微驅動器及其製造方法
2023-09-23 10:59:50 2
專利名稱：微驅動器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及微驅動器及其製造方法，尤其涉及一種具有的所需厚度且固定於一底板上並利用浸蝕法成形的壓電體的驅動器，並涉及此驅動器的製造方法。
微驅動器由三部分組成底板和外殼形成的下部結構；與底板的上表面相連接且接通電源後可引起機械形變的壓電體；形成於壓電體上且能夠傳遞電能的電極。當給驅動器的壓電體施加電場時，具有上述構造的驅動器就會產生極性，在壓電體的上、下表面就會形成上、下電極。若在兩極上施加電源，電極間的壓電體就會反覆變形和復原，從而產生機械振動。因此，上述驅動器只有在加電場時，才會動作，故為使驅動器動作，則必須持續對驅動器施加電源和信號波。
目前為了製造這種微驅動器，一直使用了如下的方法第一種方法先做好厚度較薄並具有精確尺寸的底板模型，在底板上表面形成下部電極，並在1200℃以上的高溫下塑成；再在下部電極的上表面，使糊狀壓電體成形，並在1000℃以上的高溫下塑成；最後在壓電體的頂部形成上部電極，並在大約800℃左右塑成。
第二種方法先使金屬底板另外成形，再把做好的壓電體固定在此第三物質製成的金屬底板上，以一定的尺寸，對壓電體板進行機械加工，然後按照所需數量構成驅動器；或者在金屬底板上固定一個與驅動器大小相匹配的壓電體，構成驅動器。
根據上述方法製造的微驅動器，由於它的側面是垂直形態的平面結構，因此只能在壓電體的上表面形成上部電極。
根據上述的所有方法，為了在驅動器上施加電源和信號波，在形成電源和信號波的迴路與驅動器的上部電極之間，需連接電源引入線。電源引入線的連接方法有兩種一是以前使用的利用接線板的方法，一是把電源引入線直接連到上部電極的方法。利用接線板的方法，將引入線與驅動器的上部電極相連，使在上部電極和底板的絕緣層上都會形成焊點，然後再將電線與焊點相連。如此會使製作過程複雜化，導致生產力低下。而且當連接印刷頭和電動針頭的時候，暴露在外的電線會成為障礙，因為容易引起斷線，這樣就會產生質量信譽度和耐久性下降的問題。而直接連接驅動器上部電極和電源引入線的方法，由於不必形成絕緣層和焊點，使上部電極和電源引入線直接相連，因此電源和驅動器的連接過程變得很簡便。但是，在電源引入線和上部電極相連時，由此發生的壓力和熱量由驅動器的壓電體直接承擔，壓電體性能發生變化，從而引起壓電體的變質變性等損傷產品的問題。而且，由於直接連接驅動器的上部電極和電源引入線，電源被引入上部電極，驅動器會因電源的引入而動作，由此產生使驅動器變質的問題。尤其在增加驅動器的電池時，利用以前的方法，生產能力會下降，成品的質量也會降低。
目前按照浸蝕法形成壓電體的方法有兩種如
圖1所示的是一種形成壓電體的方法即首先形成金屬底板10，再在形成的底板10上，固定住壓電體14，然後對金屬底板上的壓電體14進行模式化以後，再做浸蝕。最後在此壓電體14頂面上形成上部電極16。
如圖2所示的是另一種形成壓電體的方法即首先形成金屬底板20，再在成形的底板20上面形成下部電極22，再在下部電極22的上面形成壓電體24。對底板上的壓電體24進行模式化以後，再做浸蝕。最後在此壓電體24頂面上形成上部電極26。
