专利名称：压电/电致伸缩器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及下述的压电/电致伸缩器件的制作方法，该压电/电致伸缩器件包括陶瓷基体，具有相对的一对薄板部；支承这些薄板部的固定部；突起部，该突起部位于上述一对薄板部的前端部分。
背景技术：
在采用压电/电致伸缩层的促动元件，传感元件等的压电/电致伸缩器件中，在陶瓷基体上，通过比如，印刷方式，形成由一个电极层形成的布线图案，另外在其上，通过印刷，形成压电/电致伸缩层后，对其进行烘焙，将其固定，然后，形成由另一电极层形成的布线图案(比如，参照JP特开2001-320103号文献)。
另外，通过相对布线图案的电信号的供给，在压电/电致伸缩层上，外加电场，其结果是，可用作使压电/电致伸缩层发生位移的促动元件，并且可用作从布线图案，取出对应于施加于该压电/电致伸缩层上的压力而产生的电信号的传感元件。
此外，本申请人提出有下述的压电/电致伸缩器件(比如，参照EP1089357A2)，其中，可使压电/电致伸缩器件的使用期限延长，提高压电/电致伸缩器件的处理性和活动部的部件的安装性，或压电/电致伸缩器件的固定性。在该压电/电致伸缩器件中，可通过相对较低的电压而使活动部发生较大位移，可提高器件，特别是，活动部的位移动作的速度(共振频率提高)，此外，可获得难于受到有害的振动的影响，可实现高速应答，机械的强度较高，处理性，抗冲击性、耐湿性优良的位移元件，以及可高精度地检测活动部的振动的传感元件。
对于上述方案实例的压电/电致伸缩器件中，标号200表示象
图18所示的那样，在固定部202和物品204和薄板部206a和206b的粘接所采用的粘接剂208均采用流动性较高的粘接剂的场合，特别是，在薄板部206a和206b上，设置用于划分粘接剂208的形成区域的突起210的实例。由此，在分别通过粘接剂208，将薄板部206a和206b粘接于固定部202和物品204上时，获得可通过上述突起210，规定粘接剂208的形成场所的效果。
本发明的目的在于针对这样的压电/电致伸缩器件，而提供一种压电/电致伸缩器件的制造方法，该制造方法在通过陶瓷形成薄板部的场合，采用适合的突起的形成方式和突起的形状，由此，可制作没有突起的形状对薄板部的机械特性造成影响的危险的高性能的压电/电致伸缩器件。
发明的公开方案本发明的压电/电致伸缩器件的制造方法涉及下述的压电/电致伸缩器件的制造方法，该压电/电致伸缩器件包括相对的一对薄板部；支承这些薄板部的固定部；活动部，该活动部位于上述一对薄板部的前端部分，其特征在于该制造方法包括下述步骤对在之后构成上述薄板部的第1陶瓷坯片(green sheet)的一个主面，进行至少1次的厚膜形成处理，形成在之后形成活动部的突起部；将上述第1陶瓷坯片与在之后构成上述固定部的第2陶瓷坯片叠置，形成陶瓷叠置坯体；对上述陶瓷叠置坯体进行烘焙，使其形成一体，形成陶瓷叠层体；在上述陶瓷叠层体上，形成压电/电致伸缩元件，对其进行烘焙，然后，切除不需要的部分，制作压电/电致伸缩器件。
在这里，作为厚膜形成处理，可采用比如，丝网印刷、电泳法、刷毛涂敷、转印、浸渍法等。
按照本发明，由于在于之后构成上述薄板部的第1陶瓷坯片的一个主面上，通过厚膜形成处理，形成突起部，故可将突起部改变为各种形状。由此，按照本发明，可抑制通过陶瓷材料形成的薄板部的，突起部的形状对机械特性的影响。
由此，当通过之后不需要的部分的切除步骤，制作压电/电致伸缩器件时，将突起部用作活动部，实现该活动部的效果，即，在按照在活动部中的相对的端面(安装面)之间，夹持部件的方式安装时，上述活动部实现用于规定安装所采用的粘接剂的量(厚度)与位置(粘接面积)的功能。另外，介于薄板部与部件之间，粘接该部件的粘接剂的部分也用作活动部，该粘接剂与部件的边界面也用作活动部的安装面。
此外，在上述制造方法中，最好，上述突起部的宽度在30μm以上。由此，可采用简便的丝网印刷方式，形成突起部。
另外，最好，上述突起部的厚度在2～50μm的范围内。如果厚度过小，则在于之后，形成活动部的场合，具有安装物品时的粘接剂的控制困难的危险。另外，在突起部的厚度在50μm以上的场合，最好通过丝网以外的方法而进行。
还有，既可当上述突起部的周部的厚度由H1表示，上述突起部的中间的最厚的部分的厚度由H2表示时，H1/H2＝1/3～3/4，也可当上述突起部的中间的厚度由H1表示，上述突起部的周部的最厚的部分的厚度由H2表示时，H1/H2＝1/3～3/4。在后者的场合，由于可在突起部的中间部分，形成凹部，故在于之后安装作为活动部的物品时，可确实通过上述凹部拦截粘接剂。
另外，在上述制造方法中，当用于形成上述突起部的厚度基本均匀的场合的突起部的材料的粘度为A(万cps)时，也可通过高于上述粘度A的粘度的材料，形成上述突起部。由此，在通过1次的丝网印刷处理，形成突起部的场合，可在上述突起部的中间部分，形成凹部，可获得上述的效果。
此外，也可在上述第1陶瓷坯片上，形成上述突起部时，在于上述第1陶瓷坯片上，形成第1突起部后，在第1突起部上，按照一部分重合而错位的方式形成第2突起部。
由此，可增加突起部的厚度，并且可使与突起部的第1陶瓷坯片接触的部分的坡度较小。如果突起部的厚度增加，则具有在于此后，形成活动部时，应力容易集中于活动部和薄板部之间的边界部分的危险。但是，由于活动部和薄板部之间的边界部分的坡度较小，该边界部分的角度为钝角，故可分散上述边界部分的应力，可减小集中于1个部位的应力。这有利于提高压电/电致伸缩器件的抗冲击性。
