压电驱动装置、机器人以及它们的驱动方法_3

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的步骤S100中的压电振动体100的制造工序的说明图。图7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110d的工序。在步骤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,能够利用例如将基板120的表面热氧化所形成的S1jl。此外,作为绝缘层,能够使用氧化铝(A1 203)、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,形成绝缘层125的工序可以省略。
[0077]在步骤S120中,在绝缘层125上形成第1电极130。第1电极130例如能够通过溅射形成。
[0078]在步骤S130中,在第1电极130上形成压电体140。具体而言,例如能够使用溶胶凝胶法来形成压电体140。S卩,将压电体材料的溶胶凝胶溶液滴落于基板120(第1电极130)上,并使基板120高速旋转,来在第1电极130上形成溶胶凝胶溶液的薄膜。之后,以200?300°C的温度进行预烧结来在第1电极130上形成压电体材料的第1层。之后,通过反复多次溶胶凝胶溶液的滴落、高速旋转、预烧结的循环来在第1电极130上将压电体层形成到所希望的厚度。此外,1循环所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,成为约50nm?150nm的厚度。使压电体层形成到所希望的厚度后,以600°C?1000°C的温度进行烧结来形成压电体140。如果使烧结后的压电体140的厚度为50nm(0.5μπι)以上20 μm以下,则能够实现小型的压电驱动装置10。此外,如果使压电体140的厚度为0.05 μπι以上,则能够根据压电体140的伸缩而产生充分大的力。另外,如果使压电体140的厚度为20 μπι以下,则即使施加给压电体140的电压为600V以下也能够产生充分大的力。结果能够利用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,即使使压电体的厚度为8 μπι以上,该情况下,也能够增大压电元件所产生的力。此外,预烧结、烧结的温度、时间是一个例子,根据压电体材料,适当地选择。
[0079]在使用溶胶凝胶法来形成压电体材料的薄膜后进行烧结的情况下,与混合原料粉末进行烧结的以往的烧结法相比较,存在(a)容易形成薄膜、(b)容易对齐晶格方向而进行结晶化、(c)能够提高压电体的耐压这些优点。
[0080]在步骤S140中,在压电体140上形成第2电极150。第2电极150的形成与第1电极同样地,能够通过溅射进行。
[0081]在步骤S150中,对第2电极150和压电体140进行图案化。在本实施方式中,通过使用氩离子束的离子蚀刻来进行第2电极150和压电体140的图案化。此外,通过控制离子蚀刻的时间,能够仅对第2电极150和压电体140进行图案化,而不对第1电极130进行图案化。此外,也可以代替使用离子蚀刻来进行图案化,而通过其它任意的图案化方法(例如,使用氯类的气体的干式蚀刻)来进行图案化。
[0082]在步骤S160中,在第1电极130和第2电极150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(不含硼、磷等杂质的氧化硅膜)、氮化硅膜(Si3N4膜)等。绝缘层160例如能够通过CVD法形成。在绝缘层160形成后,进行用于形成第2电极150的连接用的多个接触孔160c的图案化。
[0083]在步骤S170中,形成导电体层,并进行图案化。该导电体层例如能够由铝形成,通过溅射形成。之后,通过对导电体层进行图案化来形成与第2电极150连接的第2层叠导电部172。
[0084]图8是表示紧接着图7的工序的工序的说明图。在图8(A)中,在图7(H)的层叠结构上形成绝缘层260,并进行图案化来形成多个接触孔260c。在图8(B)中,在层叠结构的整个面上通过溅射等形成第2层叠导电部272。通过图7(A)?图8(B)的工序,完成在压电元件(130、140、150)上形成与第2电极150连接的第2层叠导电部172、272的压电振动体100。此外,关于第1电极130,也形成与第1电极130连接的1层以上的第1层叠导电部,但在图7以及图8中省略图示。
[0085]图8(C)示出在图6的步骤S300中,在振动板200粘合压电振动体100的工序。在图8(C)之前,在振动板200的表面形成绝缘层202,在绝缘层202上形成包括配线332的配线图案。绝缘层202例如能够通过涂覆聚酰亚胺等绝缘性树脂来形成。在图8(C)中,使用粘合剂将通过图7(A)?图8(C)的工序制成的压电振动体100粘贴到振动板200上。此时,在压电振动体100的基板120与振动板200之间以夹着压电元件(130、140、150)的方式将压电振动体100设置在振动板200上。此外,图8 (C)中,省略粘贴到振动板200的下面的另一个压电振动体100的图示。
[0086]图9⑷?(E)是表示图8(C)所示的各种配线层、绝缘层的一个例子的俯视图。这些按照层叠顺序排列,按照从最下层的图9(E)到最上层的图9(A)的顺序对各层进行说明。图9(E)示出包括第2电极150的导电层图案。该导电层图案包括用于5个压电元件110a?110e (图3)的5个第2电极150a?150e,还具备包围它们的外周的第1层叠导电部150g。该第1层叠导电部150g与第1电极130连接。此外,5个第2电极150a?150e与第1层叠导电部150g之间分离,通过绝缘层相互绝缘,但在图9(E)中省略绝缘层的图示。在前述的图7以及图8中省略该第1层叠导电部150g的图示。另外,以下说明的存在于图9(A)?⑶的各层的第1电极130用的各种的图案在图7和图8中也省略图示。
