(57)【要約】【課題】電極に対して容易に配線を行うことができると共に、応力による絶縁層の破損の少ない積層構造体等を提供する。【解決手段】第１の絶縁領域２ａが設けられた第１電極層２と、圧電材料層１と、第１の絶縁領域とは異なる位置に第２の絶縁領域３ａが設けられた第２電極層３とが所定の順序で複数回に渡って積層されている積層体と、第２電極層３に設けられた第２の絶縁領域３ａを通り、第１電極層２に貫くように形成された垂直配線４と、第１電極層２に設けられた第１の絶縁領域２ａを通り、第２電極層３を貫くように形成された垂直配線５とを含む。【選択図】  図１
2004356206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の絶縁領域が設けられた第１の電極層と、圧電材料層と、前記第１の絶縁領域とは異なる位置に第２の絶縁領域が設けられた第２の電極層とが所定の順序で複数回に渡って積層されている積層体と、
前記第２の電極層に設けられた前記第２の絶縁領域を通り、前記第１の電極層に貫くように形成された第１の配線と、
前記第１の電極層に設けられた前記第１の絶縁領域を通り、前記第２の電極層を貫くように形成された第２の配線と、
を具備する積層構造体。
【請求項２】
前記積層体の最下層と最上層との内の少なくとも一方に圧電材料層が設けられている、請求項１記載の積層構造体。
【請求項３】
前記積層体の最下層と最上層との内の少なくとも一方に設けられた前記圧電材料層が、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に配置されている圧電材料層よりも厚い、請求項２記載の積層構造体。
【請求項４】
前記第１の配線と前記第２の配線との内の少なくとも一方が、前記積層体の最下層と最上層との内の少なくとも一方に設けられた前記圧電材料層の途中まで形成されている、請求項２又は３記載の積層構造体。
【請求項５】
前記第１の配線及び前記第２の配線が、前記積層体に形成された貫通孔に充填された金属材料によって形成されている、請求項１〜４のいずれか１項記載の積層構造体。
【請求項６】
前記第１の配線と前記第２の配線との内の少なくとも一方が、前記積層体のエッジにかかるように形成されている、請求項５記載の積層構造体。
【請求項７】
２次元に配列された複数の積層体であって、各々の積層体が、第１の絶縁領域が設けられた第１の電極層と、圧電材料層と、前記第１の絶縁領域とは異なる位置に第２の絶縁領域が設けられた第２の電極層とが所定の順序で複数回に渡って積層されている積層体を含む、前記複数の積層体と、
各々が、前記第２の電極層に設けられた前記第２の絶縁領域を通り、前記第１の電極層を貫くように設けられた、複数の第１の配線と、
各々が、前記第１の電極層に設けられた前記第１の絶縁領域を通り、前記第２の電極層を貫くように設けられた、複数の第２の配線と、
を具備する積層構造体。
【請求項８】
前記複数の積層体の間に絶縁材料が充填され、
前記複数の第１の配線と前記複数の第２の配線との内の少なくとも一方が、前記複数の積層体と前記絶縁材料との境界を通るように設けられている、
請求項７記載の積層構造体。
【請求項９】
第１の絶縁領域が設けられた第１の電極層と、圧電材料層と、前記第１の絶縁領域とは異なる位置に第２の絶縁領域が設けられた第２の電極層とを、所定の順序で複数回に渡って積層することにより、積層体を形成するステップ（ａ）と、
前記第１の電極層に設けられた前記第１の絶縁領域を通ると共に、前記第２の電極層を貫くように、少なくとも１つの貫通孔を形成するステップ（ｂ）と、
前記第２の電極層に設けられた前記第２の絶縁領域を通ると共に、前記第１の電極層を貫くように、少なくとも１つの貫通孔を形成するステップ（ｃ）と、
ステップ（ｂ）及び（ｃ）においてそれぞれ形成された貫通孔に金属を充填するステップ（ｄ）と、
を具備する積層構造体の製造方法。
【請求項１０】
第１群の絶縁領域が設けられた第１の電極層と、圧電材料層と、前記第１群の絶縁領域とは異なる位置に第２群の絶縁領域が設けられた第２の電極層とを、所定の順序で複数回に渡って積層することにより、積層体を作製するステップ（ａ）と、
前記第１の電極層に設けられた前記第１群の絶縁領域をそれぞれ通ると共に、前記第２の電極層を貫くように、第１群の貫通孔を形成するステップ（ｂ）と、
前記第２の電極層に設けられた前記第２群の絶縁領域をそれぞれ通ると共に、前記第１の電極層を貫くように、第２群の貫通孔を形成するステップ（ｃ）と、