此外，上述第1突起部，或第2突起部的厚度由H1表示，上述第1突起部与第2突起部的重合部分的最厚的部分的厚度由H2表示时，则H1/H2＝1/3～3/4，由此，可将突起部整体的厚度抑制在较小值，在于此后形成活动部的场合，可抑制与薄板部的边界部分的应力集中。
另外，也可当上述第1突起部与第2突起部的重合部分的厚度由H1表示，上述第1突起部，或第2突起部的最厚的部分的厚度由H2表示时，H1/H2＝1/3～3/4。由此，在上述第1突起部和第2突起的重合部分，形成凹部，在于此后，安装活动部的物品时，可确实通过上述凹部拦截粘接剂，可确保物品的粘接强度。
还有，本发明也可在于上述第1陶瓷坯片上，形成上述突起部时，在上述第1陶瓷坯片上，分别按照分离的方式形成多个突起部。由此，可进一步提高用于规定安装所采用的粘接剂的量(厚度)与位置(粘接面积)的效果。
再有，上述突起部也可采用由其组分与第1陶瓷坯片相同的陶瓷材料和有机粘合剂与有机溶剂形成的糊状体，通过丝网印刷方式形成。由此，在于之后，进行烘焙等处理，制作陶瓷基体的场合，上述突起部为活动部，第1陶瓷坯片为薄板部，而此时，可提高与活动部的紧密贴合力。
采用糊状体，该糊状体包括上述陶瓷材料，或不同的组分的陶瓷材料和金属材料的金属陶瓷与有机粘合剂和有机溶剂。作为上述金属材料，在制作陶瓷基体用的烘焙处理中，突起部曝露于高温下，由此，最好采用耐热性较高的白金族金属。其中，最好采用白金。
另外，在上述制造方法中，在上述突起部采用由其组分与第1陶瓷坯片相同的陶瓷材料和有机粘合剂与有机溶剂形成的糊状体，通过丝网印刷方式形成的场合，最好上述突起部的气孔率在50％以下，特别是最好在30％以下。其原因在于如果气孔率超过50％，则具有难于将突起部的形状，进而活动部的形状保持在一定形状的危险，具有活动部的强度降低的危险。
此外，在上述制造方法中，在上述突起部采用由其组分与第1陶瓷坯片不同的材料和有机粘合剂与有机溶剂形成的糊状体，通过丝网印刷方式形成的场合，最好，上述突起部的气孔率在5～30％的范围内。其原因在于可降低基于与第1陶瓷坯片的热膨胀率的差而产生的应力。
附图的简要说明图1为表示按照本实施例的制造方法制作的压电/电致伸缩器件的透视图；图2为表示本实施例的制造方法的步骤方框图；图3为表示在后形成薄板部的陶瓷坯片的每个主面上，形成构成突起部的糊状体的状态的透视图；
图4为表示在之后形成较短的陶瓷板的陶瓷坯片的透视图；图5为表示在之后形成固定部的陶瓷坯片的透视图；图6为表示第1和第2临时叠层体的透视图；图7为沿图6中的VII-VII线上的剖视图；图8为第3临时叠层体的透视图；图9为将第1～第3临时叠层体叠置，制作陶瓷叠层坯体的场合的说明图；图10为表示在对陶瓷叠层坯体进行焙烧，形成陶瓷叠层体后，形成压电/电致伸缩元件的状态的说明图；图11A为表示在第1具体实例的制造方法中，在陶瓷坯片的一个主面上，通过糊状体的印刷，形成突起部的状态的说明图；图11B为表示在形成压电/电致伸缩器件后，在活动部上安装部件的状态的说明图；图12A为表示在第2具体实例的制造方法中，在陶瓷坯片的一个主面上，通过糊状体的印刷，形成突起部的状态的说明图；图12B为表示在形成压电/电致伸缩器件后，在活动部上安装部件的状态的说明图；图13A为表示在第3具体实例的制造方法中，在陶瓷坯片的一个主面上，通过糊状体的印刷，形成突起部的状态的说明图；图13B为表示在形成压电/电致伸缩器件后，在活动部上安装部件的状态的说明图；图14A为表示在第4具体实例的制造方法中，在陶瓷坯片的一个主面上，通过糊状体的印刷，形成突起部的状态的说明图；图14B为表示在形成压电/电致伸缩器件后，在活动部上安装部件的状态的说明图；图15A为表示在第5具体实例的制造方法中，在陶瓷坯片的一个主面上，通过糊状体的印刷，形成突起部的状态的说明图；图15B为表示在形成压电/电致伸缩器件后，在活动部上安装部件的状态的说明图；图16为表示糊状体的粘度等的突起部的厚度，形状的依赖性的表图；图17A为表示在第6具体实例的制造方法中，在陶瓷坯片的一个主面上，通过糊状体的印刷，形成突起部的状态的说明图；图17B为表示在形成压电/电致伸缩器件后，在活动部上安装部件的状态的说明图；图18为表示提案实例的压电/电致伸缩器件的分解透视图。
用于实施发明的优选形式下面，参照图1～图17B说明本发明有关的压电/电致伸缩器件的制造方法的实施形式例。
首先，参照图1，对通过本实施例的制造方法制作的压电/电致伸缩器件10进行描述。
该压电/电致伸缩器件10指通过压电/电致伸缩元件，将电能和机械能相互转换的元件的概念。于是，最好用作各种促动器，振子等的能动元件，特别是，利用逆压电效果，电致伸缩效果的位移的位移元件，另外，还适合用作加速度传感元件，冲击传感元件等的被动元件。
另外，该压电/电致伸缩器件10按照下述方式构成，该方式为象图1所示的那样，包括陶瓷基体16，该陶瓷基体16成一体形成有相对的一对薄板部12a和12b，与支承这些薄板部12a和12b的固定部14，在该对薄板部12a和12b的每个一部分上，分别形成压电/电致伸缩元件18a和18b。
即，该压电/电致伸缩器件10具有这样的结构，其中，通过压电/电致伸缩元件18a和18b的驱动，一对薄板部12a和12b发生位移，或薄板部12a和12b的位移通过压电/电致伸缩元件18a和18b而检测。于是，在图1的实例中，通过薄板部12a和12b与压电/电致伸缩元件18a和18b，构成功能部20a和20b。由此，一对薄板部12a和12b具有按照可通过固定部14振动的方式支承的振动部的功能。
此外，在一对薄板部12a和12b中，在于各前端部分之后，安装有部件，构件的部分，形成有突起部72，包括该突起部72和用于安装部件，构件的粘接剂76(参照图11B)的部分起伴随一对薄板部12a和12b的位移动作而发生位移的活动部22a和22b的作用。在下面，一对薄板部12a和12b的前端部分，在后安装有部件，构件的部分(具有突起部72，安装用粘接剂)由活动部22a和22b表示。
