缘树脂材料，若是可耐以后工序中所加温度的材料，则也可用作元件保持膜20。在形成元件保持膜20时，除了旋涂法外，也可使用雾状吹附法或辊涂法。
另外，在蒸发单体、在等离子体中产生聚合反应来形成高分子膜的方式下，例如也可形成聚酰亚胺膜或BCB膜来作为元件保持膜20。当使用该方法时，不会产生涂敷液状树脂材料时容易产生的凹部厚度增加和凸部厚度减少等，在任何部分都均匀形成，所以即使薄也可得到强度稳定的元件保持膜20。具体而言，蒸发两种以上的单体并在衬底上进行聚合反应来形成聚酰亚胺膜的方法可或蒸发高分子后导入等离子体中进行聚合反应，可制作例如聚酰亚胺、苯环丁烯(BCB)等有机树脂膜。作为元件保持膜20的厚度，期望在保持多个薄膜压电体元件8的强度下尽可能薄，但在聚酰亚胺树脂膜的情况下最好约为2-5微米。
通过光刻和腐蚀来去除形成于连接电极膜16区域中的部分元件保持膜20，并形成电极垫18。由此，得到用元件保持膜覆盖电极垫18以外的形状。在元件保持膜20上进行上述加工后，如图3C所示，使临时固定用衬底5与形成元件保持膜20的面相对，用固定用树脂6固定。另外，如图所示，用相同的固定用树脂6覆盖保护元件形成衬底7的未形成薄膜压电体元件8的面的外周部到规定宽度的外周区域71和元件形成衬底7的外周侧端部72。作为固定用衬底5，可使用例如玻璃、氧化铝等陶瓷、或未浸入磷酸系药液中的电镀铬等的金属板等。另外，作为固定用树脂6，可使用例如石蜡或光刻胶。
在形成这种形状后，将整体浸渍在选择腐蚀元件形成衬底7的药液中，腐蚀去除未用固定用树脂6保护的元件形成衬底7部分。例如，在用MgO衬底作为元件形成衬底7时，若使用磷酸系药液，则可不侵蚀其它材料而仅选择地腐蚀MgO衬底。另外，在用Si衬底作为元件形成衬底7时，若使用氟酸和硝酸的混合液，则同样可进行选择腐蚀。并且，还可用干腐蚀去除这些衬底。结果，如图3D所示，元件形成衬底7形成为框状，得到露出元件形成衬底7侧的第一电极膜(未图示)面的形状。
使用这种状态的衬底，在第一电极膜(未图示)面上形成粘接树脂层25。之后，浸渍在溶解固定用树脂6的溶解液中，溶解固定用树脂6，去除临时固定用衬底5，可得到仅由元件保持膜20和元件形成衬底7的外周框部来保持形成粘接树脂层25的薄膜压电体元件8的结构。如图4A所示。
也可在溶解固定用树脂6并去除临时固定用衬底5之后形成粘接树脂层25。另外，也可形成于弯曲部分30面上。作为粘接树脂层25的形成方法，例如在整个面上涂敷具有感光性并可通过热压接粘接的材料后，进行光刻和腐蚀，可在第一电极膜面上容易地形成。另外，在将片状的粘接树脂加工成与薄膜压电体元件8相同形状后，粘贴在第一电极膜面上作为粘接树脂层25。或者，通过喷墨方式直接在第一电极膜面上涂敷粘接树脂，也可形成粘接树脂层25。
形成粘接树脂层25后，如图4B所示，使载于基底40上的弯曲部分30和薄膜压电体元件8的位置重合，向按压工具42施加负荷F并切断薄膜压电体元件8的周边部的元件保持膜20，在弯曲部分30中热压接粘接固定薄膜压电体元件8。粘接后使按压工具42从薄膜压电体元件8释放。之后，通过丝焊等方法由引线37连接电极垫18和压电体电极垫34，得到图1A所示安装在弯曲部分30上的薄膜压电体元件8。即，在本实施例的制造方法中，在形成电极垫18的侧面上形成由绝缘保护膜15和树脂构成的元件保持膜20，在其反面上仅形成粘接树脂层25来构成安装在弯曲部分30上的薄膜压电体元件8。因此，通过使薄膜压电体元件8成对，在用作致动器装置时可得到大的变位量。另外，通过将相邻的薄膜压电体元件用作一对，可降低这些薄膜压电体元件间的特性差异，可作为致动器装置稳定动作。
