(57)【要約】【課題】歪みが抑制された圧電素子を製造する方法を提供すること。【解決手段】本発明にかかる圧電素子２００の製造方法は、第１金属材料層および該第１金属材料層を取り囲む第２金属材料層を有する第１グリーンシートを準備する工程と、第３金属材料層および該第３金属材料層を取り囲む第４金属材料層を有する第２グリーンシートを準備する工程と、前記第１グリーンシートと前記第２グリーンシートとを貼り合わすことにより、グリーンシート積層体を形成する工程と、前記グリーンシート積層体を焼成することにより、セラミックス積層体を形成する工程と、前記セラミックス積層体をダイシングする工程と、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属材料層および該第１金属材料層を取り囲む第２金属材料層を有する第１グリーンシートを準備する工程と、
第３金属材料層および該第３金属材料層を取り囲む第４金属材料層を有する第２グリーンシートを準備する工程と、
前記第１グリーンシートと前記第２グリーンシートとを貼り合わすことにより、グリーンシート積層体を形成する工程と、
前記グリーンシート積層体を焼成することにより、セラミックス積層体を形成する工程と、
前記セラミックス積層体をダイシングする工程と、
を含む、圧電素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２金属材料層は、平面視において、前記第１金属材料層を取り囲んでおり、
前記第４金属材料層は、平面視において、前記第３金属材料層を取り囲んでいる、圧電素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、網目形状を有する、圧電素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、ストライプ形状を有する、圧電素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、千鳥格子形状に形成されている、圧電素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
前記第２金属材料層および第４金属材料層は、枠形状を有する、圧電素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記第２金属材料層は、前記第１グリーンシートの辺と離間しており、
前記第４金属材料層は、前記第２グリーンシートの辺と離間している、圧電素子の製造方法。
【請求項８】
請求項６において、
前記第２金属材料層が有する前記枠形状の辺と、前記第１グリーンシートの辺とは重なっており、
前記第４金属材料層が有する前記枠形状の辺と、前記第２グリーンシートの辺とは重なっている、圧電素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、複数の金属部から構成され、
複数の前記金属部は、互いに離間している、圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか一項において、
前記セラミックス積層体を形成する工程において、前記焼成することにより、前記第１グリーンシートを第１セラミックスシートとし、前記第２グリーンシートを第２セラミックスシートとし、前記第１金属材料層を第１金属層とし、前記第２金属材料層を第２金属層とし、前記第３金属材料層を第３金属層とし、前記第４金属材料層を第４金属層とする、圧電素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第１金属層は、前記第１セラミックスシートの圧電素子形成領域に形成され、
前記第３金属層は、前記第２セラミックスシートの圧電素子形成領域に形成され、
前記セラミックス積層体をダイシングする工程は、前記第１セラミックスシートの前記圧電素子形成領域、前記第１金属層、前記第２セラミックスシートの前記圧電素子形成領域および前記第３金属層を含む積層体を切り出すように行われる、圧電素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０また請求項１１において、
前記第２金属層および前記第４金属層は、前記セラミックス積層体のダイシングされる領域内に形成される、圧電素子の製造方法。
【請求項１３】
第１セラミックスシートと、
前記第１セラミックスシート上に形成された第１金属層と、
前記第１セラミックスシート上に形成され、前記第１金属層を取り囲む第２金属層と、
前記第１セラミックスシート、前記第１金属層および前記第２金属層上に形成された第２セラミックスシートと、
前記第２セラミックスシート上に形成された第３金属層と、
前記第２セラミックスシート上に形成され、前記第３金属層を取り囲む第４金属層と、
を含む、電極付セラミックス積層体。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第２金属層は、平面視において、前記第１金属層を取り囲んでおり、
前記第４金属層は、平面視において、前記第３金属層を取り囲んでいる、電極付セラミックス積層体。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、網目形状を有する、電極付セラミックス積層体。
【請求項１６】
請求項１３または請求項１４において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、ストライプ形状を有する、電極付セラミックス積層体。
【請求項１７】
請求項１３または請求項１４において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、千鳥格子形状に形成されている、電極付セラミックス積層体。
【請求項１８】