还有，也可在活动部22a和22b中的相对的端面24a和24b之间，设置空隙(空气)26，还可在这些端面24a和24b之间，设置由其材料与活动部22a和22b的组成部件相同的，或不同的材料形成的多个部件，虽然这一点在图中未示出。在此场合，各活动部22a和22b中的相对的端面24a和24b也具有安装面24a和24b的功能。于是，端面24a和24b也表示为安装面24a和24b。
特别是，突起部72的前端面28相对于薄板部12a和12b的前端面30，更靠近固定部14的位置。由此，在将部件夹持于安装面24a和24b之间而安装时，上述突起部72起规定安装所采用的粘接剂的量(厚度)和位置(粘接面积)用的功能。另外，介于薄板部12a和12b与部件之间，粘接该部件的粘接剂76(参照图11B)也用作活动部，该粘接剂76与部件之间的分界面也起活动部22a和22b的安装面24a和24b的作用。
此外，陶瓷基体16比如，由陶瓷叠层体构成，陶瓷叠层体通过焙烧而将陶瓷叠层坯体成一体形成。关于这一点，将在后面进行描述。
在固定部14和薄板部12a和12b之间，设置切口部(缺口)32。即，该切口32通过下述方式形成，该方式为将加工形状不同的多块陶瓷板(薄板部12a和12b以及较短的陶瓷板34)叠置，或按照在中间夹持有较短的陶瓷板34的方式，将加工形状不同的3种陶瓷板(薄板部12a和12b，较短的陶瓷板34和固定部14)叠置。对于构成各部分的，叠置前的各种陶瓷板的厚度，薄板部12a和12b，较短的陶瓷板34的厚度在5～200μm的范围内，固定部14的厚度在50～500μm的范围内。在小于5μm的厚度的场合，难于处理，在大于500μm的厚度的场合，难于成形。
还有，由薄板部12a和12b的内壁面和较短的陶瓷板34的侧面(切口面)构成的角部36基本呈锥状。
在这样的陶瓷的一体成形件中，由于粘接剂不介于各部分的接合部中，故不但形成有利于确保刚性的结构，而且可容易通过后述的陶瓷坯片叠层法而制造。
再有，对于压电/电致伸缩元件18a和18b，象后述那样，作为单独件，配备压电/电致伸缩元件18a和18b，陶瓷基体16采用膜形成法，由此，直接形成于陶瓷基体16上。
该压电/电致伸缩元件18a和18b按照具有压电/电致伸缩层38和形成于压电/电致伸缩层38的两侧的一对电极40和42的方式构成，上述一对电极40和42中的，其中一个电极40形成于至少一对薄板部12a和12b上。
在本实施例中，压电/电致伸缩层38和一对电极40和42分别形成多层结构，即，其中一个电极40和另一电极42按照截面呈锯齿状的方式错开地叠置，该其中一个电极40和另一电极42按照在它们之间夹持压电/电致伸缩层38的方式重合，其结果是，形成按照多层构成的压电/电致伸缩元件18a和18b的多层结构。但是，也可不限于这样的多层结构，而为单层结构。
下面对上述压电/电致伸缩器件10的各组成部分进行描述。首先，活动部22a和22b象上述那样，为根据薄板部12a和12b的驱动量而动作的部分，对应于压电/电致伸缩器件10的使用目的，安装相应的部件。比如，在将压电/电致伸缩器件10用作位移元件的场合，安装光快门的遮挡板等，特别是在用于硬盘驱动器的磁头的定位，振铃(ringing)抑制机构的场合，安装磁头、具有磁头的滑动器、具有滑动器的悬架等的，必须要求定位的部件。
固定部14象上述那样，为支承薄板部12a和12b与活动部22a和22b的部分，比如，在用于硬盘驱动器的磁头的定位的场合，以支承方式在安装于VCM(音圈马达(voicecoilmotor)上的滑架臂，安装于上述滑架臂上的固定板，或悬架等上将固定部14固定，由此，将压电/电致伸缩器件10的整体固定。另外，还具有在该固定部14上，象图1所示的那样，设置用于驱动压电/电致伸缩元件18a和18b的连接端子44和46，其它的部件。
只要具有刚性，作为薄板部12a和12b和固定部14的材料不受到特别限定，但是，象上述那样，最好采用能够使用陶瓷坯片叠层法的陶瓷。
具体来说，除了列举以稳定性氧化锆、部分稳定性氧化锆为首的氧化锆、氧化铝、氧化镁、氮化硅、氮化铝、氧化钛为主成分的材料以外，还列举以这些混合物为主成分的材料，但是，就机械强度，韧性较高的方面来说，最好采用氧化锆，特别是以稳定性氧化锆为主成分的材料和以部分稳定性氧化锆为主成分的材料。
活动部22a和22b象上述那样，为伴随压电/电致伸缩元件18a和18b的位移而驱动的部分。薄板部12a和12b为具有柔性的薄板状的部件，其将设置于表面的压电/电致伸缩元件18a和18b的伸缩位移作为弯曲位移而增加，将其传递给活动部22a和22b的功能。于是，薄板部12a和12b的形状，材料可为具有柔性，具有伴随弯曲变形而不破坏的机械强度的类型，可考虑活动部22a和22b的反应性，操作性而适当选择该形状，材料。
构成突起部72的材料最好采用与薄板部12a和12b，固定部14相同的陶瓷，从即使在厚度较小的情况下，机械强度仍较大，韧性较高，压电/电致伸缩层，电极材料的反应性仍较小的方面来说，最好采用氧化锆，其中以稳定性氧化锆为主成分的材料和以部分稳定性氧化锆为主成分的材料。
就上述稳定性氧化锆和部分稳定性氧化锆来说，最好采用象下述这样，稳定性和部分稳定性的材料。即，作为使氧化锆稳定和部分稳定的化合物，包括有氧化钇、氧化镱、氧化铈、氧化钙和氧化镁，添加，包含至少其中的1种化合物，或不仅添加1种化合物，将这些化合物组合后添加，在此场合，仍可实现所需的氧化锆的稳定。作为上述稳定性材料，列举有氧化物，但是，即使在添加包括通过加热而形成上述的氧化物的这些元素的化合物的情况下，显然，仍可实现稳定。