使用上述圖1或圖2所示的浸蝕方法製造微驅動器時，如果壓電體的側面不是垂直平面形態，而是傾斜面的形態。那麼，形成壓電體的上部電極時，不只是在壓電體的頂部，壓電體的側面也會形成上部電極，在壓電體頂部形成的上部電極可以一直延長到底板上。如上所述，在側面形成上部電極的時候，可以把電源引入線連接到側面的上部電極上，因此驅動器和電源引入線的連接變得更容易。但是，在對壓電體進行一般模式化以後，再進行浸蝕的情況下，被浸蝕的壓電體側面斜度不均衡。特別在距頂部很近的側面斜度，它形成得很突然，由此會產生尖銳的稜角。因此，在極為傾斜的壓電體側面位置上很難形成上部電極，如圖3所示由於會產生斷點，要把上部電極延長到底板上是較困難的。
本發明的目的在於克服上述已有技術的缺陷及種種困難，提供一種便於將電源引入線與上部電極相連接的微驅動器及其製造方法。
為了達到上述目的，本發明的微驅動器一種構造包括底板；引入電源和信號的電源引入線；形成於底板頂部的下部電極；形成於下部電極的頂端、並在與電源引入線相連接的一面形成至少一個凹槽、經過浸蝕、形成具有平滑傾斜度側面所壓電體；形成於在壓電體的頂部、並延長到有平滑傾斜度的側面且與電源引入線相連接的上部電極。
本發明的微驅動器另一種構造包括金屬底板；引入電源和信號的電源引入線；形成於金屬底板上部、與電源引入線相連接的一面形成至少一個凹槽、經過浸蝕、形成有平滑傾斜度側面的壓電體；形成於壓電體的上部，並延長到有平滑傾斜度的側面且與電源引入線相連接上部電極。
上述結構的驅動器改善了上部電極與電源引入線的連接性，從而實現了本發明的目的。
本發明對應於上述第一種結構的製造方法包括以下步驟(1)提供底板；(2)在底板上部形成下部電極；(3)在下部電極的上表面形成壓電體；(4)在壓電體與電源引入線相連接的一面形成一個凹槽，在對壓電體進行浸蝕以後，形成具有平滑曲線的側面；(5)從被浸蝕的壓電體頂部到具有平滑曲線的側面，形成上部電極；(6)上部電極與電源引入線相連接。
它提高了上部電極和電源引入線的連接性，微驅動器的製造方法的特性就在於此。
本發明對應於第二種結構的驅動器的製造方法包括以下步驟(1)提供金屬底板；(2)在金屬底板頂面形成壓電體；(3)在壓電體與電源引入線相連接的一面形成一個凹槽，在對壓電體進行浸蝕以後，形成具有平滑曲線的側面；(4)從被浸蝕的壓電體上表面到具有平滑曲線的側面，形成上部電極；(5)上部電極與電源引入線相連接。
它提高上部電極和電源引入線的連接性，微小驅動器的製造方法的特性就在於此。
圖1為一種工藝方法製得的驅動器結構示意圖；圖2為另一種工藝方法製得的驅動器結構示意圖；圖3為圖1E局部放大圖；圖4為按照本發明，對形成的凹槽和浸蝕狀況的一種情況進行描繪的平面圖5為圖4A-A』斷面剖視圖；圖6為圖4B-B』斷面剖視圖；圖7為圖4C-C』斷面剖視圖。
圖8為圖4D-D』斷面剖視圖；圖9和圖10為按照本發明，對形成的凹槽和浸蝕狀況的另一情況進行描繪的平面圖。
圖11為根據本發明，在壓電體與電源引入線相連接的一面，形成兩個凹槽時，對此情況進行描繪的平面圖。
圖12為根據壓電體的厚度(T)和凹槽的底邊長度(W)的關係，描繪了關於浸蝕時間(t)和浸蝕深度(D)的關係的圖形。
以下結合附圖對本發明進行詳細說明。
微驅動器的底板最好使用金屬薄板，或者陶瓷薄板。