[0087]图9(D)示出在第2电极150的导电层图案上所形成的绝缘层160。虚线是为了参考而示出图9(E)的5个第2电极150a?150e的轮廓的。如图7 (G)所说明那样,在绝缘层160形成多个接触孔160c。更具体而言,在与5个第2电极150a?150e相当的5个区域的各个中遍及各区域的全体大致均匀地形成接触孔160c。另外,在与第1电极130用的第1层叠导电部150g相当的区域中也形成有多个接触孔160c。沿着基板120的4边的全部形成有第1层叠导电部150g,在与其中的3个边相当的区域中形成有多个接触孔160c。
[0088]图9(C)示出在绝缘层160上形成的导电图案170。该导电图案170是处于层叠方向上与第2电极150最近的位置的导电图案。该导电图案170包括与第1电极130连接的一个第1层叠导电部171、和与5个第2电极150a?150e连接的5个第2层叠导电部172a?172e。第1层叠导电部171经由绝缘层160的多个接触孔160c和下层侧的第1层叠导电部150g(图9(E))与第1电极130连接。另外,5个第2层叠导电部172a?172e经由绝缘层160的多个接触孔160c分别与第2电极150a?150e连接。
[0089]图9(B)示出在导电图案170上所形成的绝缘层260。虚线是为了参考而示出图9(A)所示的第2层叠导电部的轮廓的。如图8(A)说明那样,在绝缘层260形成多个接触孔260co
[0090]图9(A)示出在压电振动体100的最上部所形成的导电图案270。该导电图案270是处于在层叠方向上离基板120最远的位置的导电图案270。该导电图案270包括与第1电极130连接的第1层叠导电部271、和同与图3说明的3组压电元件组PG1、PG2、PG3对应的3组第2电极(150a+150d)、(150b+150c)、150e连接的3个第2层叠导电部272ad、272bc、272e。
[0091]用于第1压电元件组PG1的第2层叠导电部272ad经由图9(B)的绝缘层260的多个接触孔260c与图9(C)的2个第2层叠导电部172a,172d连接,而且,经由图9(D)的绝缘层160的多个接触孔160c与2个第2电极150a、150d连接。该第2层叠导电部272ad为了与图9(C)的2个第2层叠导电部172a、172d连接,而从与图9(C)的第2层叠导电部172a对应的区域,依次沿着与邻接的其它2个第2层叠导电部172e、172c对应的区域延伸到与第2层叠导电部172d对应的区域。该第2层叠导电部272ad中通过第2层叠导电部272ad未被电连接的第2层叠导电部172e、172c的上面的区域相当于图3所示的连接配线151。在图9(B)的绝缘层260中,在与第2层叠导电部272ad对应的区域(虚线所示)中,仅在相当于与第2层叠导电部272ad连接的层叠导电部172a、172d的部分形成有接触孔260c。结果能够形成使第2层叠导电部272ad与其下层侧的2个第2层叠导电部172a、172d连接,而不与下层侧的其它层叠导电部171、172b、172c、172e连接这种连接结构。这种与第1压电元件组PG1用的第2层叠导电部272ad相关的连接结构对于第2压电元件组PG2用的第2层叠导电部272bc也几乎相同。另外,这些2个第2层叠导电部272ad、272bc相互不交叉而相互分离绝缘。
[0092]第3压电元件组PG3用的第2层叠导电部272e经由图9(B)的绝缘层260的多个接触孔260c与图9(C)的第2层叠导电部172e连接,而且,经由图9(D)的绝缘层160的多个接触孔160c与第2电极150e连接。该第2层叠导电部272e也不与其它2个第2层叠导电部272ad、272bc交叉,而相互分离绝缘。这样,在本实施方式中,与3组压电元件组PG1、PG2、PG3对应地,3个第2层叠导电部272ad、272bc、272e以相互绝缘的状态设置。结果能够分别驱动3组压电元件组PG1、PG2、PG3。此外,一般,在多个压电元件110被划分为N组(N为2以上的整数)的压电元件组的情况下,优选使这些第2层叠导电部以相互绝缘的状态设置。
[0093]第1电极130用的第1层叠导电部271经由图9(B)的绝缘层260的多个接触孔260c与图9(C)的第1层叠导电部171连接,而且,经由图9(D)的绝缘层160的多个接触孔160c与图9 (E)的第1层叠导电部150g连接,经由该第1层叠导电部150g与第1电极130连接。
[0094]图10是表示形成在振动板200上的配线图案330的一个例子的说明图。配线图案330包括与图9(A)所示的第1层叠导电部271连接的第1配线331、和与第2层叠导电部 272ad、272bc、272e 连接的第 2 配线 332ad、332bc、332e。这 4 种配线 331、332ad、332bc、332e以与图9(A)的4种层叠导电部271、272ad、272bc、272e面接触的状态连接。在将压电振动体100粘合于振动板200的情况下(图8 (C)),图10的左右反转的状态下与图9 (A)的导电图案270接触。
[0095]此外,一般,在多个压电元件110被划分为N组(N为2以上的整数)的压电元件组的情况下,优选在压电振动体100侧的最上层使N个第2层叠导电部以相互绝缘的状态设置,另一方面,在振动板200的配线图案330上
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