另外，作为相应的化合物的添加量，在氧化钇，氧化镱的场合，其最好在1～30mol％的范围内，特别是最好在1.5～10mol％的范围内，在氧化铈的场合，其最好在6～50mol％的范围内，特别是最好在8～20mol％的范围内，在氧化钙，氧化镁的场合，其最好在5～40mol％的范围内，特别是最好在5～20mol％的范围内，但是，尤其是最好将氧化钇用作稳定剂，在此场合，其添加量最好在1.5～10mol％的范围内，特别是最好在2～4mol％的范围内，以便提高机械强度，在5～7mol％的范围内，以便进一步提高耐久可靠性。另外，可添加作为烧结助剂等的添加物的，含量在0.05～20wt％的范围内的氧化铝、二氧化硅、过渡性金属氧化物等，但是，在压电/电致伸缩元件18a和18b的形成方法采用膜形成法的焙烧一体成形的场合，最好添加作为添加物的，氧化铝、氧化镁、过渡性金属氧化物等。
此外，氧化锆的平均晶体粒径在0.05～3μm的范围内，最好在0.05～1μm的范围内，以便获得机械强度和稳定的结晶相。另外，象上述那样，对于薄板部12a和12b，可采用与活动部22a和22b和固定部14相同的陶瓷，但是，从接合部分的可靠性、压电/电致伸缩器件10的强度、制造的麻烦度的降低的方面来说，最好，采用实质上相同的材料构成。
压电/电致伸缩元件18a和18b至少包括压电/电致伸缩层38，与一对电极40和42，该对电极40和42用于在压电/电致伸缩层38上外加电场，可采用单压电晶片型、双压电晶片型等的压电/电致伸缩元件，但是在为与薄板部12a和12b相组合的单压电晶片型的场合，由于发生的位移量的稳定性优良，有利于减轻重量，故适合这样的压电/电致伸缩器件10。
从可以更大程度驱动薄板部12a和12b的方面来说，最好，压电/电致伸缩元件18a和18b按照象图1所示的那样，沿薄板部12a和12b的厚度方向发生位移的方式形成。
压电/电致伸缩层38最好采用压电陶瓷，但是，也可采用电致伸缩陶瓷，强电介体陶瓷，或反强电介体陶瓷。然而，在压电/电致伸缩器件10用于硬盘驱动器的磁头的定位等的场合，由于活动部22a和22b的位移量和驱动电压，或输出电压的线性是重要的，故最好采用变形滞后较小的压电材料，最好采用抗电场在10kV/mm以下的材料。
作为具体的压电材料，可列举锆酸铅、钛酸铅、镁铌酸铅(lead-magnesium niobate)、镍铌酸铅(lead-nickel niobate)、锌铌酸铅(lead-zincum niobate)、锰铌酸铅(lead-manganeseniobate)、锑锡酸铅(lead-antimony stannate)、锰钨酸铅(lead-manganese tungstate)、钴铌酸铅(lead-cobalt niobate)、钛酸钡、钛酸钠铋、铌酸钙钠、钽酸锶铋等的单独，或它们的适合的混合物等。
特别是，就获得具有较高的电机械耦合系数和压电常数，与压电/电致伸缩层38的烧结时的薄板部(陶瓷)12a和12b的反应性较小，稳定的组成的材料来说，最好采用以锆酸铅、钛酸铅、镁铌酸铅为主成分的材料，或以钛酸钠铋为主成分的材料。
还有，上述压电材料也可采用单独由镧、钙、锶、钼、钨、钡、铌、锌、镍、锰、铈、镉、铬、钴、锑、铁、钇、钽、锂、铋、锡等的氧化物等形成，或将这些成分混合而形成的陶瓷。
比如，具有下述的情况，即，通过在作为主成分的锆酸铅和钛酸铅以及镁铌酸铅中，包含镧，锶，获得可调整抗电场，压电特性等的优点。
另外，二氧化硅等的容易形成玻璃的材料的添加量最好在压电/电致伸缩体的2重量％以下。在该数值范围的原因在于如果添加量在2重量％以上，则二氧化硅等的，形成烧结促进剂的材料在压电/电致伸缩层38的热处理时，容易与压电/电致伸缩体发生反应，使其组分变化，使压电特性变差。另一方面，适合的二氧化硅的添加量具有改善压电/电致伸缩体的烧结性的效果。
另一方面，最好，压电/电致伸缩元件18a和18b中的一对电极40和42为室温固体，由导电性优良的金属构成，比如，可采用铝、钛、铬、铁、钴、镍、铜、锌、铌、钼、钌、钯、铑、银、锡、钽、钨、铱、白金、金、铅等的金属单体，或它们的合金，另外，也可采用在这些金属中，分散与压电/电致伸缩层38，或薄板部12a和12b相同的组分的陶瓷，或与这些陶瓷不同的材料分散而形成的金属陶瓷材料。最好，金属陶瓷所采用的陶瓷采用与电极40和42所接触的陶瓷相同的组分，以便实现附着强度的增加，特别是最好采用多层。即使在为与这些陶瓷不同的组分的陶瓷的情况下，如果能够保持上述附着强度，则仍可利用。金属陶瓷的组分以各材料的重量/各材料的纯密度为体积而计算，金属体积/陶瓷体积的比在90/10～10/90的范围内。为了发挥金属的机械强度和陶瓷相对薄板基板的附着力，上述比值特别是最好在30/70～70/30的范围内。
压电/电致伸缩元件18a和18b的电极40和42的材料选定依靠压电/电致伸缩层38的形成方法而确定。比如，在于薄板部12a和12b上，形成其中一个电极40后，通过焙烧而在上述电极40上形成压电/电致伸缩层38，在该场合，其中一个电极40必须采用即使在压电/电致伸缩层38的焙烧温度，仍不变化的白金、钯、白金—钯合金、银—钯合金等的高熔点金属，但是，在形成压电/电致伸缩层38后，由于可在低温下形成电极，故形成于上述压电/电致伸缩层38上的最外层的电极可将铝、金、银等的低熔点金属作为主成分。
此外，由于电极40和42的厚度不小，也造成压电/电致伸缩元件18a和18b的位移降低，故特别是最好，在压电/电致伸缩层38的焙烧后所形成的电极采用致密的薄膜的得到的有机金属糊状体，比如，金树脂糊状体、白金树脂糊状体、银树脂糊状体等的材料。由此，可形成1μm以下的厚度。