請求項１３ないし請求項１７のいずれか一項において、
前記第２金属層および前記第４金属層は、枠形状を有する、電極付セラミックス積層体。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記第２金属層は、前記第１セラミックスシートの辺と離間しており、
前記第４金属層は、前記第２セラミックスシートの辺と離間している、電極付セラミックス積層体。
【請求項２０】
請求項１８において、
前記第２金属材料層が有する前記枠形状の辺と、前記第１セラミックスシートの辺とは重なっており、
前記第４金属材料層が有する前記枠形状の辺と、前記第２セラミックスシートの辺とは重なっている、電極付セラミックス積層体。
【請求項２１】
請求項１８ないし請求項２０のいずれか一項において、
前記第２金属層および前記第３金属層は、複数の金属部から構成され、
複数の前記金属部は、互いに離間している、電極付セラミックス積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の製造方法および電極付セラミックス積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械変換を行う素子として、層状の圧電体の間に複数の電極が形成された圧電素子が知られている。圧電素子に用いられる圧電体としては、圧電性が良好である等の理由により、高温で焼成されたセラミックス系の材料（たとえばペロブスカイト型化合物の焼結体）が用いられることがある。このようなセラミックス系の積層型の圧電素子は、グリーンシートと称する未焼成のセラミックスのシートを用いて製造されることが多い。
【０００３】
グリーンシートとは、たとえば、セラミックス粒子およびバインダー等を分散させたスラリーを平面に展開させて溶媒等を除去した状態のシートである。このようなグリーンシートは、焼成することによってセラミックスシートに変化することができる。たとえば、特開平０９−１１５７６６号公報には、電極一体型グリーンシートと称する複数のグリーンシートを圧着積層させ、焼成して積層セラミック電子部品と称する圧電素子を製造する方法の一部が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−１１５７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属材料の層（焼成することによって電極となるものを含む）が形成されたグリーンシートは、焼成することにより形状が歪んでしまうことがあった。シートの歪みは、得られる積層型の圧電素子の性能や歩留まりの低下の原因となることがあった。このような現象は、金属材料の収縮率のほうがグリーンシートの収縮率よりも大きいことに起因していることが分かってきた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【０００７】
本発明にかかる圧電素子の製造方法の一態様は、
第１金属材料層および該第１金属材料層を取り囲む第２金属材料層を有する第１グリーンシートを準備する工程と、
第３金属材料層および該第３金属材料層を取り囲む第４金属材料層を有する第２グリーンシートを準備する工程と、
前記第１グリーンシートと前記第２グリーンシートとを貼り合わすことにより、グリーンシート積層体を形成する工程と、
前記グリーンシート積層体を焼成することにより、セラミックス積層体を形成する工程と、
前記セラミックス積層体をダイシングする工程と、
を含む。
【０００８】
このようにすれば、積層されたグリーンシートを焼成する際の歪みが抑制され、良好な圧電素子を製造することができる。
【０００９】
本発明の圧電素子の製造方法において、
前記第２金属材料層は、平面視において、前記第１金属材料層を取り囲んでおり、
前記第４金属材料層は、平面視において、前記第３金属材料層を取り囲んでいることができる。
【００１０】
本発明の圧電素子の製造方法において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、網目形状を有することができる。
【００１１】
本発明の圧電素子の製造方法において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、ストライプ形状を有することができる。
【００１２】
本発明の圧電素子の製造方法において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、千鳥格子形状に形成されていることができる。
【００１３】
本発明の圧電素子の製造方法において、
前記第２金属材料層および第４金属材料層は、枠形状を有することができる。
【００１４】
本発明の圧電素子の製造方法において、
前記第２金属材料層は、前記第１グリーンシートの辺と離間しており、
前記第４金属材料層は、前記第２グリーンシートの辺と離間していることができる。
【００１５】
本発明の圧電素子の製造方法において、
前記第２金属材料層が有する前記枠形状の辺と、前記第１グリーンシートの辺とは重なっており、
前記第４金属材料層が有する前記枠形状の辺と、前記第２グリーンシートの辺とは重なっていることができる。
【００１６】
本発明の圧電素子の製造方法において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、複数の金属部から構成され、
複数の前記金属部は、互いに離間していることができる。
【００１７】
本発明の圧電素子の製造方法において、
前記セラミックス積層体を形成する工程において、前記焼成することにより、前記第１グリーンシートを第１セラミックスシートとし、前記第２グリーンシートを第２セラミックスシートとし、前記第１金属材料層を第１金属層とし、前記第２金属材料層を第２金属層とし、前記第３金属材料層を第３金属層とし、前記第４金属材料層を第４金属層とすることができる。