根据本制造方法，即使腐蚀去除元件形成衬底7，薄膜压电体元件8也可通过元件形成衬底7的外周框部和元件保持膜20保持图5所示初始配置状态。因此，可确实简单地进行在作为安装用衬底的弯曲部分30上安装薄膜压电体元件8的粘接树脂层25的形成或位置重合和热压接工序。结果，可大大提高薄膜压电体元件8的批量生产性。
实施例2图6A至图6D是说明实施例2的制造方法工序的图。图6A表示与图3A一样在元件形成衬底7上形成图1A所示的薄膜压电体元件8的状态。使用该状态的衬底，如图6B所示，在元件形成衬底7的外周部且在未形成薄膜压电体元件8的区域部73内通过粘接剂固定框体50。作为框体50，可以是去除元件形成衬底7时的药液或气体等不侵蚀的材料，例如加工使用不锈钢等金属、玻璃、氧化铝等陶瓷、液晶聚合物等塑料等。因为可自由选择使用这种材料，所以例如在固定于元件形成衬底上的框体表面中可容易地设置阶梯。若设置阶梯，则固定在元件形成衬底上的框体宽度变小，同时，框体整体的宽度变大。因此，在充分确保作为框体的强度的同时，固定在元件形成衬底上的宽度变窄，可在元件形成衬底上形成更多的薄膜压电体元件。
框体50固定在元件形成衬底7上后，在包含框体50、薄膜压电体元件8和形成这些元件的元件形成衬底7的平面的整体面上形成由树脂构成的元件保持膜20。可用与实施例1说明的相同材料、成膜方法来形成元件保持膜20。
形成元件保护膜20后，在仅腐蚀元件形成衬底7的药液中浸渍整体，当全部腐蚀去除元件形成衬底7时，得到仅由元件保持膜20和框体50保持薄膜压电体元件8的形状。元件形成衬底7的去除除了通过药液腐蚀去除外，还可以是干腐蚀，并且在机械研磨变薄后，进行湿腐蚀或干腐蚀。
在该状态下，在由腐蚀露出的薄膜压电体元件8的第一电极膜(未图示)上涂敷粘接树脂，形成粘接树脂层25。粘接树脂层25也可使用与实施例1相同的材料和制作法。形成粘接树脂层25的状态如图6C所示。
接着，在基底40上载置作为安装用衬底的弯曲部分30，在薄膜压电体元件8和弯曲部分30位置重合后，由按压工具42施加负荷F并加热，薄膜压电体元件8粘接固定在弯曲部分30上。如图6D所示。在释放按压工具42后，通过丝焊方式由引线37连接薄膜压电体元件8的电极垫18和弯曲部分30的压电体电极垫34，如图1A所示，得到在弯曲部分30上安装薄膜压电体元件8的结构。
为了形成压电体薄膜而通常使用的元件形成衬底7为MgO衬底和Si衬底等，由于它们是脆性材料，所以腐蚀成框状，在形成外周框部时容易分割。但是，本实施例使用的框体50可使用与元件形成衬底7不同的衬底，所以可自由选择金属等强度大的材料。因此，在形成粘接树脂层25和向弯曲部分30安装时的处理中不分割，可防止这些工序中的成品率降低。
在本实施例中，虽然框体50固定在元件形成衬底7上的外周部中，但本制造方法不限于此。例如，如图7所示，嵌入框体54以内接于元件形成衬底7的外周，在薄膜压电体元件8、框体54的侧面部541和元件形成衬底7面上覆盖元件保持膜20。通过这种结构可以面积尽可能大地使用元件形成衬底7，同时可制作的薄膜压电体元件8的数量增多，可提高生产率。在框体54嵌入元件形成衬底7中时，期望薄膜压电体元件8的面和框体54的面基本为同一面。但是，若嵌合后覆盖粘接树脂层25和形成绝缘保护膜15、或将它们加工成规定图案形状用的光刻、腐蚀加工在可行范围内，则框体54的面和薄膜压电体元件8的面也可不是同一面。
在实施例1和2中，构成为薄膜压电体元件8安装在弯曲部分30上后还残留元件保护膜20，将其用作保护膜，但本发明不限于此。作为元件保持膜20，因为在腐蚀去除元件形成衬底7时保持薄膜压电体元件8，所以仅在一部分薄膜压电体元件8中形成，安装后仅残留该部分。例如，仅在设置电极垫18的薄膜压电体元件8的区域部中形成元件保持膜20。即，由于元件保持膜20而不必在整个面上保持薄膜压电体元件8，只要确实保持，哪怕部分也好。作为仅由一部分保持的形状，在成膜后，通过光刻和腐蚀去除整个面中不要的部分，通过印刷或喷墨等形成于规定部分中。