另外，压电/电致伸缩器件10最好用于超声波传感器，加速度传感器，角速度传感器，冲击传感器，质量传感器等的各种传感器，通过适当调整安装于端面24a和24b，与薄板部12a和12b之间的物体的尺寸，具有容易进行传感器的灵敏度调整的另一优点。
还有，作为在薄板部12a和12b的表面上，形成压电/电致伸缩元件18a和18b的方法，除了上述的丝网印刷法以外，还可采用浸渍法、涂敷法、电泳法等的厚膜形成法、离子束法、溅射法，真空蒸镀、离子镀法、化学气相成长法(CVD)、镀等的薄膜形成法。
通过采用这样的膜形成法，形成压电/电致伸缩元件18a和18b，可在不采用粘接剂的情况下，将压电/电致伸缩元件18a和18b和薄板部12a与12b成一体接合，设置，可确保可靠性、再现性，容易实现集成。
在此场合，最好通过厚膜形成法，形成压电/电致伸缩元件18a和18b。特别是，如果压电/电致伸缩层38采用厚膜形成法，则可采用以平均粒径在0.01～5μm的范围内，最好在0.05～3μm的范围内的压电陶瓷的颗粒，粉末为主成分的糊状体，浆液，或悬浮液，乳剂，胶体等而形成膜，可通过对其进行焙烧，获得良好的压电/电致伸缩特性。
另外，电泳法的优点在于可按照较高的密度，并且较高的形状精度形成膜。另外，由于丝网印刷法可同时进行膜的成形和图案成形，故有利于简化制造步骤。
下面参照图2～图17B，对本实施例的压电/电致伸缩器件的制造方法的几个具体实例进行描述。
首先，进行定义。将陶瓷坯片叠置而获得的叠层体定义为“陶瓷叠层坯体50”(比如，参照图9)，将对陶瓷叠层坯体50进行烘焙而形成的一体件定义为“陶瓷叠层体52”(比如，参照图10)，将从该陶瓷叠层体52中，切除掉不需要的部分，将薄板部12a和12b，活动部22a和22b与固定部14形成的一体件定义为“陶瓷基体16”(参照图1)。
另外，在本实施例的压电/电致伸缩器件10的制造方法中，在同一基板内，分别沿纵向和横向设置多个压电/电致伸缩器件10的形式中，最终，按照芯片单元，将陶瓷叠层体82切断，在同一步骤中，获得多个压电/电致伸缩器件10，但是为了简化说明，以获得1个压电/电致伸缩器件10的场合为主体而进行描述。
首先，在图2的步骤S1，在氧化锆等的陶瓷粉末中，添加粘接剂、溶剂、分散剂、塑性剂等，对其进行混合，制造浆液，对其进行去除气泡处理，通过逆辊涂敷(reverse roll coater)法、刮片法等的方法，制作具有规定厚度的陶瓷坯片。
然后，在图2的步骤S2中，在各陶瓷坯片的规定部位，通过比如，丝网印刷法，涂敷粘接剂(比如，陶瓷糊状体)。
接着，在图2的步骤S3a，步骤S3b和步骤S3c，对各陶瓷坯片，采用模具，进行冲压加工，激光加工等。其中，在步骤S3a，通过上述的加工，象图3所示的那样，制造在之后形成薄板部12a和12b的陶瓷坯片60A和60B。接着，在步骤S4，在陶瓷坯片60A和60B的相应的一个主面上，形成在之后形成活动部22a和活动部22b的一部分的突起部72。突起部72通过借助丝网印刷法，涂敷糊状体的方式形成。
特别是，在该第1具体实例中，象图11A所示的那样，突起部72的宽度L为30μm以上，突起部72的厚度H在2～50μm的范围内。于是，可采用简单的丝网印刷方式，形成突起部72。
另一方面，在图2的步骤S3b中，通过上述的加工，象图4所示的那样，制作在之后形成较短的陶瓷板34的陶瓷坯片62A和62B。在图2的步骤S3c，通过上述的加工，象图5所示的那样，制造n块在之后形成固定部14的陶瓷坯片64。
然后，在图2的步骤S5a，临时将陶瓷坯片60A和62A叠置，制作第1临时叠层体66(参照图6和图7)，将陶瓷坯片60B和陶瓷坯片62B临时叠置，制作第2临时叠层体68(参照图6和图7)。另外，在步骤S5b，临时将n块陶瓷坯片64叠置，制作第3临时叠层体(参照图8)。在这些临时叠层体中，由于在陶瓷坯片60A、60B、62A、62B和n块陶瓷坯片64的规定部位，分别通过比如，丝网印刷法，涂敷粘接剂，故可避免叠层状态容易变化的情况。
然后，在图2的步骤S6中，在第1临时叠层体66中，为了象图9所示的那样，使由陶瓷坯片60A的一个主面和陶瓷坯片62A的侧面构成的角部36呈锥状，通过丝网印刷方式，涂敷糊状体。
在这里，最好，用于在上述突起部72和角部36上形成锥形的糊状体组分最好基本与薄板部12a和12b的材质，组成相同。比如，采用将陶瓷粉末、粘合剂、添加剂和溶剂混合而形成的糊状体。在此场合，作为一个实例，陶瓷粉末采用在ZrO2中按照前述的范围添加Y2O而形成的粉末。另外，作为粘合剂，相对100份的陶瓷粉末，添加5～40份的PVB、丙烯酸，或乙基纤维素，或它们的混合物，相对陶瓷粉末，添加2～20份的DOP等的塑性剂，根据需要还添加由分散剂形成的添加剂，作为溶剂，添加适量的2-乙基己醛、二甘醇—丁醚等。最好，在进行糊状体调合时，按照这些混合良好的方式，将丙酮、IPA等的低沸点溶剂用作混合辅助剂。另外，在采用前述金属陶瓷的场合，采用将陶瓷材料和金属材料，与粘合剂、添加剂和溶剂混合而形成的糊状体，但是作为金属陶瓷的调合，也可在分别预先制作陶瓷糊状体和金属糊状体时，按照形成规定的组分的方式，将这些糊状体混合而制作。
最好，糊状体的粘性指该糊状体从丝网印刷所使用的制版的开口，顺利地涂敷于上述角部36和陶瓷坯片60A的一个主面上，并且在印刷后，干燥之前适当下垂的程度。如果粘度过高，则不呈涂敷后所需的形状，而变为固态，另外，如果粘度过低，则具有虽然按照规定次数获得规定厚度，但是无法形成所需形状的情况。特别是，在于角部36中，呈锥状的场合，必须考虑陶瓷板34(参照1)的厚度和粘度。在该具体实例中，糊状体的粘性在1～50万cps的范围内。