【００１８】
本発明の圧電素子の製造方法において、
前記第１金属層は、前記第１セラミックスシートの圧電素子形成領域に形成され、
前記第３金属層は、前記第２セラミックスシートの圧電素子形成領域に形成され、
前記セラミックス積層体をダイシングする工程は、前記第１セラミックスシートの前記圧電素子形成領域、前記第１金属層、前記第２セラミックスシートの前記圧電素子形成領域および前記第３金属層を含む積層体を切り出すように行われることができる。
【００１９】
本発明の圧電素子の製造方法において、
前記第２金属層および前記第４金属層は、前記セラミックス積層体のダイシングされる領域内に形成されることができる。
【００２０】
本発明にかかる電極付セラミックス積層体の一態様は、
第１セラミックスシートと、
前記第１セラミックスシート上に形成された第１金属層と、
前記第１セラミックスシート上に形成され、前記第１金属層を取り囲む第２金属層と、
前記第１セラミックスシート、前記第１金属層および前記第２金属層上に形成された第２セラミックスシートと、
前記第２セラミックスシート上に形成された第３金属層と、
前記第２セラミックスシート上に形成され、前記第３金属層を取り囲む第４金属層と、
を含む。
【００２１】
このような電極付セラミックス積層体は、歪みが抑制されている。
【００２２】
本発明の電極付セラミックス積層体において、
前記第２金属層は、平面視において、前記第１金属層を取り囲んでおり、
前記第４金属層は、平面視において、前記第３金属層を取り囲んでいることができる。
【００２３】
本発明の電極付セラミックス積層体において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、網目形状を有することができる。
【００２４】
本発明の電極付セラミックス積層体において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、ストライプ形状を有することができる。
【００２５】
本発明の電極付セラミックス積層体において、
前記第２金属材料層および前記第４金属材料層は、千鳥格子形状に形成されていることができる。
【００２６】
本発明の電極付セラミックス積層体において、
前記第２金属層および前記第４金属層は、枠形状を有することができる。
【００２７】
本発明の電極付セラミックス積層体において、
前記第２金属層は、前記第１セラミックスシートの辺と離間しており、
前記第４金属層は、前記第２セラミックスシートの辺と離間していることができる。
【００２８】
本発明の電極付セラミックス積層体において、
前記第２金属材料層が有する前記枠形状の辺と、前記第１セラミックスシートの辺とは重なっており、
前記第４金属材料層が有する前記枠形状の辺と、前記第２セラミックスシートの辺とは重なっていることができる。
【００２９】
本発明の電極付セラミックス積層体において、
前記第２金属層および前記第３金属層は、複数の金属部から構成され、
複数の前記金属部は、互いに離間していることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態の製造工程を模式的に示す断面図。
【図２】実施形態の製造工程を模式的に示す断面図。
【図３】実施形態の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】実施形態のグリーンシート積層体１０を模式的に示す断面図。
【図５】実施形態のグリーンシート積層体１０を模式的に示す平面図。
【図６】実施形態のセラミックス積層体１１０を模式的に示す平面図。
【図７】実施形態のセラミックス積層体１１０を模式的に示す断面図。
【図８】実施形態の積層型圧電素子２００を模式的に示す斜視図。
【図９】実施形態のグリーンシート積層体２０を模式的に示す平面図。
【図１０】実施形態のグリーンシート積層体３０を模式的に示す平面図。
【図１１】実施形態のグリーンシート積層体４０を模式的に示す平面図。
【図１２】実施形態のグリーンシート積層体５０を模式的に示す平面図。
【図１３】実施形態のグリーンシート積層体６０を模式的に示す平面図。
【図１４】実施形態のグリーンシート積層体７０を模式的に示す平面図。
【図１５】実施形態の電極付セラミックス積層体１７０を模式的に示す平面図。
【図１６】実施形態の電極付セラミックス積層体１７０を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。
【００３２】
１．圧電素子の製造方法
本実施形態にかかる圧電素子の製造方法は、第１金属材料層および該第１金属材料層を取り囲む第２金属材料層を有する第１グリーンシートを準備する工程と、第３金属材料層および該第３金属材料層を取り囲む第４金属材料層を有する第２グリーンシートを準備する工程と、前記第１グリーンシートと前記第２グリーンシートとを貼り合わすことにより、グリーンシート積層体を形成する工程と、前記グリーンシート積層体を焼成することにより、セラミックス積層体を形成する工程と、前記セラミックス積層体をダイシングする工程と、を含む。
【００３３】
１．１．グリーンシートを用意する工程
図１は、本工程で用意されるグリーンシート２を模式的に示す断面図である。グリーンシート２は、フィルム状の形状を有する。グリーンシート２の厚みは、たとえば、１０〜３０μｍとすることができる。グリーンシート２の平面的な形状は限定されない。本実施形態では、平面的に見て矩形のグリーンシート２を用いる例を示す。
【００３４】