前記第１群の貫通孔に金属を充填することにより、複数の第１の配線を形成すると共に、前記第２群の貫通孔に金属を充填することにより、複数の第２の配線を形成するステップ（ｄ）と、
前記積層体に溝を形成することにより、前記積層体を部分的に分割するステップ（ｅ）と、
ステップ（ｅ）において形成された溝に絶縁材料を充填するステップ（ｆ）と、
を具備する積層構造体の製造方法。
【請求項１１】
第１群の絶縁領域が設けられた第１の電極層と、圧電材料層と、前記第１群の絶縁領域とは異なる位置に第２群の絶縁領域が設けられた第２の電極層とを、所定の順序で複数回に渡って積層することにより、積層体を作製するステップ（ａ）と、
前記積層体に溝を形成することにより、前記積層体を部分的に分割するステップ（ｂ）と、
ステップ（ｂ）において形成された溝に絶縁材料を充填するステップ（ｃ）と、
前記第１の電極層に設けられた前記第１群の絶縁領域と前記絶縁材料との境界、及び、前記第２の電極層と前記絶縁材料との境界を通るように、複数の貫通孔を形成するステップ（ｄ）と、
前記第２の電極層に設けられた前記第２群の複数の絶縁領域と前記絶縁材料との境界、及び、前記第１の電極層と前記絶縁材料との境界を通るように、複数の貫通孔を形成するステップ（ｅ）と、
ステップ（ｄ）及び（ｅ）において形成された複数の貫通孔に金属を充填することにより、複数の配線を形成するステップ（ｆ）と、
を具備する積層構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記積層体をカットすることにより、前記積層体を前記絶縁材料によって保持される複数の部分に分離するステップをさらに含む請求項１０又は１１記載の積層構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁体と電極とが交互に積層されている積層構造体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁体（誘電体）と電極とが交互に形成されている積層構造は、積層コンデンサの他にも、圧電ポンプ、圧電アクチュエータ、超音波トランスデューサ等の様々な用途に利用されている。近年、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）関連の機器の開発に伴い、このような積層構造を有する素子の微細化及び集積化がますます進んでいる。
【０００３】
対向電極を有する素子の微細化においては、素子の面積を小さくすると電極間の容量が小さくなるので、素子の電気インピーダンスが上昇するという問題が生じている。例えば、圧電アクチュエータにおいて電気インピーダンスが上昇すると、圧電アクチュエータを駆動するための信号回路とのインピーダンスマッチングが取れなくなって電力が供給され難くなり、圧電アクチュエータとしての性能が落ちてしまう。或いは、圧電素子を用いた超音波トランスデューサにおいては、超音波の検出感度が落ちてしまう。そのため、素子を微細化しつつ電極間容量を大きくするために、複数の圧電材料層と複数の電極層とを交互に積層することが行われている。即ち、積層された複数の層を並列に接続することにより、素子全体の電極間容量を大きくすることができる。
【０００４】
このような積層構造体においては、複数の電極層を互いに接続するために、積層構造体の側面から配線が行われる。図１４は、積層構造体の一般的な配線方法を説明するための断面図である。積層構造体１００は、複数の圧電材料層１０１と、複数の電極層１０２及び１０３と、側面電極１０４及び１０５とを含んでいる。電極１０２及び１０３は、その一端が積層構造体の一方の壁面まで延びるように形成されている。このように形成することにより、電極１０２及び１０３は、一方の側面電極１０４及び１０５とそれぞれ接続され、他方の側面電極１０５及び１０４とそれぞれ絶縁される。これらの側面電極１０４と側面電極１０５との間に電位差を与えることにより、電極１０２と電極１０３の間に配置された圧電材料層１０１に電圧が印加され、圧電効果によって圧電材料層１０１が伸縮する。
【０００５】
ところで、図１４に示すように、電極１０２及び１０３には、一方の側面電極と絶縁するために、電極が形成されていない絶縁領域１０６が設けられている。この絶縁領域１０６は、積層構造体１００に電圧を印加しても伸縮しない。そのため、この部分に応力が集中して破損し易いという問題が生じている。