同样，在第2临时叠层体68中，为了使由陶瓷坯片60B的一主面和陶瓷坯片62B的侧面构成的角部36呈锥状，通过丝网印刷方式涂敷糊状体。
另外，在上述实例中，制作第1和第2临时叠层体66和68之前的步骤S4，在陶瓷坯片60A和60B的相应一主面上，印刷糊状体，形成突起部72，但是此外，也可在制作第1和第2临时叠层体66和68后，形成上述突起部72。
然后，在图2的步骤S7，象图9所示的那样，通过第1和第2临时叠层体66和68，夹持第3临时叠层体70，在将该第1～第3临时叠层体66，68和70叠置后，对其进行压接，形成陶瓷叠置坯体50。此时，还会产生糊状体在陶瓷坯片62A和62B的顶部溢出的情况，但是，由于在将第3临时叠层体70叠置时，将其埋没，故不必考虑该溢出的部分。同样，在图6中，给出突起部72的长度，基本与陶瓷坯片66的开口的宽度相同的实例，但是，上述长度既可小于陶瓷坯片66的开口的宽度，也可大于该宽度。
此外，在上述实例中，由于角部呈锥状，故象图6所示的那样，必须制作第1和第2临时叠层体，但是在角部36不呈锥状的场合，不必制作第1和第2临时叠层体。显然，同样在任何的场合，在设置切口部32的场合，必须制作图2的步骤S5b的第3临时叠层体。
由于必须将用于形成切口部的陶瓷坯片叠置，故如果不将全部的陶瓷坯片临时叠置，而对全部的陶瓷坯片一次性地进行加压叠置，则具有与切口部相对应的部分的陶瓷坯片的叠置状态不充分的危险。于是，如果对全部的陶瓷坯片一次性地进行加压叠置，则可将压力传递给形成有切口部的部分，并且必须要求在其中介设烘焙后消失的部分中的方法。
接着，在图2的步骤S8，对上述陶瓷叠置坯体50进行烘焙，获得陶瓷叠层体52(参照图10)。
然后，在图2的步骤S9，象图10所示的那样，在上述陶瓷叠层体52的两个表面，即，相当于陶瓷坯片60A和60B叠置的表面的面上，分别形成多层结构的压电电致伸缩元件18a和18b，通过烘焙使压电电致伸缩元件18a及18b与陶瓷叠层体52形成一体。显然，该压电电致伸缩元件18a和18b也可仅仅形成于陶瓷叠层体52的一侧的表面上。
然后，在图2的步骤S10，象图10所示的那样，在形成有压电电致伸缩元件18a和18b的陶瓷叠层体52中，通过沿切断线K1，K2，K3切断，切除陶瓷叠层体5 2的侧部和前端部。通过该切除，象图1所示的那样，获得下述的压电/电致伸缩器件10，其中，在陶瓷基体16上，形成压电电致伸缩元件18a和18b，并且在一对薄板部12a和12b中的相对的内壁上，分别形成突起部72。
对于该切断，适当选择切片刀等的采用固定磨粒的切削方法，钢丝锯等的采用游离磨粒的切削法而进行。压电电致伸缩元件18a和18b的切断最好采用游离磨粒的切削法。
对于切断的时刻，既可在沿切断线K1和K2切断后，沿切断线K3切断，也可在沿切断线K3切断后，沿切断线K1和K2切断。显然，还可同时进行这些切断。另外，也可针对与切断线K3相对的固定部14的端面进行适当切断。然后，比如，通过超声波清洗，去除上述切断的切屑等。
象这样，在第1具体实例的制造方法中，可在于之后形成薄板部12a和12b的陶瓷坯片60A和60B的一个主面上，通过厚膜形成处理，形成突起部72，由此，可将突起部72改变为各种形状。于是，可抑制通过陶瓷材料形成的薄板部12a和12b的突起部72的形状对机械特性的影响。
由此，在经过此后的不需要的部分的切除步骤，制作压电/电致伸缩器件10时，象图11B所示的那样，通过突起部72和粘接剂76，构成活动部22a和22b，但是，此时，突起部72的效果，即，在按照在活动部22a和22b中的相对的端面(安装面24a和24b)之间，夹持部件74(由二点虚线表示)的方式安装时，上述突起部72充分地发挥用于规定安装所采用的粘接剂(厚度)和位置(粘接面积)的功能。
另外，在第1具体实例中，采用由其组分与陶瓷坯片60A和60B相同的陶瓷材料和有机粘合剂与有机溶剂形成糊状体，通过丝网印刷，形成突起部72。由此，在于之后，进行烘焙等处理，制作陶瓷基体16的场合，象图11B所示的那样，突起部72形成活动部22a和22b的一部分，陶瓷坯片60A和60B形成薄板部12a和12b，但是此时，可提高薄板部12a和12b与突起部72的紧密贴合力。
作为上述糊状体，也可采用具有上述陶瓷材料和金属材料与有机粘合剂的糊状体。作为金属材料，由于在用于制作陶瓷基体16的烘焙处理中，突起部72曝露于高温下，故最好为耐热性较高的白金族金属。其中，特别是最好为白金。
此外，最好，所形成的突起部72的气孔率在50％以下，特别是最好，在30％以下。这样做的原因在于如果气孔率超过50％，则具有难于使突起部72的形状，进而活动部22a和22b的形状保持在一定的形状的危险，具有活动部22a和22b的强度降低的危险。
还有，在采用由与陶瓷坯片60A和60B不同的材料，以及有机粘合剂和有机溶剂形成的糊状体，通过丝网印刷方式，形成突起部72的场合，最好突起部72的气孔率在5～30％的范围内。其原因在于可减小基于陶瓷坯片60A和60B的热膨胀率的差而产生的应力。
下面参照图12A和图12B，对第2具体实例的制造方法进行描述。该第2具体实例的制造方法包括与上述第1具体实例的制造方法基本相同的步骤，而不同之处在于象图12A所示的那样，在压电/电致伸缩器件10的一个主面上，通过糊状体的丝网印刷方式，形成第1突起部72A，然后，在第1突起部72A上，通过相同的丝网印刷方式，第2突起部72B按照其一部分与第1突起部72A重合而实现错位的方式形成。