對於金屬薄板，最好使用以鎳(Ni)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鐵(Fe)為主要成分的金屬薄板，或者使用它們的合金做金屬薄板。這時，使用的金屬薄板的厚度為3～200μm較好。如果對這種金屬薄板進行部分溼式浸蝕，或進行壓制加工，或進行電鑄，就可以從整塊薄板中製成所需要的底板形態。
對於陶瓷薄板，可以使用許多種陶瓷材料，具有代表性的有二氧化鋯(ZrO2)，三氧化二鋁(Al2O3)，二氧化矽(SiO2)等。把含有上述氧化物粉末漿狀物製成綠色薄板形態進行燒結，或者在泥漿狀態下，製成需要的底板形態後，再進行燒結，從而製得底板的陶瓷薄板。做底板使用的陶瓷薄板的厚度為5～300μm較好。
用金屬薄板做底板時，由於它自身有導電性，可以擔當下部電極的角色，不一定要再形成下部電極。但使用陶瓷薄板做底板的時候，因為它自身沒有導電性，所以一定要在底板的上部形成下部電極。下部電極最好選擇鉑(Pt)、銀(Ag)、銀(Ag)和鈀(Pd)的合金；鎳(Ni)、銅(Cu)等材料。這時下部電極的厚度最好在20μm以下。
在將要說明的對壓電體浸蝕，形成從頂部延伸到底板的上部電極的這個步驟中，如果下部電極暴露在外，就會產生下部電極和上部電極相重疊的問題。所以在上部電極被形成的底板部位，為了不使下部電極暴露出來，就要按模式形成下部電極；或者浸蝕壓電體後，在形成上部電極的底板位置上，給暴露的下部電極包上絕緣層，使下部電極與上部電極不接觸。
壓電體的原料一般使用陶瓷，使用的陶瓷中有代表性的有PZT，PLZT，三氧鋇鈦(BaTiO3)，三氧鉛鈦(PbTiO3)等。壓電體最好為具有20-300μgm厚度的薄片形態。把做好的壓電體固定在金屬底板或形成下部電極的底板上。
這時，為了使壓電體具有優良的傳動性，底板或下部電極和壓電體必須牢牢地固定在一起。把壓電體形成於底板上的方法有直接在底板上成形壓電體的方法，還有就是把事先成形好的壓電體固定在底板頂面的方法。兩種方法都可以使用。把壓電體形成在底板上的方法有直接在底板上成形壓電體的方法，還有就是把事先成形好的壓電體固定在底板頂面的方法。兩種方法都可以使用。
在底板頂部直接成型壓電體的方法，可以使用絲網印刷法等；或使用粘貼劑把另外成型好的壓電體固定在底板上的方法；或者採用與金屬化合的過程進行固定的方法。為使另外成形的壓電體固定在底板上的一種方法是使用粘貼劑，需在底板和壓電體上塗抹糊狀膠水，使底板和壓電體貼在一起。此時可以把粘貼劑塗抹在底板的所有面上，或只在底板和壓電體薄膜的必要位置上部分性地塗抹。在底板的所有面上塗抹粘貼劑時，此粘貼劑在浸蝕壓電體時，成為底板的保護膜起到保護底板的作用。
把另外成型的壓電體固定在底板上的另一種方法是採用與金屬化合的方法，就是在壓電體的一面塗上金屬，此金屬與另外的金屬底板之間用第三物質媒介使用硬焊方式進行接合。用金屬化合工藝使壓電體牢牢地固定在底板上，而且能夠降低被製造的驅動器的屈從性，並提高其傳動性。
在底板上固定好壓電體以後，按照浸蝕壓電體的圖形去做。
對壓電體進行模式化的方法中，有使用遮掩蒙片進行的，還有在壓電體上塗層光敏電阻後，利用光刻技術，使光敏電阻模式化的方法。
如上所述，為使壓電體進行浸蝕，在形成它的模式時，以前使用的方法是以四方形的形態做模式化，而本發明是在四方形壓電體的一面，就是與電源引入線相連接的那一面開一個凹槽，參見圖4。此槽的寬度由寬變窄，保持平滑曲線。作為壓電體與電源引入線相接的側面而言，形成了寬度越來越大的形態。