【０００６】
積層構造体における他の配線方法として、特許文献１には、個別に制御される多数の電極を持つ圧電・電歪体を有する多電極圧電デバイスの配線方法であって、圧電・電歪体の表面に外部接続用電極が形成された電気回路基板もしくは電子回路基板の一部もしくは全部を絶縁性材料で被覆し、外部接続用電極上に被覆された絶縁性材料を除去してその表面上に配線パターンを形成し、所望の電極と配線の導通を確保することが開示されている。しかしながら、このような方法を用いてアレイ化された多数の積層構造体にそれぞれ配線することは煩雑であり、特に、積層構造体が２次元に配列されている場合には、配線を行うことが困難である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１１８３０５号公報（第１頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、電極に対して容易に配線を行うことができると共に、応力による絶縁層の破損の少ない積層構造体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る積層構造体は、第１の絶縁領域が設けられた第１の電極層と、圧電材料層と、第１の絶縁領域とは異なる位置に第２の絶縁領域が設けられた第２の電極層とが所定の順序で複数回に渡って積層されている積層体と、上記第２の電極層に設けられた第２の絶縁領域を通り、上記第１の電極層を貫くように形成された第１の配線と、上記第１の電極層に設けられた第１の絶縁領域を通り、上記第２の電極層を貫くように形成された第２の配線とを具備する。
【００１０】
本発明の第２の観点に係る積層構造体は、２次元に配列された複数の積層体であって、各々の積層体が、第１の絶縁領域が設けられた第１の電極層と、圧電材料層と、第１の絶縁領域とは異なる位置に第２の絶縁領域が設けられた第２の電極層とが所定の順序で複数回に渡って積層されている積層体を含む、上記複数の積層体と、各々が、第２の電極層に設けられた第２の絶縁領域を通り、上記第１の電極層を貫くように設けられた、複数の第１の配線と、各々が、第１の電極層に設けられた第１の絶縁領域を通り、上記複数の第２の電極層を貫くように設けられた、複数の第２の配線とを具備する。
【００１１】
また、本発明の第１の観点に係る積層構造体の製造方法は、第１の絶縁領域が設けられた第１の電極層と、圧電材料層と、第１の絶縁領域とは異なる位置に第２の絶縁領域が設けられた第２の電極層とを、所定の順序で複数回に渡って積層することにより、積層体を形成するステップ（ａ）と、第１の電極層に設けられた第１の絶縁領域を通ると共に、上記第２の電極層を貫くように、少なくとも１つの貫通孔を形成するステップ（ｂ）と、第２の電極層に設けられた第２の絶縁領域を通ると共に、上記第１の電極層を貫くように、少なくとも１つの貫通孔を形成するステップ（ｃ）と、ステップ（ｂ）及び（ｃ）においてそれぞれ形成された貫通孔に金属を充填するステップ（ｄ）とを具備する。
【００１２】
本発明の第２の観点に係る積層構造体の製造方法は、第１群の絶縁領域が設けられた第１の電極層と、圧電材料層と、第２群の絶縁領域とは異なる位置に第２群の絶縁領域が設けられた第２の電極層とを、所定の順序で複数回に渡って積層することにより、積層体を作製するステップ（ａ）と、第１の電極層に設けられた第１群の絶縁領域をそれぞれ通ると共に、第２群の電極層を貫くように、第１群の貫通孔を形成するステップ（ｂ）と、第２の電極層に設けられた第２群の絶縁領域をそれぞれ通ると共に、第１の電極層を貫くように、第２群の貫通孔を形成するステップ（ｃ）と、第１群の貫通孔に金属を充填することにより、複数の第１の配線を形成すると共に、第２群の貫通孔に金属を充填することにより、複数の第２の配線を形成するステップ（ｄ）と、積層体に溝を形成することにより、積層体を部分的に分割するステップ（ｅ）と、ステップ（ｅ）において形成された溝に絶縁材料を充填するステップ（ｆ）とを具備する。
【００１３】