在此场合，可增加突起部72的厚度，并且，可使与突起部72(第1突起部72A和第2突起部72B)的陶瓷坯片60A和60B接触的部分坡度较小。如果突起部72的厚度增加，则具有在之后形成活动部22a和22b时，在突起部72和薄板部12a和12b的边界部分78处，应力容易集中的危险。
但是，象图12B所示的那样，突起部72和薄板部12a和12b的边界部分78的坡度较小，则该边界部分78的角度呈钝角，故可分散上述边界部分78处的应力，可减小集中于1个部位的应力。其情况有利于提高压电/电致伸缩器件10的耐冲击性。
接着，第3具体实例的制造方法包括与上述第2具体实例的制造方法基本相同的步骤，不同之处在于在图2的步骤S5的突起部72的形成步骤中，象图13A所示的那样，第1突起部72A和第2突起部72B重合范围变窄。
具体来说，当第1突起部72A，或第2突起部72B的厚度由H1表示，第1突起部72A和第2突起部72B的重合部分80的最厚部分82的厚度由H2表示时，则H1/H2＝1/3～3/4。
由此，可将突起部72的整体的厚度抑制在较低程度，在象图13B所示的那样，在之后形成活动部22a和22b的场合，可抑制薄板部12a和12b的边界部分78处的应力集中。
接着，第4具体实例的制造方法包括与上述第3具体实例的制造方法基本相同的步骤，而不同之处在于在图2的步骤S的突起部72的形成步骤中，象图14A所示的那样，第1突起部72A和第2突起部72B的重合范围更窄，在第1突起部72A和第2突起部72B的重合部分80的厚度由H1表示，第1突起部72A，或第2突起部72B的最厚部分的厚度由H2表示时，则H1/H2＝1/3～3/4。
由此，在第1突起部72A和第2突起部72B的重合部分80中，形成凹部84，象图14B所示的那样，在安装在之后构成活动部22a和22b的物品74时，可通过凹部84，确实拦截粘接剂76。
此外，第5具体实例的制造方法包括与上述第1具体实例的制造方法基本相同的步骤，而不同之处在于在图2的步骤S5的突起部72的形成步骤中，在针对第1具体实例的制造方法(参照图11A)而使用的糊状体的粘度，即，所形成的突起部72的厚度H基本均匀的场合的糊状体的粘度由A(万cps)时，通过高于该粘度A的粘度的糊状体，形成突起部72。
在图16中，通过表，汇总有伴随糊状体粘度等，突起部72的厚度，形状怎样变化的情况。在这里，印刷速度为200mm/sec，间距(breakaway)为1.5mm，另外，涂刷器采用平涂刷器，粘度测定仪采用东京计器E型粘度计(3°圆锥体，0.5rpm)。
象还从图16所知道的那样，糊状体的粘度高于第1具体实例(参照图11A)所采用的糊状体的粘度，比如，在2倍以上，由此，在象图15A所示的那样，通过1次的丝网印刷处理，形成突起部72的场合，可在突起部72的中间部分，形成凹部84，可获得与通过第4具体实例的制造方法形成的突起部72相同的效果。即，在象图15B所示的那样，安装在之后形成活动部22a和22b的物品74时，可确实通过凹部84，拦截粘接剂76。另外，在图15B的实例，薄板部12a和12b的前端面30呈锥状，其倾斜角θ相对薄板部12a和12b的内壁，形成锐角的场合。
还有，第6具体实例的制造方法包括与上述第1具体实例的制造方法基本相同的步骤，而不同之处在于在图2的步骤S5的突起部72的形成步骤中，象图17A所示的那样，在陶瓷坯片60A和60B的一个主面上，按照分离方式分别形成多个突起部72。各突起部72的宽度L均在30μm以上，厚度在2～50μm的范围内。
由此，象图17B所示的那样，由于采用下述形式，其中在1个薄板部12a(或12b)上，间隔开地设置多个活动部22a(或22b)，故可进一步提高规定粘接剂76的量(厚度)和位置(粘接面积)的效果。此外，在图17B的实例中，给出薄板部12a和12b的前端面30呈锥状，其倾斜角θ相对薄板部12a和12b的内壁，为钝角的场合。
按照上述第1～第6具体实例的制造方法制造的压电/电致伸缩器件10可用作各种换能器、各种促动器、频率区域功能部件(滤波器)、变压器、通信用，动力用的振子、共振子、振荡件、鉴频器等的能动元件，以及超声波传感器、加速度传感器、角速度传感器、冲击传感器、质量传感器等的各种传感器用传感元件，特别是，可适合用于光学设备、精密机器等的各种精密部件等的位移，定位调整、角度调整的机构所采用的各种促动器。
在通过上述制造方法，在陶瓷坯片60A和60B的一个主面上，形成突起部72时，采用丝网印刷，但是，此外，可采用电泳法、刷毛涂刷、转印、浸渍法等。
另外，本发明的压电/电致伸缩器件的制造方法不限于上述实施例，显然，可在不脱离本发明的实质的情况下，采用各种方案。
产业上的利用可能性在通过陶瓷，形成薄板部的场合，通过形成适合的突起形成方式和突起的形状，可制作几乎没有突起的形状对薄板部的机械特性造成影响的危险的高性能的压电/电致伸缩器件。
权利要求
1.一种压电/电致伸缩器件(10)的制造方法，该压电/电致伸缩器件(10)包括相对的一对薄板部(12a，12b)；支承这些薄板部(12a，12b)的固定部(14)；活动部(22a，22b)，该活动部(22a，22b)位于上述一对薄板部(12a，12b)的前端部分，其特征在于该制造方法包括下述步骤对在之后构成上述薄板部(12a，12b)的第1陶瓷坯片(60A，60B)的主面，进行至少1次的厚膜形成处理，形成在之后形成活动部(22a，22b)的突起部(72)；将上述第1陶瓷坯片(60A，60B)与在之后构成上述固定部(14)的第2陶瓷坯片(64)叠置，形成陶瓷叠置坯体(50)；对上述陶瓷叠置坯体(50)进行烘焙，使其形成一体，形成陶瓷叠层体(52)；在上述陶瓷叠层体(52)上，形成压电/电致伸缩元件(18a，18b)，对其进行烘焙，然后，切除不需要的部分，制作压电/电致伸缩器件(10)。