实施例3
图8A是根据实施例3的制造方法制作的一对薄膜压电体元件用于致动器装置中的薄膜压电体元件的平面图。图8B是沿图8A所示B-B线的截面图，图8C是沿图8A所示C-C线的截面图。该一对薄膜压电体元件可与实施例1一样用于图2所示的磁盘装置中。
本实施例的薄膜压电体元件80使用通过粘接层14粘接第二电极膜13彼此来层叠一体化夹在第一电极膜11和第二电极膜13中的压电体薄膜12构成的两个层叠体10后的双层层叠体。该双层层叠体的结构和形状与实施例1的薄膜压电体元件8相同。
本实施例的薄膜压电体元件80在以下方面与实施例1的薄膜压电体元件8不同。第一，仅在将第一电极膜11和第二电极膜13连接在外部设备上的连接电极膜16区域内形成绝缘保护膜150。如图8A至图8C所示，在连接电极膜16的形成区域内形成绝缘保护膜150，不可在此外的区域中形成。第二，在用作压电体的区域内形成树脂构成的元件保持膜20和用与该元件保持膜相同材料形成的相同厚度的树脂保护膜200。用作压电体的区域是除去薄膜压电体元件的形成连接电极膜16区域的区域。第三，在薄膜压电体元件80的连接电极膜16形成区域附近的间隙部分和前端附近的间隙部分中形成由元件保持膜20和树脂保护膜200构成的元件间连接部201、202，连接薄膜压电体元件80间。第四，安装后切断由元件保持膜20和树脂保护膜200构成的保持连接部203、204、205，形成残留部分的形状。
下面，主要说明制作这种薄膜压电体元件80的制造方法，尤其是与实施例1不同的工序。如图8A所示，将实施例1中说明的双层层叠体加工成一方为直角的台形体。该工序与实施例1相同。之后，成膜绝缘保护膜150，进行腐蚀加工，仅在连接电极膜16形成区域中形成绝缘保护膜150。并且，将第一电极膜11和第二电极膜13连接在外部设备上的连接电极膜16加工成图8A和图8B所示的形状。
在形成这种形状后，与实施例1的制造方法一样在整体面上形成由树脂构成的元件保持膜20，使用固定用树脂粘贴临时固定用衬底。接着，腐蚀去除形成薄膜压电体元件80的区域的元件形成衬底7后，溶解固定用树脂，则得到元件形成衬底7的外周框部和元件保持膜20保持的结构。这些工序与实施例1相同。之后，在包含腐蚀元件形成衬底7而露出的第一电极膜1的元件形成衬底整体面上使用与元件保持膜20相同的材料，形成相同厚度的树脂保护膜200。如图9所示。
形成元件保持膜20和树脂保护膜200后，形成连接一对薄膜压电体元件80间的元件间连接部201、202和用元件保持膜20和树脂保护膜200保持薄膜压电体元件80用的保持连接部203、204、205。这可通过通常的光刻、腐蚀加工来进行，腐蚀去除不要部位上的元件保持膜20和树脂保护膜200。因为材料相同，所以可用相同的腐蚀液来进行腐蚀。当进行这些加工时，腐蚀连接电极膜16上的部分元件保持膜20，形成电极垫18。进行该加工的状态如图10A、图10B和图11所示。图10A是与图8B相同的截面部分，图10B表示与图8C相同的截面部分。图11表示用元件形成衬底7的外周框部和元件保持膜连接多个薄膜压电体元件的平面形状。
利用这种形状，在安装到作为安装用衬底的弯曲部分30上时，按压工具42仅冲压切断保持连接部203、204、205，所以即使按压工具42错误接触薄膜压电体元件80也不会产生损伤。另外，在用作压电体的区域部中，在两个表面上都形成用相同材料且相同厚度的树脂构成的膜，所以这些膜消除并不产生薄膜压电体元件80的弯曲，减少压电体特性的恶化。