本発明の第３の観点に係る積層構造体の製造方法は、第１群の絶縁領域が設けられた第１の電極層と、圧電材料層と、第１群の絶縁領域とは異なる位置に第２群の絶縁領域が設けられた第２の電極層とを、所定の順序で複数回に渡って積層することにより、積層体を作製するステップ（ａ）と、積層体に溝を形成することにより、該積層体を部分的に分割するステップ（ｂ）と、ステップ（ｂ）において形成された溝に絶縁材料を充填するステップ（ｃ）と、第１の電極層に設けられた第１群の絶縁領域と上記絶縁材料との境界、及び、第２の電極層と上記絶縁材料との境界を通るように、複数の貫通孔を形成するステップ（ｄ）と、第２の電極層に設けられた第２群の絶縁領域と上記絶縁材料との境界、及び、第１の電極層と上記絶縁材料との境界を通るように、複数の貫通孔を形成するステップ（ｅ）と、ステップ（ｄ）及び（ｅ）において形成された複数の貫通孔に金属を充填することにより、複数の配線を形成するステップ（ｆ）とを具備する。
【００１４】
本発明によれば、圧電材料層と電極層とが積層された積層体の上面から貫通孔を形成し、そこに金属を充填することにより電極層を接続するので、２次元に配列された積層構造体においても容易に配線を行うことができる。また、電極層に設けられる絶縁領域を小さくすることができるので、その領域に応力が集中することによって生じる圧電材料層の破損を少なくすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１の（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る積層構造体の構造を示す概観図であり、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）のＩ−Ｉにおける断面図である。図１の（ａ）に示すように、積層構造体１０は、例えば、底面の一辺が０．３〜１．０ｍｍ程度、高さが１．０ｍｍ程度の微小な柱状の構造体である。積層構造体１０は、複数のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ（ｌｅａｄ）  ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  ｔｉｔａｎａｔｅ）層１と、複数の第１電極層２と、複数の第２電極層３と、垂直配線４及び５とを含んでいる。
【００１６】
第１電極層２と第２電極層３との間には、ＰＺＴ層１が配置されている。第１の電極層２及び第２電極層３を介してＰＺＴ層１に電圧を印加することにより、ＰＺＴ層１は圧電効果によって伸縮する。このようなＰＺＴ等の圧電材料を絶縁層（誘電体層）として用いる積層構造体は、圧電ポンプや、圧電アクチュエータや、超音波用探触子において超音波を送受信する超音波トランスデューサ等に用いられる。また、このような積層構造を有する構造体は、単層の構造体よりも、対向する電極の面積を増すことになるので、電気的インピーダンスを下げることができる。従って、単層の構造体と比較して、印加される電圧に対して効率良く動作する。
【００１７】
図１の（ｂ）に示すように、各々の第１電極層２の面内には、少なくとも１つの絶縁領域２ａが設けられている。本願において、絶縁領域２ａとは、第１電極層２において電極材料が除去されている領域のことをいう。同様に、各々の第２電極層３の面内には、少なくとも１つの絶縁領域３ａが設けられている。これらの絶縁領域２ａと絶縁領域３ａとは、それぞれの電極層の面内において互いに異なる位置に配置されている。
【００１８】
垂直配線４及び５は、例えば、直径が３０μｍ程度であり、望ましくは、２０μｍ以下の微細な配線である。垂直配線４及び５は、積層構造体１０の上面から、積層構造体１０に含まれる各積層面を貫くように微細孔を形成し、そこに金属等の電極材料を充填することによって形成されている。ここで、垂直配線４及び５は、各積層面に対して厳密に垂直である必要はない。垂直配線４は、ＰＺＴ層１及び第１電極層２を貫き、第２電極層３内の絶縁領域３ａを通過するように設けられている。また、垂直配線５は、ＰＺＴ層１及び第２電極層３を貫き、第１電極層２内の絶縁領域２ａを通過するように設けられている。このように垂直配線４及び５を配置することにより、複数の第１電極層２が、垂直配線４によって並列に接続されると共に、垂直配線５から絶縁される。同様に、複数の第２電極層３が、垂直配線５によって並列に接続されると共に、垂直配線４から絶縁される。
【００１９】
ここで、絶縁領域２ａ及び３ａの面積は、垂直配線４及び５が絶縁領域２ａ及び３ａの周縁の電極部分に接触しない程度に小さくする。例えば、絶縁領域２ａ及び３ａの直径を垂直配線４及び５の直径の２倍以下にすることが望ましい。
【００２０】
図２及び図３は、本実施形態に係る積層構造体の変形例を示す断面図である。