當壓電體的厚度為(T)，凹槽底邊的長度為(W)，凹槽的高度為(H)時，凹槽的的長度(W)和高度(H)最好在如下所示的範圍內被設定。
T/20＜W＜10TT/5＜H＜100T而且，壓電體上可以形成兩個凹槽，當形成兩個槽時，由於上下連接的程度變高，壓電體和電源引入線之間的連接自由度也會變高。使用如上所述的方法對已經模式化的壓電體進行浸蝕。在進行過程中，由於浸蝕的面很寬的部分會持續浸蝕，浸蝕的深度很深且傾斜度很徒，那麼根據它的自身調節控制反應，使浸蝕停止的自我抑制反應就會出現得晚。相反，浸蝕面窄的部分會很快地出現自我抑制反應，當浸蝕到一定程度時，就會自動停止。
如上所述，凹槽窄的部分與凹槽寬的部分相比較時，由於浸蝕的寬度窄，自我抑制反應就會提前出現，隨著壓電體側面寬度的逐漸加大，浸蝕的寬度也會隨之加大，自我抑制反應就會出現得晚。所以從壓電體的頂部到底板形成的曲線很平滑。
圖12描繪的是在壓電體的厚度(T)不足50μm時，根據壓電體的厚度(T)和凹槽底邊長度(W)的關係而繪成的浸蝕時間(t)和浸蝕深度(D)的關係。
通過圖12所示，可以看出當凹槽底邊長度(W)增加時，浸蝕速度會加快，浸蝕深度也會加深。
如上所述，在被浸蝕的壓電體頂部，以一定模式形成上部電極。作為上部電極，一般使用銀(Ag)、鋁(Al)、金(Au)、白金(Pt)等。作為形成上部電極的方法，可以在採用遮掩蒙片法後，進行真空蒸發，或使用屏幕印刷法等。
以前的方法只是在壓電體的頂部形成上部電極，連接上部電極和電源引入線，給驅動器引入電源和信號。而此發明是把上部電極從壓電體的頂部延長到側面，並延伸至底板。
把從壓電體的頂部，經壓電體的側面，一直到底板上所形成的上部電極和電源引入線相連，這樣可以把電源和信號引到上部電極上。根據連接好的電源引入線，如果電源和信號被引入上部電極，驅動器就會因此而動作。
如上所述，根據本發明成果，由浸蝕而形成的壓電體側面能夠具有從壓電體頂部到底板的平滑曲線形態，所以能夠把上部電極從壓電體的頂部經側面延伸到底板上。這種改進可提高電源引入線間連接的自由度。不僅如此，本發明的方法與以前的方法相比時，工藝簡便，信賴度高。
權利要求
1.一種微驅動器，它包括底板；引入線，用於給上部電極提供驅動電壓及信號；下部電極，形成於所述底板的上表面；壓電體，形成於下部電極的上表面，並在與電源引入線相連接的一側形成至少一個凹槽，經過浸蝕工藝，在其側面形成平滑傾斜度；上部電極，形成於壓電體的上表面，並延長到有平滑傾斜度的側面，且與引入線相連接。
2.根據權利要求1所述的微驅動器，其特徵在於壓電體的厚度(T)，凹槽的底邊寬度(W)及高度(H)，滿足以下關係式T/20＜W＜10TT/5＜H＜100T
3.根據權利要求1所述的微驅動器，其特徵在於底板由陶瓷材料製成。
4.根據權利要求1所述的微驅動器，其特徵在於所述下部電極不暴露在形成上部電極的底板上。
5.根據權利要求1所述的微驅動器，其特徵在於在穿過所述壓電體的被浸蝕部分的下部電極上包有絕緣層。
6.根據權利要求1所述的微驅動器，其特徵在於壓電體具有至少兩個凹槽。