在本实施例中，将薄膜压电体元件80粘接在弯曲部分30上的粘接树脂层25在形成弯曲部分30上的操作性好。但是，不限于弯曲部分30侧，例如若使用喷墨形成方式等也可形成于薄膜压电体元件80侧。
实施例4图12是表示本发明实施例4的制造方法的工序图。图12A作为与实施例1的制造方法说明的相同结构，在元件形成衬底7上形成薄膜压电体元件8的状态。
在元件形成衬底7的形成薄膜压电体元件8的面上，按压粘着固定表面具有粘着性的挠性衬底56。此时，因为挠性衬底56单独容易弯曲或皱褶，所以在挠性衬底56上固定防止弯曲或皱褶的框体52，期望根据向挠性衬底56施加张力的状态来进行贴附。贴附状态如图12B所示。
在图12B中，框体52嵌合在元件形成衬底7中，但在本实施例的制造方法中，不必这种嵌合状态，即使适当存在间隙也不成问题。多个薄膜压电体元件8粘接在挠性衬底56上，因为挠性衬底56的强度大，所以元件形成衬底7不必一定保持在框体52上。
该状态下，将整体浸渍在仅腐蚀元件形成衬底7的药液中，腐蚀去除元件形成衬底7，在由此露出的薄膜压电体元件8的第一电极膜(未图示)面上涂敷粘接树脂，形成粘接树脂层25。如图12C所示。粘接树脂层25也可使用实施例1的制造方法中说明的材料和成膜方法。
接着，如图12D所示，使载置于基底40上的弯曲部分30和薄膜压电体元件8的位置重合，加压、加热按压工具42，将薄膜压电体元件8粘接固定在弯曲部分30上。此时，若使用的形成于挠性衬底56上的粘着层具有通过紫外线照射降低粘着性的性质，则安装工序更简单。即，通过在按压工具42加压、加热的同时照射紫外线，可容易且确实从挠性衬底56上剥离薄膜压电体元件8。例如，作为这种挠性衬底56，可利用灰化半导体时使用的具有粘着性的膜等。
另外，在去除元件形成衬底7而在挠性衬底56上仅保持薄膜压电体元件8的状态下，可使用从外周部均匀拉伸挠性衬底56来扩大薄膜压电体元件8彼此的间隙的挠性衬底。若使用这种挠性衬底，可改善将薄膜压电体元件8粘接到安装用衬底30上时的按压工具的操作性。
图12E中示出薄膜压电体元件8粘接固定在弯曲部分30上的状态。在实施例3中，与实施例1或2的制造方法的情况不同，不需要元件保持膜，所以可省略该膜的形成和图案加工工序。另外，可由挠性衬底56来保持腐蚀去除元件形成衬底7后的薄膜压电体元件8，因为挠性衬底56的厚度为50微米左右，所以操作性非常好。
在实施例1至实施例4中，以一对薄膜压电体元件为例来说明了制造方法，但本发明的制造方法不限于此，也可仅使用一个薄膜压电体元件的结构。另外，除了用作致动器装置外，在使用薄膜压电体元件来测定变位量的传感器等中也可使用同样的制造方法。
作为薄膜压电体元件，用双层层叠由第一电极膜和第二电极膜夹着的压电体薄膜的结构进行说明，但不特别限定于该结构，即使仅一层，也可用相同的制造方法来制造。
在实施例1、2、4中，虽然说明了在薄膜压电体元件的第一电极膜面上直接形成粘接树脂层的方法，但本发明不限于此。即，在形成粘接树脂层之前预定形成绝缘性的保护膜，在进行规定的图案加工后形成粘接树脂层。因此，通过在包含第一电极膜的薄膜压电体元件上形成绝缘性的保护膜，可较确实地改善耐湿性和防止积炭等的发生。
将薄膜压电体元件安装在弯曲部分中后元件保持膜完全没有残留也在本发明的范围内。即，作为形成元件保持膜的树脂材料，例如可使用热可塑性粘接剂，在薄膜压电体元件粘接在弯曲部分中后，通过异丙醇等溶剂来溶解去除该热可塑性粘接剂。通过溶解去除，在安装后的状态下不残留元件保持膜。另外，例如可使用200℃下加热1分钟以上粘接特性降低的粘接树脂。若使用该粘接树脂来形成元件保持膜，则通过将薄膜压电体元件粘接在弯曲部分时的加热，可降低元件保持膜的粘接性，简单地从薄膜压电体元件上剥离元件保持膜。另外，也可是如下方法涂敷形成通过照射紫外线降低粘接性的材料来作为元件保持膜，通过在安装时边照射紫外线边加热、加压，可从薄膜压电体元件去除元件保持膜。若在安装后未残留元件保持膜，则不需要去除形成于薄膜压电体元件的连接电极膜上的元件保持膜来形成电极垫的工序，减少了工序数。