図２の（ａ）は、図１に示す積層構造体の最下層及び最上層に、ＰＺＴ層１ａ及び１ｂをそれぞれ設けたものである。このように、最下層又は最上層、或いは、その両方をＰＺＴ層とすることにより、電極層を保護することができる。ＰＺＴ層１ａ及び１ｂの厚さは、保護機能のために、第１電極層２と第２電極層３との間に配置されるＰＺＴ層１よりも厚くすることが望ましい。
【００２１】
垂直配線の長さについては、ＰＺＴ層１ａを貫通させても良く、図２の（ａ）に示すように、ＰＺＴ層１ａの途中で垂直配線４ａ及び５ａを止めても良い。或いは、図２の（ｂ）に示すように、接続する電極層２又は３まで垂直配線４ｂ又は５ｂを配置するものでも構わない。
【００２２】
本実施形態において、絶縁領域は、電極層面内の任意の位置に設けることができる。例えば、図２の（ｃ）においては、一方の電極層１１の端部に絶縁領域１１ａを設けると共に、一方の垂直配線１２を、積層構造体のエッジにかかるように設けている。絶縁領域をこのように配置することにより、その絶縁領域の面積を小さくすることができる。この変形例においては、第１電極層と第２電極層との内の一方において、絶縁領域を電極層の端部に設けているが、これらの電極層の両方において、絶縁領域を同様に配置しても良い。
【００２３】
本実施形態において、積層構造体に設けられる絶縁領域の形状は、円形に限られない。例えば、図３の（ａ）に示す絶縁領域１３のように、長円形や楕円形や、その他任意の形状を用いることができる。また、垂直配線１４の断面形状についても、円形に限られず、絶縁領域の形状に合わせて、長円形や楕円形や、その他任意の形状を用いも良い。さらに、図３の（ｂ）に示すように、１つの絶縁領域１５に、複数の垂直配線１６を設けても構わない。このように、垂直配線の形状や数を調節することにより、垂直配線と各電極層とを確実にコンタクトすることができる。
【００２４】
さらに、本実施形態において、１つの電極層に設けられる絶縁領域の数は１つに限られず、必要に応じて絶縁領域及び垂直配線の数を増やしても良い。例えば、図３の（ｃ）に示すように、電極層２２及び２４には、長さの異なる複数の垂直配線２６ａ及び２６ｂがそれぞれ接続されている。同様に、電極層２３及び２５には、長さの異なる複数の垂直配線２６ｃ及び２６ｄがそれぞれ接続されている。このような積層構造体において、垂直配線２６ａ〜２６ｄに接続されるスイッチを切り替えることにより、動作させるＰＺＴ層を変更することができる。例えば、垂直配線２６ａと２６ｃとの間に電位差を与えることにより、ＰＺＴ層２１ｂが動作する。また、垂直配線２６ａと２６ｄとの間に電位差を与えることにより、ＰＺＴ層２１ｂ〜２１ｄが動作する。このように、絶縁領域の数や位置、及び、垂直配線の位置や長さを変更することにより、所望のＰＺＴ層を活性化することが可能になる。
【００２５】
次に、本発明の第１の実施形態に係る積層構造体の製造方法について、図４〜図６を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係る積層構造体の製造方法を示すフローチャートである。また、図５及び図６は、本実施形態に係る積層構造体の製造方法を説明するための図である。
【００２６】
図４のステップＳ１において、図５の（ａ）に示すように、ＰＺＴ層１を形成する。本実施形態においては、ＰＺＴ層１をグリーンシート法によって形成するが、他の公知の方法を用いてＰＺＴ層１を形成しても良い。
【００２７】
次に、ステップＳ２において、図５の（ｂ）に示すように、ＰＺＴ層１の上の絶縁領域２ａを除く領域に、貼り合わせやスクリーン印刷法等の公知の成膜方法を用いて第１電極層２を形成する。第１電極層２の材料としては、後の工程において行われる焼成の温度を考慮して、耐熱性のある金属や合金を用いることが望ましい。そのような材料として、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銀パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等を用いることができる。
【００２８】
ステップＳ３において、図５の（ｃ）に示すように、第１電極層２の上にＰＺＴ層１を形成する。その際に、第１電極層２に設けられた絶縁領域２ａにも、ＰＺＴが充填される。次いで、ステップＳ４において、図５の（ｄ）に示すように、ＰＺＴ層１の上の絶縁領域３ａを除く領域に、第２電極層３を形成する。なお、ステップＳ３及びＳ４において用いられる成膜方法や材料については、ステップＳ１及びＳ２においてそれぞれ説明したものと同様である。