グリーンシート２は、一定の可塑性を有することができる。したがって、グリーンシート２は、外力を加えることによって、塑性変形することができる。グリーンシート２は、焼成されることによって、セラミックスのシートとなることができる。セラミックスとなったシートは、可塑性を有さない場合がある。グリーンシート２としては、たとえば、セラミックス原料を分散させたスラリーを、フィルム等の基材に塗布して乾燥させ、フィルムから剥離したものを挙げることができる。グリーンシート２は、フィルム等の基材に形成された状態のものを用意してもよい。グリーンシート２がフィルム等の基材に形成された状態であると、金属層形成工程等におけるグリーンシート２の取り扱いを容易にすることができる。
【００３５】
グリーンシート２の材質としては、焼成された場合に圧電特性を発現するセラミックスとなるものであれば特に限定されない。グリーンシート２は、たとえば、セラミックス粒子およびバインダーを乾燥させて固化させた状態のものを用いることができる。この場合のバインダーとしては、たとえば、ポリスチレン、セルロース、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等の高分子材料を用いることができる。グリーンシート２には、溶媒や界面活性剤等の他の化合物が含まれていてもよい。
【００３６】
グリーンシート２に含有されるセラミックス粒子としては、たとえば、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物の粒子を用いることができる。このような粒子の具体的な例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（以下、本明細書において「ＰＺＴ」と略すことがある。）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３）（以下、本明細書において「ＰＺＴＮ」と略すことがある。）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ビスマスナトリウム（（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などの粒子が挙げられる。これらのうち、グリーンシート２に含まれる粒子がＰＺＴおよびＰＺＴＮの粒子であると、焼成後の圧電性能が特に良好であるため好適である。このようなセラミックス粒子は、グリーンシート２が焼成された際に焼結され、圧電性を示すセラミックス（圧電体）を形成することができる。
【００３７】
１．２．第１金属材料層および第２金属材料層を形成する工程
図２は、グリーンシート２上に第１金属材料層４ａおよび第２金属材料層６ａが形成された状態を模式的に示す断面図である。
【００３８】
１．２．１．第１金属材料層
第１金属材料層４ａは、グリーンシート２上に形成される。第１金属材料層４ａは、焼成、ダイシング等の工程を経ることにより、圧電素子２００における電極である第１金属層４となる。第１金属材料層４ａが形成される位置は、圧電素子２００の位置と第１金属層４の配置とに依存する。第１金属材料層４ａは、焼成による変形が小さい位置（詳細は後述する）に形成されることが好ましく、少なくともグリーンシート２の平面視における周縁部２ｒを避けて設けられることが好ましい。本明細書では、グリーンシート２の周縁部２ｒとは、グリーンシート２を平面的に見たときのグリーンシート２の外周に沿う領域のことを指し、周縁部２ｒと周縁部２ｒ以外の領域との境界は、グリーンシート２の中央の点と外周の任意の点を結ぶ線分を設定したときに、該線分の外周側から０〜５０％の範囲内にあるものとする。第１金属材料層４ａの平面的な形状は、任意であるが、焼成による変形、ダイシングライン等を考慮した形状とすることが好ましい。第１金属材料層４ａの厚みは、たとえば、１〜２μｍとすることができる。
【００３９】
第１金属材料層４ａは、少なくとも焼成された後に導電性を示す材料で形成される。第１金属材料層４ａは、焼成前に導電性を有していてもよい。第１金属材料層４ａの材質としては、銀、パラジウム、白金、および金から選ばれる少なくとも１種の金属または合金を挙げることができる。第１金属材料層４ａは、複数の層の積層構造となっていてもよい。また、第１金属材料層４ａの材質としては、焼成により、銀、パラジウム、白金、および金から選ばれる少なくとも１種の金属または合金となる前駆体を挙げることができる。このような前駆体としては、これらの金属の粉末のペーストおよびスラリー等が挙げられる。第１金属材料層４ａが、金属の粉末のペーストおよびスラリー等で形成される場合は、該ペーストおよびスラリー等には、共粉（ともごな）と称されるセラミックスの粉末が含まれてもよい。この場合の共粉は、グリーンシート２に含まれるセラミックス粒子と同じ材質であることがより好ましい。第１金属材料層４ａが金属の粉末のペーストおよびスラリー等で形成される場合に、共粉が配合されると、焼成の際、第１金属材料層４ａの寸法の収縮をより小さくすることができる。また、共粉が配合されると、焼成の際の第１金属材料層４ａの寸法変化と、グリーンシート２の寸法変化とを近づけることができる。
【００４０】
第１金属材料層４ａは、材質が金属または合金等である場合は、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ等の成膜方法、およびフォトリソグラフィー等のパターニング法により形成されることができる。また、第１金属材料層４ａは、材質が金属の粉末のペーストおよびスラリー等である場合は、スクリーン印刷、凸版印刷、凹版印刷、インクジェット印刷、等の印刷法によって形成されることができる。これらのうち、印刷法によれば、極めて簡便に第１金属材料層４ａを形成することができる。
【００４１】
１．２．２．第２金属材料層