在本实施例中，说明了薄膜压电体元件粘接固定在安装用衬底上使用的情况，但也可将薄膜压电体元件分离成单个或汇集多个的形状，不将其粘接固定在安装用衬底上来使用。
作为本发明的压电体元件的制造方法，也可以是如下方法在包含薄膜压电体元件的元件形成衬底一侧的面上覆盖由树脂构成的元件保持膜，在元件形成衬底一侧面的反面的外周部中，在腐蚀元件形成衬底的气氛下用非腐蚀材料构成的掩膜来遮蔽未形成薄膜压电体元件的区域部后，通过干腐蚀去除未由掩膜遮蔽的元件形成衬底区域，通过元件形成衬底构成的外周框部和元件保持膜来保持。根据这种方法，在进行将元件形成衬底的外周部残留为框状的选择腐蚀时，由于不使用临时固定用衬底和固定用树脂，所以可生产力工序。
例如，在使用MgO作为元件形成衬底时，可使用不锈钢、铬、铜或电镀铬等的铜或铁等金属、玻璃或氧化铝等陶瓷之一作为掩膜材料，将它们形成为框状后紧贴在元件形成衬底上，进行干腐蚀。另外，通过溅射来成膜这些材料，仅腐蚀去除应腐蚀的元件形成衬底面上的膜，其它部分残留为框状。例如，在使用Si作为元件形成衬底时，仅在Si衬底的外周框部上成膜铝等金属或氧化铝等陶瓷。
权利要求
1.一种薄膜压电体元件的制造方法，包括以下工序a)在元件形成衬底上形成顺序层叠第一电极膜、压电体薄膜和第二电极膜的平板状层叠体或使上述层叠体的上述第二电极膜彼此相对后进行层叠的双层层叠体，在上述元件形成衬底一侧面上形成设置将上述第一电极膜和上述第二电极膜电连接到外部设备上用的连接电极膜而构成的多个薄膜压电体元件，b)通过包含上述薄膜压电体元件，在上述元件形成衬底的上述一侧面上覆盖由树脂构成的元件保持膜，去除形成上述薄膜压电体元件的区域的上述元件形成衬底，用上述元件保持膜来保持上述薄膜压电体元件，c)个别或按规定单位分离上述元件保持膜保持的上述薄膜压电体元件。
2.根据权利要求1所述的薄膜压电体元件的制造方法，其中，用上述元件保持膜保持上述薄膜压电体元件的工序包含以下工序a)在包含上述薄膜压电体元件的上述元件形成衬底的上述一侧面上覆盖由树脂构成的上述元件保持膜，b)使覆盖上述元件保持膜的上述元件形成衬底的上述一侧面与临时固定用衬底相对，用固定用树脂粘接固定在上述临时固定用衬底上，c)从上述元件形成衬底的上述一侧面的反面的外周部，用上述固定用树脂覆盖规定宽度的外周区域和上述元件形成衬底的外周侧端部，d)腐蚀去除由上述固定用树脂覆盖的区域之外的上述元件形成衬底。
3.根据权利要求1所述的薄膜压电体元件的制造方法，其中，用上述元件保持膜保持上述薄膜压电体元件的工序包含以下工序a)在包含上述薄膜压电体元件的上述元件形成衬底的上述一侧面上覆盖由树脂构成的上述元件保持膜，b)在由腐蚀上述元件形成衬底的气氛下未被腐蚀的材料构成的掩膜遮蔽在上述元件形成衬底的上述一侧面的反面的外周部中未形成上述薄膜压电体元件的区域部后，c)通过腐蚀去除上述掩膜未遮蔽的上述元件形成衬底区域。
4.根据权利要求1所述的薄膜压电体元件的制造方法，其中，用上述元件保持膜保持上述薄膜压电体元件的工序包含以下工序a)在上述元件形成衬底外周部的未形成上述薄膜压电体元件的区域部上，将包围上述薄膜压电体元件的形状的框体固定在上述元件形成衬底的上述一侧面上，b)在包含上述薄膜压电体元件和上述框体的侧端部的上述元件形成衬底的上述一侧面上覆盖由树脂构成的上述元件保持膜，c)选择去除上述元件形成衬底。