【００２９】
これらのステップＳ１〜Ｓ４をさらに所望の回数繰り返すことにより、図５の（ｅ）に示すような積層体が形成される。ここで、積層体の最上層は、図５の（ｅ）に示すように電極層であっても良く、或いは、ＰＺＴ層であっても良い。最上層をＰＺＴ層とする場合には、これを電極の保護層として用いることができる。また、最上層を電極層とする場合には、後の工程において形成される垂直配線と絶縁するために、絶縁領域２ａ及びその周囲に絶縁材料を配置しても良い。
【００３０】
次に、ステップＳ５において、例えば、８００℃〜１０００℃の雰囲気において、図５の（ｅ）に示す積層体を加圧焼成する。これにより、ＰＺＴ層に含まれる有機物等のバインダが除去されると共に、ＰＺＴ結晶のグレインサイズが大きくなるので、圧電性能が高くなる。
【００３１】
次に、ステップＳ６において、図６の（ａ）に示すように、積層体の絶縁領域２ａ又は絶縁領域３ａを通る位置に、直径が３０μｍ程度の微細孔６を形成する。微細孔６は、例えば、ＹＡＧ短パルスレーザ等を用いたレーザ加工や、超音波針加工や、ドリルを用いた穴あけ加工等の公知の加工方法を用いて形成することができる。その際に、微細孔６が、絶縁領域２ａ及び３ａの周縁の電極部分に接触しないようにする。また、微細孔６は、図６の（ａ）に示すように最下層のＰＺＴ層１を貫通しても良いし、又は、最下層のＰＺＴ層１の途中、若しくは、最下の電極層２又は３で止まっても良い。
ここで、積層体に微細孔６を形成する際に、加工熱や応力等によってＰＺＴ層１がダメージを受けることがある。微細孔６を形成する際にＰＺＴ層１が受けたダメージを除去するために、６００℃〜１０００℃程度の雰囲気において、微細孔が形成された積層体をアニールしても良い。
【００３２】
次に、ステップＳ７において、微細孔６に金属を充填する。金属の充填方法としては、銅や銀等の導電性ペーストを充填する方法や、メッキスルーホール法等の公知の方法を用いることができる。これにより、図６の（ｂ）に示すように、垂直配線４及び５が形成された積層構造体が作製される。
【００３３】
さらに、ステップＳ７の後で、ステップＳ１において形成したＰＺＴ層１を除去しても良い。これにより、図１に示す積層構造体１０が作製される。また、図２の（ａ）に示す積層構造体のように、ＰＺＴ層１を除去しないで、そのまま保護層として用いても良い。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、ＰＺＴ層と予め絶縁領域が設けられた電極層とを積層し、電極部分と絶縁領域とを交互に通るように、積層体の上面から垂直配線を形成するので、複数の電極が並列に接続された微小な積層構造体を容易に製造することができる。
また、微細孔に金属を充填することによって垂直配線を形成するので、垂直配線の直径を小さくすることができ、それに伴い、絶縁領域の面積を小さくすることができる。従って、絶縁領域に応力が集中することによって生じるＰＺＴ層の破損を少なくすることができる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、ステップＳ１〜Ｓ４において積層体を形成する際に、最下層としてＰＺＴ層を用いたが、ＰＺＴ以外の材料をダミー基板として用いても良い。その場合には、図４のステップＳ７の後でダミー基板を除去することにより、図１に示す積層構造体１０を作製することができる。或いは、ダミー基板を除去しないで、そのまま保護層として用いても良い。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る積層構造体について説明する。図７は、本実施形態に係る積層構造体を示す一部断面斜視図である。
図７に示すように、本実施形態に係る積層構造体は、２次元に配列された複数の積層構造体１０を含んでいる。各積層構造体１０の構造については、本発明の第１の実施形態において、図１を参照しながら説明したものと同様である。本実施形態において、複数の積層構造体１０は、例えば、０．３ｍｍ程度の間隔で配列されている。
【００３７】
ここで、各積層構造体１０の形状は、直方体形状に限られるものではなく、その他の角柱や円柱等、任意の形状であっても構わない。例えば、本実施形態に係る積層構造体を超音波トランスデューサアレイとして用いる場合には、各々の積層構造体の形状を円柱形状とすることが望ましい。また、複数の積層構造体の配列についても、図７に示すような２次元マトリックス状に限られず、例えば、複数の積層構造体を同心円状に配列しても良い。