第２金属材料層６ａは、第１金属材料層４ａを平面視において取り囲むように形成される（図５参照）。第２金属材料層６ａは、連続している必要はない。また、第２金属材料層６ａは、切れ目等を有してもよく、また複数の第２金属材料層６ａによって第１金属材料層４ａを囲んでもよい。第２金属材料層６ａは、焼成されることによって、第２金属層６となる。第２金属層６は、たとえば圧電素子２００に関与しないダミー電極とすることができる。第２金属材料層６ａの平面的な形状は、任意であるが、焼成による変形、ダイシングライン等を考慮した形状とすることが好ましい。たとえば、第２金属材料層６ａは、枠形状を有するように形成される。枠形状の例として、第２金属材料層６ａは、第１金属部６１ａと、第１金属部６１ａに連結する第２金属部６２ａと、第２金属部６２ａに連結する第３金属部６３ａと、第３金属部６３ａおよび第１金属部６１ａに連結する第４金属部６４ａから構成されることができる。また、枠形状の例として、第２金属材料層６ａは、さらに、第２金属部６２ａと第４金属部６４ａとの間に形成され、第１金属部６１ａと第３金属部６３ａとを連結する第５金属部６５ａを含むことができる。また、枠形状の例として、図１４のような形状であってもよい。第２金属材料層６ａの厚みは、たとえば、１〜２μｍとすることができる。第２金属材料層６ａの厚みは、第１金属材料層４ａと同一とすることがより好ましい。このようにすれば、グリーンシート２を積層した際に、少なくとも第１金属材料層４ａの周囲の厚みをより均一にすることができる。
【００４２】
第２金属材料層６ａの材質は、任意である。第２金属材料層６ａの材質は、焼成された後に導電性を示すものを選択することができる。第２金属材料層６ａは、焼成前に導電性を有していてもよい。第２金属材料層６ａの材質は、第１金属材料層４ａの材質と同じにすることがより好ましい。第２金属材料層６ａの材質および第１金属材料層４ａの材質を同じにすれば、焼成の際の各金属材料層の収縮の程度を揃えることができるため、グリーンシート２の変形をより均一化することができる。また、第２金属材料層６ａの材質および第１金属材料層４ａの材質を同じにすれば、本工程で一度に第２金属材料層６ａおよび第１金属材料層４ａを形成することができる。
【００４３】
第２金属材料層４ａが金属の粉末のペーストおよびスラリー等で形成される場合は、該ペーストおよびスラリー等には、共粉と称されるセラミックスの粉末が含まれてもよい。この場合の共粉は、グリーンシート２に含まれるセラミックス粒子と同じ材質であることがより好ましい。第２金属材料層６ａが金属の粉末のペーストおよびスラリー等で形成される場合に、共粉が配合されると、焼成の際、第２金属材料層６ａの寸法の収縮をより小さくすることができる。また、共粉が配合されると、焼成の際の第２金属材料層６ａの寸法変化と、グリーンシート２の寸法変化とを近づけることができる。
【００４４】
第２金属材料層６ａは、材質が金属、合金等である場合は、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ等の成膜方法、およびフォトリソグラフィー等のパターニング法により形成されることができる。また、第２金属材料層６ａは、材質が金属の粉末のペーストおよびスラリー等である場合は、スクリーン印刷、凸版印刷、凹版印刷、インクジェット印刷、等の印刷法によって形成されることができる。これらのうち、印刷法によれば、極めて簡便に第２金属材料層６ａを形成することができる。
【００４５】
以上のような「１．１．グリーンシートを用意する工程」および「１．２．第１金属材料層および第２金属材料層を形成する工程」を経て、第１金属材料層および第１金属材料層を取り囲む第２金属材料層を有する第１グリーンシートを準備することができる。また、同様にして第３金属材料層および第３金属材料層を取り囲む第４金属材料層を有する第２グリーンシートを準備することができる。この場合、第１および第３金属材料層の平面的な配置、ならびに、第２および第４金属材料層の平面的な配置は、同じでも異なってもよい。
【００４６】
１．３．グリーンシート積層体を形成する工程
グリーンシート積層体１０は、「１．１．グリーンシートを用意する工程」および「１．２．第１金属材料層および第２金属材料層を形成する工程」で得られた第１金属材料層および第２金属材料層が形成された第１グリーンシート、および第３金属材料層および第４金属材料層が形成された第２グリーンシートを貼り合わすことにより形成される。
【００４７】
本工程において、各グリーンシートの積層の数、順序、各金属材料層の配置等は任意であるため、以下、単に、第１金属材料層４ａおよび第２金属材料層６ａが形成されたグリーンシート２を貼り合わせる態様について説明する。
【００４８】
図３は、グリーンシート２を貼り合わせる様子を模式的に示す断面図である。図４は、グリーンシート積層体１０を模式的に示す断面図である。
【００４９】
本工程では、グリーンシート２を、たとえば図３に示すように貼り合わせる。グリーンシート２の数および貼り合わせる順序は、任意である。また、グリーンシート２の金属材料層が形成された面は、上側としても下側としてもよい。また、図３の例では、最上層のグリーンシート２上の金属材料層は、上面に露出しているが、該最上層のグリーンシート２の上にさらに、金属材料層が形成されていない他のグリーンシートを貼り合わしてもよい。第２金属材料層６ａは、グリーンシート２を貼り合わせる際の位置あわせ（アライメント）のために利用することができる。また、各グリーンシート２には、アライメントのためのマークが形成されていてもよい。
【００５０】
グリーンシート２を貼り合わせる際、各グリーンシート２における第１金属材料層４ａが形成される位置は、互いに異なっていてもよい。すなわち、複数のグリーンシート２の各々に形成される金属材料層は、互いに異なるパターンを有していてもよい。各グリーンシート２における第１金属材料層４ａが形成される位置を変えることによって、たとえば、圧電素子２００の内部に形成される第１金属層４の位置および形状を制御することができる。また、グリーンシート２を貼り合わせる際、各グリーンシート２における第２金属材料層６ａが形成される位置は、異なっていてもよいが、同じであることがより好ましい。各グリーンシート２における第２金属材料層６ａが形成される位置を同じとすることによって、積層した際の積層体の厚みの不均一をさらに抑制することができる。
