压电驱动装置及其驱动方法、机器人及其驱动方法_3

文档序号:9618312阅读:来源:国知局
0cl、130c2、130dl之上。第二电极150cl、150c2、150dl分别被形成于压电体140cl、140c2、140dl之上。绝缘层160被形成于第一电极130cl、130c2、130dl与第二电极150cl、150c2、150dl之上。此外,绝缘层160在其一部分具有开口(接触孔),以便第一导线电极173cl、173c2、173dl分别能够与第一电极130cl、130c2、130dl接触,第二导线电极174cl、174c2、174dl能够与第二电极150接触。第一导线电极173cl、173c2、173dl被形成于绝缘层160之上,分别与第一电极130cl、130c2、130dl接触。第二导线电极174cl、174c2、174dl被形成于绝缘层160之上,分别与第二电极150cl、150c2、150dl接触。此外,在图5(A)所示的结构中,导线电极173cl、173c2、173dl、174cl、174c2、174dl没有相互直接连接。取而代之,第一导线电极173c2与第二导线电极174cl通过布线155cl来布线。第二导线电极174cl、174c2、174dl也可以延伸至在下部不存在压电体140的区域。若在下部不存在压电体140cl、140c2、140dl的区域中使布线与第二导线电极174cl、174c2、174dl连接,则难以产生由布线155cl的连接引起的压电体140的静电破坏。
[0077]图5(B)的压电振动体100与图5(A)的压电振动体100比较在如下方面不同:不具备第一导线电极173c2,第二导线电极174cl延伸至与第一电极130c2接触。在图5(A)所示的压电振动体100中,使用第一导线电极173c2、布线155cl以及第二导线电极174cl,使第一电极130c2与第二电极150cl之间导通。与此相对地,在图5(B)所示的压电振动体中,使用第二导线电极174cl (布线层),使第一电极130c2与第二电极150cl之间导通。此夕卜,在图5(B)的压电振动体100中,不使第二电极150c2与第一电极130dl导通,因此不使第二导线电极174c2延伸至第一电极130dl,将第一导线电极173dl独立地设置。
[0078]图5(C)的压电振动体100与图5(A)的压电振动体100比较,第一导线电极173cl、173c2、173dl、第二导线电极174cl、174c2、174dl的形状不同。在图5(C)所示的压电振动体100中,第一导线电极173cl、173c2、173dl延伸至第二电极150cl、150c2、150dl的上方。从基板120至压电体140cl、140c2、140dl上的第一导线电极173cl、173c2、173dl的高度、与从基板120至第二导线电极174cl、174c2、174dl的高度成为大致相同的高度。因此,在图5(C)所示的例子中,在第一导线电极173cl、173c2、173dl、第二导线电极174cl、174c2、174dl之上配置具有布线层的板状部件,使用板状部件的布线层,例如能够进行第一导线电极173c2与第二导线电极174cl的连接。此外,图5 (C)与图5(A)的结构相同,也能够与基于布线155cl的布线对应。此外,在图5 (C)中,第二导线电极174cl、174c2、174dl仅形成于压电体140cl、140c2、140dl之上,但也可以与图5 (A)的第二导线电极174cl、174c2、174dl同样,延伸至在下部不存在压电体140的区域。难以产生因布线155cl的连接而引起的压电体140的静电破坏。
[0079]图6是表示压电驱动装置10的制造流程图的说明图。在步骤S100中,在基板120上形成压电元件110,由此形成压电振动体100。此时,作为基板120,例如能够利用Si晶片。在一片Si晶片上能够形成多个压电振动体100。另外,Si的机械品质因数Qm的值大到10万左右,因此能够使压电振动体100、压电驱动装置10的机械品质因数Qm较大。在步骤S200中,切割形成有压电振动体100的基板120,分割为各个压电振动体100。此外,也可以在切割基板120之前研磨基板120的背面,使基板120成为所希望的厚度。在步骤S300中,在振动板200的两面通过粘合剂粘合两个压电振动体100。在步骤S400中,通过布线将压电振动体100的布线层与驱动电路电连接。
[0080]图7、图8是表示图6的步骤S100的压电振动体100的制造工序的说明图。在图7、图8中,示出在基板120上形成图5的右半部分的上部所示的压电元件110cl、110c2、llOdl的工序。在图7的步骤S110中,准备基板120,在基板120的表面形成绝缘层125。作为绝缘层125,例如能够利用使基板120的表面热氧化而形成的S1jl。除此之外,作为绝缘层,能够使用氧化铝(A1203)、丙烯酸、聚酰亚胺等有机材料。此外,在基板120为绝缘体的情况下,能够省略形成绝缘层125的工序。
[0081]在步骤S120中,在绝缘层125之上形成第一电极130。第一电极130例如能够通过溅射形成。在该阶段,也可以对第一电极130进行图案形成而不分割为多个。