【００３８】
本実施形態に係る積層構造体の製造方法について、図８〜図１０を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る積層構造体の製造方法を示すフローチャートである。また、図９及び図１０は、本実施形態に係る積層構造体の製造方法を説明するための図である。
【００３９】
図８のステップＳ１１において、図９の（ａ）に示すように、グリーンシート法等を用いてＰＺＴ層３１を形成する。なお、積層構造体の最下層については、上に電極層を形成できる材料であれば、ＰＺＴ以外の材料をダミー基板として用いても良い。
次に、ステップＳ１２において、図９の（ｂ）に示すように、ＰＺＴ層３１の上の複数の絶縁領域３２ａを除く領域に、スクリーン印刷法等の成膜方法を用いて第１電極層３２を形成する。電極層の材料としては、ニッケル（Ｎｉ）、銀パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等の耐熱性のある金属等が用いられる
【００４０】
ステップＳ１３において、図９の（ｃ）に示すように、第１電極層３２の上に、ＰＺＴ層３１を形成する。次いで、ステップＳ１４において、図９の（ｄ）に示すように、ＰＺＴ層３１の上の複数の絶縁領域３３ａを除く領域に、第２電極層３３を形成する。なお、ステップＳ１３及びＳ１４において用いられる成膜方法や材料については、ステップＳ１１及びＳ１２においてそれぞれ説明したものと同様である。
【００４１】
これらのステップＳ１１〜Ｓ１４をさらに所望の回数繰り返すことにより、図９の（ｅ）に示すように、連続した積層体が形成される。ここで、積層体の最上層は、図９の（ｅ）に示すように電極層であっても良く、ＰＺＴ層であっても良い。最上層をＰＺＴ層とする場合には、これを電極の保護層として用いることができる。また、最上層を電極層とする場合には、後の工程において形成される垂直配線から絶縁するために、絶縁領域３２ａに絶縁材料を充填しても良い。
次に、ステップＳ１５において、例えば、８００℃〜１０００℃の雰囲気において、連続した積層体を加圧焼成する。これにより、ＰＺＴ層に含まれるバインダを除去すると共に、ＰＺＴ結晶のグレインサイズを大きくする。
【００４２】
ステップＳ１６において、図１０の（ａ）に示すように、複数の絶縁領域３２ａの中心部及び複数の絶縁領域３３ａの中心部に、複数の微細孔３４を形成する。その際に、各微細孔３４が、絶縁領域３２ａ及び３３ａの周縁の電極部分に接触しないようにする。また、各微細孔３４は、連続した積層体の最下層のＰＺＴ層３１を貫通しても良いし、最下層であるＰＺＴ層３１の途中、或いは、最下の電極層３２又は３３で止まっても良い。
ここで、積層体に微細孔３４を形成する際に、加工熱や応力等によってＰＺＴ層３１がダメージを受けることがある。微細孔３４を形成する際にＰＺＴ層３１が受けたダメージを除去するために、６００℃〜１０００℃程度の雰囲気において、微細孔が形成された積層体をアニールしても良い。
【００４３】
ステップＳ１７において、導電性ペーストやメッキスルー法等を用いて、複数の微細孔３４に金属を充填する。これにより、図１０の（ｂ）に示すように、２種類の垂直配線３５及び３６が形成される。
【００４４】
ステップＳ１８において、図１０の（ｃ）に示すように、連続した積層体を部分的に分割する。その際に、分割された１つの積層体に垂直配線３５及び３６が含まれるようにすると共に、個々の積層構造体を完全に分離させないで、最下層の途中まで溝を入れるようにする。これにより、複数の積層構造体が２次元に配列された積層構造体アレイが作製される。分割する方法としては、ダイシング等の公知の加工方法を用いることができる。或いは、各積層構造体を、円柱のように輪郭が曲線である形状にする場合には、サンドブラスト法を用いることができ、これにより積層構造体を任意の形状に分割することができる。さらに、ステップＳ１８の後で、分割された複数の積層構造体の間に樹脂等の絶縁材料を充填することによってこれらの積層構造体を固定し、最下層のＰＺＴ層又はダミー基板の一部又は全部を除去して、積層体を複数の部分に分離する。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、積層体の上面から微細孔を形成し、そこに金属を充填することによって垂直配線を形成するので、複数の積層構造体が２次元に配置された場合であっても、容易に配線を行うことができる。