【００５１】
複数のグリーンシート２が積層されることによって、各金属材料層の少なくとも一部が積層体の内部に形成される。これにより、グリーンシート積層体１０が形成される。必要に応じて、図３に示すように、グリーンシート積層体１０をプレス成型機ｐによってプレス成形することができる。また、必要に応じて、１層ごとにプレス成形してもよい。この場合、プレス成形は、適宜加熱して行うこともできる。このようにすれば、たとえば、グリーンシート積層体１０の内部の空隙を減少させることができる。グリーンシート２は、可塑性を有しているため、プレス成形することにより変形することができる。したがって、図４に示すような、グリーンシート２が圧接された一体的なグリーンシート積層体１０を形成することができる。図４に示す破線は、グリーンシート２が圧接された箇所を示している。
【００５２】
図５は、以上のようにして形成されたグリーンシート積層体１０を模式的に示す平面図である。図５のＡ−Ａ線断面は、図４に相当する。図５の例では、各グリーンシートにおいて、第１金属材料層４ａの３つが１組となり、２組の第１金属材料層４ａの組が、それぞれ第２金属材料層６ａに取り囲まれている。
【００５３】
１．４．セラミックス積層体を形成する工程
図６は、セラミックス積層体１１０を模式的に示す平面図である。図７は、セラミックス積層体１１０を模式的に示す断面図である。
【００５４】
本工程は、グリーンシート積層体１０を焼成することにより行われる。これにより、グリーンシート２は、セラミックスのシートとなり、第１金属材料層４ａは、第１金属層４となり、第２金属材料層６ａは、第２金属層６となる。こうして、図６および図７に示すようなセラミックス積層体１１０が形成される。
【００５５】
グリーンシート積層体１０の焼成は、熱処理によって行われる。熱処理は、グリーンシート２がセラミックスのシートとなる温度、以上の温度で行われるかぎり限定されない。本工程の熱処理は、複数回に分けて行ってもよい。たとえば、グリーンシート２に含まれるバインダー等を除去するための仮焼成と、セラミックス粒子を焼結、結晶化させるための本焼成とに分けて行ってもよい。このようにする場合は、仮焼成の温度は、たとえば、３００〜６００℃とすることができる。本焼成（結晶化）の温度は、たとえば、７００〜１３００℃で行われることができる。
【００５６】
グリーンシート積層体１０には、上述の通り、第１金属材料層４ａおよび第２金属材料層６ａが形成されている。本工程の熱処理によって、第１金属材料層４ａおよび第２金属材料層６ａは、それぞれ第１金属層４および第２金属層６となる。第１金属層４は、導電性を有し、圧電素子２００の駆動用の電極となることができる。第２金属層６は、第１金属層４を取り囲むように形成され、たとえば、ダミー電極となることができる。
【００５７】
本工程の加熱は、種々の方法によって行われることができる。本工程で用いることができる加熱方法としては、ホットプレートによる加熱、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）による加熱、光等の電磁波による加熱、およびオーブン（炉）による加熱などを例示することができる。本工程をオーブン（炉）を用いて行う場合には、たとえば、オーブン（炉）にグリーンシート積層体１０を導入して、所定の温度になるまで加熱して行うことができる。
【００５８】
以上のようにして、図６および図７に示すようなセラミックス積層体１１０が形成される。既に述べたように、第１金属材料層４ａおよび第２金属材料層６ａは、焼成されることによって、収縮する場合がある。図６のセラミックス積層体１１０は、収縮の様子を誇張して描いてある。セラミックス積層体１１０は、図７に示すように、圧電性を有するセラミックスの内部に、複数の第１金属層４が形成された構造を有している。なお、セラミックス積層体１１０のセラミックスは、圧接されたグリーンシート２を焼成して得ているが、焼成により互いに接合して一体的となることができる。
【００５９】
１．５．セラミックス積層体をダイシングする工程
図８は、本工程を経て得られる圧電素子２００を模式的に示す斜視図である。
【００６０】
本工程では、セラミックス積層体１１０をダイシングして個片化する。すなわち、本工程は、圧電素子２００となる積層体（２００）を切り出すように行われる。図６および図７には、ダイシングライン８が描かれている。本工程は、ダイシング装置を用いて行うことができる。ダイシングライン８の幅は任意である。ダイシングライン８の内側の領域は、セラミックス積層体１１０が除去される領域である。ダイシングライン８の領域内の物質が除去される結果、図８に示すような、個片化された圧電素子２００を形成することができる。
【００６１】
セラミックス積層体１１０には、ダイシングライン８を決定するためのダイサーマークが設けられていてもよい。このようなマークは、たとえば、第１金属材料層４ａおよび第２金属材料層６ａをグリーンシート２に形成する際に同時に設けてもよい。また、このようなマークは、セラミックス積層体１１０に別途新たに設けられてもよい。
【００６２】
以上のようにして図８に示すような圧電素子２００を製造することができる。
【００６３】
１．６．焼成における寸法変化
本実施形態の圧電素子２００の製造方法において、グリーンシート積層体１０を焼成してセラミックス積層体１１０を得る工程では、各金属材料層とグリーンシートとが同時に焼成される。既に述べたが、金属材料層は、焼成されて金属層となる間に、寸法の収縮が生じることがある。そのため、結果として、図６に示すように、セラミックス積層体１１０が、歪む場合がある。
【００６４】