[0082]在步骤S130中,在第一电极130之上形成压电体140。具体而言,例如能够使用溶胶-凝胶法形成压电体140。S卩,使压电体材料的溶胶凝胶溶液滴至基板120(第一电极130)之上,使基板120高速旋转,由此在第一电极130之上形成溶胶凝胶溶液的薄膜。然后,在200?300°C的温度烧成而在第一电极130之上形成压电体材料的第一层。然后,多次反复进行溶胶凝胶溶液的滴下、高速旋转、烧成的循环,由此在第一电极130之上形成压电体层直至为所希望的厚度。此外,通过一个循环形成的压电体的一层的厚度也取决于溶胶凝胶溶液的粘度、基板120的旋转速度,但约为50nm?150nm的厚度。在形成压电体层直至为所希望的厚度后,在600°C?1000°C的温度进行烧结,由此形成压电体140。若使烧结后的压电体140的厚度为50nm(0.05 μπι)以上20 μπι以下,则能够实现小型的压电驱动装置10。此外,若使压电体140的厚度为0.05 μπι以上,则能够根据压电体140的伸缩产生足够大的力。另外,若使压电体140的厚度为20 μπι以下,则即便使施加于压电体140的电压为600V以下,也能够产生足够大的力。其结果是,能够通过廉价的元件构成用于驱动压电驱动装置10的驱动电路300。此外,也可以使压电体的厚度为400nm以上,在该情况下,能够增大由压电元件产生的力。此外,烧成、烧结的温度、时间是一个例子,能够根据压电体材料适当地选择。
[0083]在使用溶胶-凝胶法形成有压电体材料的薄膜后进行烧结的情况下,与将原料粉末混合进行烧结的现有烧结法比较,具有如下优点:(a)容易形成薄膜;(b)使晶格方向一致而容易结晶化;(c)能够提高压电体的耐压。
[0084]在步骤S140中,在压电体140之上形成第二电极150。第二电极150的形成与第一电极相同,能够通过溅射进行。
[0085]在步骤S150中,对第二电极150与压电体140进行图案形成,形成第二电极150cl、150c2、150dl与压电体140cl、140c2、140dl。在本实施方式中,通过使用了氩离子束的离子铣削,进行第二电极150与压电体140的图案形成。此外,通过控制离子铣削的时间,能够仅对第二电极150与压电体140进行图案形成,而不对第一电极130进行图案形成。此夕卜,也可以取代使用离子铣削进行图案形成,通过其他任意图案形成方法(例如,使用了氯类的气体的干式蚀刻)进行图案形成。
[0086]在图8的步骤S160中,对第一电极130进行图案形成,形成第一电极130cl、130c2、130dl。此外,步骤S160中使用的掩膜与步骤S150中使用的掩膜不同,因此在本实施方式中,作为其他步骤记载。
[0087]在步骤S170 中,在第一电极 130cl、130c2、130dl 与第二电极 150cl、150c2、150dl之上形成绝缘层160。作为绝缘层160,能够使用含磷的氧化硅膜(PSG膜)、含硼?磷的氧化硅膜(BPSG膜)、NSG膜(不包含硼、磷等的杂质的氧化硅膜)、氮化硅膜(Si3N4膜)等。绝缘层160例如能够通过CVD法形成。在形成绝缘层160后,进行用于形成第一电极130cl、130c2、130dl 与第二电极 150cl、150c2、150dl 的接触孔 163cl、163c2、163dl、164cl、164c2、164dl的图案形成。
[0088]在步骤S180中,形成导线电极用的导电体层170。该导电体层170例如能够由铝形成,例如通过溅射形成。
[0089]然后,通过对导电体层170进行图案形成,形成第一导线电极173cl、173c2、173dl与第二导线电极174cl、174c2、174dl。通过用于图案形成的掩膜的形状,也能够与图5 (A)、图5 (B)、图5 (C)的任一个形状对应。
[0090]然后,虽未图示,但在第一导线电极171以及第二导线电极172之上形成钝化膜。钝化膜例如能够使用SiN、聚酰亚胺来形成。而且,在钝化膜上形成用于例如将第一导线电极 173cl、173c2、173dl 以及第二导线电极 174cl、174c2、174dl 与布线 151、152、310、312、314、320、322、324、155cl (图3)等连接的开口部(接触孔)。
[0091]以上,根据本实施方式,将四个压电元件以串联方式连接,因此能够使压电驱动装置10的压电元件的合成静电容量减少至1/16。此外,虽然对驱动电压没有说明,但在将四个压电元件以串联方式连接的情况下,若使施加电压成为四倍,则能够使施加于一个压电元件的电压的大小相同。
[0092]根据本实施方式,压电元件的大小是大致相同型号的,且具有大致相同的静电容量。因此,被施加于串联连接的情况下的各压电元件的电压的大小大致相同。另外,不存在与其他压电元件相比施加有高电压的压电元件,因此作为整体,能够提高耐久性。
[0093]根据本实施方式,在多个第一电极130与振动板200之间设置有基板120,因此与没有基板120的情况相比,能够使压电驱动装置10的机械品质因数Qm的值变大。
[0094]另外,若如本实施方式那样将压电元件以串联方式连接,则与使压电元件以并联的方式连接的情况比较,布线数减少,因此能够减少基于布线的电阻。另外,能够减少压电元件的变形的限制、振动能量的泄漏。由此,能够得到稳定的大振幅的振动,从而能够实现高效的压电驱动装置10。
[0095]在施加驱动
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