2.根据权利要求1所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于上述突起部(72)的宽度(L)在30μm以上。
3.根据权利要求1或2所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于上述突起部(72)的厚度(H)在2～50μm的范围内。
4.根据权利要求1～3中的任何一项所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于当上述突起部(72)的周部的厚度由H1表示，上述突起部(72)的中间的最厚的部分的厚度由H2表示时，则H1/H2＝1/3～3/4。
5.根据权利要求1～3中的任何一项所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于当上述突起部(72)的中间的厚度由H1表示，上述突起部(72)的周部的最厚的部分的厚度由H2表示时，则H1/H2＝1/3～3/4。
6.根据权利要求5所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于当用于形成上述突起部(72)的厚度(H)基本均匀的场合的突起部(72)的材料的粘度为A(万cps)时，通过高于上述粘度A的粘度的材料，形成上述突起部(72)。
7.根据权利要求1～5中的任何一项所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于在上述第1陶瓷坯片(60A，60B)上，形成上述突起部(72)时，在于上述第1陶瓷坯片(60A，60B)上，形成第1突起部(72A)后，在第1突起部(72A)上，按照一部分重合而错位的方式形成第2突起部(72B)。
8.根据权利要求7所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于当上述第1突起部(72A)，或第2突起部(72B)的厚度由H1表示，上述第1突起部(72A)与第2突起部(72B)的重合部分(80)的最厚的部分(82)的厚度由H2表示时，则H1/H2＝1/3～3/4。
9.根据权利要求7所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于当上述第1突起部(72A)与第2突起部(72B)的重合部分(80)的厚度由H1表示，上述第1突起部(72A)，或第2突起部(72B)的最厚的部分的厚度由H2表示时，则H1/H2＝1/3～3/4。
10.根据权利要求1～6中的任何一项所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于在于上述第1陶瓷坯片(60A，60B)上，形成上述突起部(72)时，在上述第1陶瓷坯片(60A，60B)上，分别按照分离的方式形成多个突起部(72)。
11.根据权利要求1～10中的任何一项所述的压电/电致伸缩器件的制方法，其特征在于上述突起部(72)采用由其组分与第1陶瓷坯片(60A，60B)相同的陶瓷材料和有机粘合剂与有机溶剂形成的糊状体，通过丝网印刷方式形成。
12.根据权利要求1～10所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于采用糊状体，该糊状体包括陶瓷材料和金属材料与有机粘合剂和有机溶剂。
13.根据权利要求12所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于上述金属材料为白金族金属。
14.根据权利要求1～10中的任何一项所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于在上述突起部(72)采用由其组分与第1陶瓷坯片(60A，60B)相同的陶瓷材料和有机粘合剂与有机溶剂形成的糊状体，通过丝网印刷方式形成的场合，上述突起部(72)的气孔率在50％以下。
15.根据权利要求1～10中的任何一项所述的压电/电致伸缩器件的制造方法，其特征在于在上述突起部(72)采用由其组分与第1陶瓷坯片(60A，60B)不同的材料和有机粘合剂与有机溶剂形成的糊状体，通过丝网印刷方式形成的场合，上述突起部(72)的气孔率在5～30％的范围内。
全文摘要
一种压电/电致伸缩器件(10)的制造方法，该压电/电致伸缩器件(10)包括相对的一对薄板部(12a，12b)；支承这些薄板部(12a，12b)的固定部(14)；活动部(22a，22b)，该活动部(22a，22b)位于上述一对薄板部(12a，12b)的前端部分，该制造方法包括下述步骤对在之后构成上述薄板部(12a，12b)的第1陶瓷坯片(60A，60B)的一个主面，进行至少1次的厚膜形成处理，形成在之后形成活动部(22a，22b)的突起部(72)；将上述第1陶瓷坯片(60A，60B)与在之后构成上述固定部(14)的第2陶瓷坯片(64)叠置，形成陶瓷叠置坯体(50)；对上述陶瓷叠置坯体(50)进行烘焙，使其形成一体，形成陶瓷叠层体(52)；在上述陶瓷叠层体(52)上，形成压电/电致伸缩元件(18a，18b)，对其进行烘焙，然后，切除不需要的部分，制作压电/电致伸缩器件(10)。
文档编号H01L41/09GK1586018SQ0282235
公开日2005年2月23日 申请日期2002年9月11日 优先权日2001年9月11日
发明者池田幸司, 柴田和义, 伊藤智辉, 高桥史武 申请人:日本碍子株式会社