発明者の検討によると、各金属材料層は、グリーンシートがセラミックスに変性する温度よりも低い温度で収縮し、そのため、焼成時の昇温過程において、金属層（金属材料層）の収縮が先行して生じ、この収縮に追従してグリーンシートが変形することが分かってきた。このようなメカニズムにより、焼成後の金属層の周囲のセラミックスには歪みが生じやすいことが分かってきた。
【００６５】
本実施形態の製造方法では、焼成時に仮に、各金属材料層が収縮したとしても、第１金属材料層４ａの周囲に第２金属材料層６ａが配置されているため、少なくとも第１金属材料層４ａの周囲のグリーンシート２の歪みが第２金属材料層６ａによって均一化される。すなわち、本実施形態の製造方法によれば、第２金属材料層６ａを第１金属材料層４ａの周囲に配置した状態で焼成することにより、第１金属層４の周囲のセラミックスの歪みを均一化することができる。
【００６６】
また、グリーンシート２の歪みは、周縁部２ｒにおいて生じやすいため、第１金属材料層４ａは、グリーンシート２の周縁部２ｒを避けて設けられることがさらに好ましい。
【００６７】
また、発明者の検討によれば、圧電素子２００の特性において、第１金属層４の周囲の歪みが均一化されていれば、焼成前後の寸法の変化は問題となりにくいことが分かってきた。すなわち、本実施形態の製造方法によれば、仮に各金属材料層の収縮が生じたとしても、焼成前後において第１金属層４の周囲のセラミックスを相似形となるように収縮させることができるため、圧電素子２００の性能や歩留まりの低下を抑制することができる。
【００６８】
１．７．変形例
本実施形態の圧電素子の製造方法は、種々の変形実施を行うことができる。以下に示す変形例は、「１．２．第１金属材料層および第２金属材料層を形成する工程」における第２金属材料層６ａの態様が異なる以外は、上述のグリーンシート積層体１０と同様である。したがって、第２金属材料層６ａ以外の部材についての説明を省略する。また、変形例における他の工程については上述したと同様である。
【００６９】
図９ないし図１４は、本実施形態の変形例にかかるグリーンシート積層体を模式的に示す平面図である。図１５は、本実施形態の変形例にかかるグリーンシート積層体７０を焼成した電極付セラミックス積層体１７０を模式的に示す平面図である。
【００７０】
本実施形態の圧電素子の製造方法は、第２金属材料層６ａを網目状に形成する変形を行うことができる。図９に示すように、変形例にかかるグリーンシート積層体２０の第２金属材料層６ａは、平面的に見て網目状となっている。第２金属材料層６ａの網目の形状、ピッチおよび幅は任意である。
【００７１】
本実施形態の圧電素子の製造方法は、第２金属材料層６ａをストライプ状に形成する変形を行うことができる。図１０に示すように、変形例にかかるグリーンシート積層体３０の第２金属材料層６ａは、平面的に見てストライプ状となっている。第２金属材料層６ａのストライプの方向、ピッチおよび幅は任意である。
【００７２】
本実施形態の圧電素子の製造方法は、第２金属材料層６ａを千鳥格子状に形成する変形を行うことができる。図１１に示すように、変形例にかかるグリーンシート積層体４０の第２金属材料層６ａは、平面的に見て千鳥格子状（チェッカー状）となっている。第２金属材料層６ａの千鳥格子の方向、粗さおよびピッチは任意である。
【００７３】
上述のグリーンシート積層体２０ないしグリーンシート積層体４０のいずれの例においても、第１金属材料層４ａの周囲に第２金属材料層６ａが配置されている。よって、少なくとも第１金属材料層４ａの周囲のグリーンシート２の歪みを均一化することができる。また、上述したように、第２金属材料層６ａは、焼成により第２金属層６となり、圧電素子２００の第１金属層４とはならない。したがって、これらの変形例の態様を採ることにより、第２金属材料層６ａの量を減少させることができ、製造コストを低減することができる。
【００７４】
本実施形態の圧電素子の製造方法は、第２金属材料層６ａを、第１金属材料層４ａを取り囲みかつグリーンシート２に全面的に形成する変形を行うことができる。図１２に示すように、変形例にかかるグリーンシート積層体５０の第２金属材料層６ａは、平面的に見て第１金属材料層４ａの周囲を除いた、グリーンシート２の全体に形成されている。本変形例においても、第１金属材料層４ａの周囲に第２金属材料層６ａが配置されている。よって、少なくとも第１金属材料層４ａの周囲のグリーンシート２の歪みを均一化することができる。その上、本変形例では、焼成時にグリーンシート２の全体が変形を受けることができるため、圧電素子２００のセラミックス全体において歪みをさらに減少させることができる。
【００７５】
本実施形態の圧電素子の製造方法は、第２金属材料層６ａを、グリーンシート２の周縁部２ｒに形成する変形を行うことができる。図１３に示すように、変形例にかかるグリーンシート積層体６０の第２金属材料層６ａは、平面的に見てグリーンシート２の周縁部２ｒに形成されている。図１３に示す例では、第２金属材料層６ａは、第１金属材料層４ａを取り囲んでいる。また、第２金属材料層６ａは、複数形成され、全体として第１金属材料層４ａを取り囲むように形成されている。具体的には、グリーンシート２のそれぞれの辺に沿って、第１金属部６１ａ、第２金属部６２ａ、第３金属部６３ａおよび第４金属部６４ａが形成されており、かつ、第１金属部６１ａ、第２金属部６２ａ、第３金属部６３ａおよび第４金属部６４ａは、それぞれが互いに離間している。本変形例においても、グリーンシート２の周縁部２ｒにおいて、第１金属材料層４ａの周囲に第２金属材料層６ａが配置されている。よって、少なくとも第１金属材料層４ａの周囲のグリーンシート２の歪みを均一化することができる。
【００７６】