7.一種微驅動器，它包括金屬底板；引入線，用於給上部電極提供驅動電壓和信號；壓電體，形成於所述金屬底板的上表面，在與引入線相連接的一側形成至少一個凹槽，經過浸蝕工藝，在其側面形成平滑傾斜度；上部電極，形成於壓電體的上表面，並且延長到有平滑傾斜度的側面，且與引入線相連接。
8.根據權利要求7所述的微驅動器，其特徵在於壓電體的厚度(T)，凹槽的底邊寬度(W)及高度(H)，滿足以下關係式T/20＜W＜10TT/5＜H＜100T
9.根據權利要求7所述的微驅動器，其特徵在於所述下部電極不暴露在形成上部電極的底板上。
10.根據權利要求7所述的微驅動器，其特徵在於在穿過所述壓電體的被浸蝕部分的下部電極上包有絕緣層。
11.根據權利要求7所述的微驅動器，其特徵在於壓電體具有至少兩個凹槽。
12.一種微驅動器製造方法，包括以下步驟(1)提供底板；(2)在底板上部形成下部電極；(3)在下部電極的上表面形成壓電體；(4)在壓電體與引入線相連接的一面形成一個凹槽，在對壓電體進行浸蝕以後，形成具有平滑曲線的側面；(5)從被浸蝕的壓電體頂部到具有平滑曲線的側面，形成上部電極；(6)上部電極與引入線相連接。
13.根據權利要求12所述的微驅動器製造方法，其特徵在於壓電體的厚度(T)，凹槽底邊寬度(W)及高度(H)，滿足以下關係式T/20＜W＜10TT/5＜H＜100T
14.根據權利要求12所述的微驅動器製造方法，其特徵在於底板由陶瓷材料製成。
15.根據權利要求12所述的微驅動器製造方法，其特徵在於所述下部電極不暴露在形成上部電極的底板上。
16.根據權利要求12所述的微驅動器製造方法，其特徵在於包括以下步驟在穿過所述壓電體的被浸蝕部分的下部電極上包有絕緣層。
17.根據權利要求12所述的微驅動器製造方法，其特徵在於所述壓電體具有至少二個凹槽。
18.一種微驅動器的製造方法，包括以下步驟(1)提供金屬底板；(2)在金屬底板頂面形成壓電體；(3)在壓電體與電源引入線相連接的一面形成一個凹槽，在對壓電體進行浸蝕以後，形成具有平滑曲線的側面；(4)從被浸蝕的壓電體上表面到具有平滑曲線的側面，形成上部電極；(5)上部電極與電源引入線相連接。
19.根據權利要求18所述的微驅動器製造方法，其特徵在於壓電體的厚度(T)，凹槽的底部寬度(W)及高度(H)滿足以下關係式T/20＜W＜10TT/5＜H＜100T
20.根據權利要求18所述的微驅動器製造方法，其特徵在於所述電極不暴露在形成上部電極的底板上。
21.根據權利要求18所述的微驅動器製造方法，其特徵在於在穿過所述壓電體被浸蝕的部分的下部電極包有絕緣層。
22.根據權利要求18所述的微驅動器製造方法，其特徵在於所述壓電體具有至少兩個凹槽。
全文摘要
本發明是關於微驅動器及其製造方法。它由底板、電源引入線、壓電體及電極組成,在底板上表面與電源引入線相連接的一側形成凹槽,經過浸蝕,形成有平滑傾斜度側面的壓電體;上部電極形成於壓電體的頂部,並延長到有平滑傾斜度的側面,且與電源引入線相連接。這種結構提高了上部電極與電源引入線的連接性,因為通過浸蝕而形成的壓電體側面,具有從頂部到底板的平滑曲線形態,能夠把上部電極從壓電體的頂部經側面延長到底板。這種方法大大提高了壓電體與電源引入線連接的自由度。
文檔編號H01L41/09GK1262529SQ9912636
公開日2000年8月9日 申請日期1999年12月17日 優先權日1999年1月25日
發明者金日 申請人:三星電機株式會社