5.根据权利要求1所述的薄膜压电体元件的制造方法，其中，用上述元件保持膜保持上述薄膜压电体元件的工序包含以下工序a)将框体嵌合在上述元件形成衬底中，以内接于上述元件形成衬底的外周部，b)在包含上述薄膜压电体元件和上述框体的侧端部的上述元件形成衬底的上述一侧面上覆盖由树脂构成的上述元件保持膜，c)选择去除上述元件形成衬底。
6.根据权利要求1所述的薄膜压电体元件的制造方法，其中，个别或按规定单位分离上述元件保持膜保持的上述薄膜压电体元件的工序包含如下工序使安装上述薄膜压电体元件的安装用衬底与上述薄膜压电体元件的与上述元件保持膜形成面相反侧的面相对，向上述薄膜压电体元件施加压力，使每个元件保持膜中上述薄膜压电体元件向上述安装用衬底表面移动，通过粘接树脂层粘接固定到上述安装用衬底上。
7.根据权利要求6所述的薄膜压电体元件的制造方法，其中，还包含如下工序在将上述薄膜压电体元件粘接固定在上述安装用衬底上之后，通过溶解液来溶解去除上述元件保持膜。
8.根据权利要求6所述的薄膜压电体元件的制造方法，其中，还包含如下工序上述元件保持膜具有由于加热或照射紫外线粘接性降低的特性，当将上述薄膜压电体元件粘接固定在上述安装用衬底上时，或之后通过加热或照射紫外线来降低粘接性，从上述薄膜压电体元件上分离上述元件保持膜。
9.根据权利要求1至8之一所述的薄膜压电体元件的制造方法，其中，在上述元件形成衬底和薄膜压电体元件面上涂敷液状有机树脂，干燥固化后形成上述元件保持膜。
10.根据权利要求1至8之一所述的薄膜压电体元件的制造方法，其中，通过等离子体聚合反应来形成上述元件保持膜。
11.一种薄膜压电体元件的制造方法，包括以下工序a)在元件形成衬底上形成顺序层叠第一电极膜、压电体薄膜和第二电极膜的平板状层叠体或使上述层叠体的上述第二电极膜彼此相对后进行层叠的双层层叠体，在上述元件形成衬底一侧面上形成设置将上述第一电极膜和上述第二电极膜电连接到外部设备上用的连接电极膜而构成的多个薄膜压电体元件，b)使上述元件形成衬底的形成上述薄膜压电体元件的一侧面与表面具有粘性的挠性衬底相对贴合，c)选择去除上述元件形成衬底，用上述挠性衬底来保持上述薄膜压电体元件，d)个别或按规定单位分离上述挠性衬底保持的上述薄膜压电体元件。
12.根据权利要求11所述的薄膜压电体元件的制造方法，其中，个别或按规定单位分离上述挠性衬底保持的上述薄膜压电体元件的工序包含以下工序a)使用通过照射紫外线粘接性消失的材料来作为上述挠性衬底，b)使粘接固定上述薄膜压电体元件用的安装用衬底和与上述薄膜压电体元件的上述元件保持膜形成面相对侧面相对，在上述安装用衬底上粘接固定上述薄膜压电体元件时，边向上述挠性衬底照射紫外线边加热上述薄膜压电体元件并施加压力，在从上述挠性衬底上剥离上述薄膜压电体元件的同时，将上述薄膜压电体元件粘接固定在上述安装用衬底上。
13.根据权利要求1或11所述的薄膜压电体元件的制造方法，其中，在包含去除上述元件形成衬底而露出的第一电极膜的上述薄膜压电体元件表面上以相同厚度形成由与上述元件保持膜相同材料构成的树脂保护膜。
14.根据权利要求1或11所述的薄膜压电体元件的制造方法，其中，两个上述薄膜压电体元件成对构成，在从上述元件保持膜上分离后，至少部分由上述元件保持膜来连接制作一对上述薄膜压电体元件。
15.一种薄膜压电体元件，包括以下结构a)顺序层叠第一电极膜、压电体薄膜和第二电极膜的平板状层叠体，b)为了将上述第一电极膜和上述第二电极膜电连接到外部设备上而在上述层叠体的一侧表面的端部形成的连接电极膜，c)在形成上述连接电极膜的上述层叠体的一侧表面上形成由树脂构成的元件保持膜和在另一侧表面上形成由与上述元件保持膜相同材料相同厚度形成的树脂保护膜。