本実施形態の圧電素子の製造方法は、第２金属材料層６ａを、第１金属材料層４ａを取り囲み、かつ焼成された後の第２金属層６がダイシングライン８の内側となるように形成する変形を行うことができる。図１４に示す変形例にかかるグリーンシート積層体７０は、焼成されることにより、図１５に示す電極付セラミックス積層体１７０となる。電極付セラミックス積層体１７０は、ダイシングライン８の内側に第２金属層６が形成されている。上述の通り第２金属層６は、第２金属材料層６ａが焼成された結果である。変形例にかかるグリーンシート積層体７０には、第２金属材料層６ａが焼成後の第２金属層６がダイシグライン８の内側となるように形成されることができる。このような第２金属材料層６ａは、たとえば第２金属材料層６ａの収縮の程度をあらかじめ実験等によって把握し、第２金属層６が形成される位置の予測に基づいて配置されることができる。本変形例においても、第１金属材料層４ａの周囲に第２金属材料層６ａが配置されている。よって、少なくとも第１金属材料層４ａの周囲のグリーンシート２の歪みを均一化することができる。また、第２金属材料層６ａは、焼成により第２金属層６となり、たとえば、第２金属層６をダイシング工程におけるダイサーマークとして利用することができる。
【００７７】
本実施形態の圧電素子の製造方法は、少なくとも上述の変形例の態様を採ることができる。上述した変形例は、単独、または、複数の変形例を組み合わせて本実施形態の製造方法に適用することができる。そしてそれぞれの変形例による効果、および組み合わせによる相乗的な効果を奏することができる。
【００７８】
２．電極付セラミックス積層体
図１５は、本実施形態の電極付セラミックス積層体の一例である電極付セラミックス積層体１７０を模式的に示す平面図である。図１６は、電極付セラミックス積層体１７０を模式的に示す断面図である。図１５のＢ−Ｂ線の断面が図１６に相当する。
【００７９】
本実施形態の電極付セラミックス積層体１７０は、セラミックス層１７２および金属層７４が積層された構成を有する。セラミックス層１７２および金属層１７４の層数、および積層の順序は、特に限定されない。図１６の例では、セラミックス層１７２および金属層１７４が５層ずつ交互に積層されている。
【００８０】
セラミックス層１７２は、層状の形状を有する。セラミック層１７２の平面的な形状は任意である。セラミックス層１７２は、圧電性を有するセラミックスからなることができる。セラミックス層１７２の材質としては、たとえば、ＰＺＴ、ＰＺＴＮ、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、ニオブ酸カリウムナトリウムなどを挙げることができる。
【００８１】
金属層１７４は、層状の形状を有する。金属層１７４は、連続的に形成される必要はない。金属層１７４は、図示の例のように、層内で複数に分割されていてもよい。金属層１７４が層内で分割されている場合は、金属層１７４の領域にセラミックス層１７２のセラミックスの一部が配置されてもよい。金属層１７４は、第１金属層４および第２金属層６を含む。第２金属層６は、平面視において、第１金属層４を取り囲むように配置されている。第１金属層４は、上述した第１金属層４と実質的に同様であるため、説明を省略する。第２金属層６は、以下に説明する配置以外は、上述した第２金属層６と実質的に同様であるため、説明を省略する。
【００８２】
第２金属層６は、素子領域９を区画するダイシングライン８の内側に形成される。素子領域９は、電極付セラミックス積層体１７０がダイシングされたときに個片となる領域である。素子領域９は、たとえば圧電素子となる領域である。電極付セラミックス積層体１７０の場合は、素子領域９に第１金属層４が配置されている。ダイシングライン８は、任意に配置されることができる。電極付セラミックス積層体１７０のダイシングライン８の内側の領域は、ダイシングによって除去されることとなる。
【００８３】
本実施形態の電極付セラミックス積層体１７０において、第２金属層６は、第１金属層４を取り囲んでいる。そのため、素子領域９のセラミックス層１７２の歪みが抑制されている。また、本実施形態の電極付セラミックス積層体１７０では、第２金属層６は、ダイシングライン８の内側に形成されている。そのため、たとえば、ダイシングされる際のバリを抑制することができる。また、たとえば、第２金属層６をダイシング工程におけるダイサーマークとして利用することができる。
【００８４】
本実施形態の電極付セラミックス積層体１７０においても、第２金属層６は、「１．８．変形例」で述べた第２金属材料層６ａと同様の変形が可能である。たとえば、第２金属層６は、平面視において、千鳥格子状の形状を有することができる。このようにすれば、ダイシングによって除去される金属材料の量を削減することができる。
【００８５】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００８６】
２…グリーンシート、２ｒ…周縁部、４…第１金属層、４ａ…第１金属材料層、
６…第２金属層、６ａ…第２金属材料層、８…ダイシングライン、
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０…グリーンシート積層体、
６１ａ…第１金属部、６２ａ…第２金属部、６３ａ…第３金属部、６４ａ…第４金属部、
６５ａ…第５金属部、１１０，１７０…電極付セラミックス積層体、
１７２…セラミックス層、１７４…金属層、２００…圧電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010245116.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2010245116.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2010245116.tif 000016
【図１５】
2010245116.tif 000017
【図１６】
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