16.一种薄膜压电体元件，包括以下结构a)使顺序层叠第一电极膜、压电体薄膜和第二电极膜的层叠体的上述第二电极膜彼此相对并层叠的平板状双层层叠体，b)为了将上述第一电极膜和上述第二电极膜电连接到外部设备上而在上述双层层叠体的一侧表面的端部形成的连接电极膜，c)在形成上述连接电极膜的上述双层层叠体的一侧表面上形成由树脂构成的元件保持膜和在另一侧表面上形成由与上述元件保持膜相同材料相同厚度形成的树脂保护膜。
17.根据权利要求15或16所述的薄膜压电体元件，其中，包含以下结构a)将两个上述薄膜压电体元件构成为一对，b)一对上述薄膜压电体元件在上述薄膜压电体元件的长度方向上设置规定间隙并配置在同一平面上，同时，具有对称于通过上述间隙中心的线的形状，且在上述间隙的至少一部分中形成上述元件保持膜和上述树脂保护膜，连接上述薄膜压电体元件。
18.一种致动器装置，包含以下结构具有a)搭载对磁盘进行记录再现的磁头的滑块，b)由其端部支持上述滑块、在上述滑块附近粘接固定一对薄膜压电体元件的弯曲部分，c)固定上述弯曲部分另一端部、由轴承部旋转自由地支承的致动器臂，b-1)一对上述薄膜压电体元件包括以下结构b-1-1)一对上述薄膜压电体元件在上述薄膜压电体元件的长度方向上设置规定间隙并配置在同一平面上，同时，具有对称于通过上述间隙中心的线的形状，且在上述间隙的至少一部分中形成上述元件保持膜和上述树脂保护膜，连接上述薄膜压电体元件间，b-1-2)一对薄膜压电体元件分别具有以下结构b-1-2-1)顺序层叠第一电极膜、压电体薄膜和第二电极膜的平板状层叠体，b-1-2-2)为了将上述第一电极膜和上述第二电极膜电连接到外部设备上而在上述层叠体的一侧表面的端部形成的连接电极膜，b-1-2-3)在形成上述连接电极膜的上述层叠体的一侧表面上形成由树脂构成的元件保持膜和在另一侧表面上形成由与上述元件保持膜相同材料相同厚度形成的树脂保护膜。
19.一种致动器装置，包含以下结构具有a)搭载对磁盘进行记录再现的磁头的滑块，b)由其端部支持上述滑块、在上述滑块附近粘接固定一对薄膜压电体元件的弯曲部分，c)固定上述弯曲部分另一端部、由轴承部旋转自由地支承的致动器臂，b-1)一对上述薄膜压电体元件包括以下结构b-1-1)一对上述薄膜压电体元件在上述薄膜压电体元件的长度方向上设置规定间隙并配置在同一平面上，同时，具有对称于通过上述间隙中心的线的形状，且在上述间隙的至少一部分中形成上述元件保持膜和上述树脂保护膜，连接上述薄膜压电体元件b-1-2)一对薄膜压电体元件分别具有以下结构b-1-2-1)使顺序层叠第一电极膜、压电体薄膜和第二电极膜的层叠体的上述第二电极膜彼此相对并层叠的平板状双层层叠体，b-1-2-2)为了将上述第一电极膜和上述第二电极膜电连接到外部设备上而在上述双层层叠体的一侧表面的端部形成的连接电极膜，b-1-2-3)在形成上述连接电极膜的上述双层层叠体的一侧表面上形成由树脂构成的元件保持膜和在另一侧表面上形成由与上述元件保持膜相同材料相同厚度形成的树脂保护膜。
全文摘要
通过在元件形成衬底7的一侧面上形成多个薄膜压电体元件8，在包含这些薄膜压电体元件8的元件形成衬底7的一侧面上覆盖由树脂构成的元件保持膜20后，通过去除形成薄膜压电体元件8的区域的元件形成衬底7，由元件保持膜20保持薄膜压电体元件8，并单个或以规定单位分离元件保持膜25保持的薄膜压电体元件8的方法，仅通过元件保持膜和设置在周围的框结构来将薄膜加工形成的薄膜压电体元件保持在衬底上，改善包含到安装工序的批量生产性。
文档编号H01L41/22GK1420497SQ02146999
公开日2003年5月28日 申请日期2002年9月30日 优先权日2001年10月2日
发明者内山博一 申请人:松下电器产业株式会社