本実施形態においては、垂直配線３５を形成（ステップＳ１６及びＳ１７）した後に、連続した積層体を分割（ステップＳ１８）したが、積層体を分割してから垂直配線３５を形成しても良い。
【００４６】
次に、本発明の第３の実施形態に係る積層構造体について説明する。図１１は、本実施形態に係る積層構造体を示す一部断面斜視図である。
図１１に示すように、本実施形態に係る積層構造体は、２次元に配列された複数の積層構造体４０を含んでいる。これらの積層構造体４０の間には、絶縁材料４６が充填されている。
【００４７】
各積層構造体４０は、図１に示す積層構造体１０に対して、絶縁領域及び垂直配線の位置を変更したものであり、ＰＺＴ層４１と、第１電極層４２と、第２電極層４３と、垂直配線４４及び４５とを含んでいる。第１電極層４２及び第２電極層４３において、絶縁領域４２ａ及び４３ａは、それぞれの面内の端部に設けられている。また、垂直配線４４及び４５は、積層構造体４０のエッジにかかるように形成されている。
【００４８】
これらの積層構造体４０は、絶縁材料４６によって支持されると共に、保護されている。絶縁材料４６としては、例えば、ポリイミドや、エポキシ等の樹脂材料が用いられる。特に、本実施形態に係る積層構造体を超音波トランスデューサアレイとして用いる場合には、複数の積層構造体４０の間における超音波のクロストークを低減するために、それらの間に弾性を有する樹脂材料を充填することにより、超音波を吸収させることが望ましい。
【００４９】
このように、本実施形態においては、垂直配線４４及び４５を積層構造体のエッジにかかるように配置することにより、それらを電極層面の内部に配置する場合と比較して、絶縁領域４２ａ及び４３ａの面積を小さくすることができる。従って、絶縁領域に応力が集中することによって生じるＰＺＴ層の破損を低減することができる。
【００５０】
本発明の第３の実施形態に係る積層構造体の製造方法について、図１２及び図１３を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態に係る積層構造体の製造方法を示すフローチャートである。また、図１３は、本実施形態に係る積層構造体の製造方法を説明するための図である。
図１３のステップＳ１１〜Ｓ１４において、ＰＺＴ層４１と、第１電極層４２と、ＰＺＴ層４１と、第２電極層４３とを順次積層することにより、図１３の（ａ）に示すように、連続した積層体を形成する。次に、ステップＳ１５において、８００℃〜１０００℃の雰囲気において連続した積層体を加圧焼成する。なお、ステップＳ１１〜Ｓ１５における工程の詳細については、本発明の第２の実施形態において説明したものと同様である。
【００５１】
次に、ステップＳ２１において、図１３の（ｂ）に示すように、複数の絶縁領域４２ａ又は複数の絶縁領域４３ａを通るように溝４７を形成することにより、連続した積層体を部分的に分割する。その際に、図１３の（ｂ）に示すように、個々の積層構造体を完全に分離させないで、最下層の途中まで溝を入れるようにする。溝４７を形成する方法としては、ダイシングやサンドブラスト法等の加工方法が用いられる。
【００５２】
ステップＳ２２において、図１３の（ｃ）に示すように、溝４７に樹脂等の絶縁材料４６を充填する。これにより、分割された複数の積層構造体が固定される。
ステップＳ２３において、図１３の（ｄ）に示すように、複数の絶縁領域４２ａ又は複数の絶縁領域４３ａを通る位置に、積層構造体と絶縁材料との境界を通るように、複数の微細孔４８を形成する。その際に、各微細孔４８が、絶縁領域４２ａ及び４３ａの周縁の電極部分に接触しないようにする。
【００５３】
ステップＳ２４において、導電性ペーストやメッキスルー法等を用いて、複数の微細孔４８に金属を充填する。このように、垂直配線４４及び４５を形成することにより、図１１に示す積層構造体が作製される。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態においては、積層構造体と絶縁材料との境界を通るように微細孔を形成することにより、各積層構造体のエッジに垂直配線を設けている。ここで、樹脂等の絶縁材料は、積層構造体に含まれるＰＺＴ層や電極層と比較して軟らかいので、微細孔の多くの部分を絶縁材料側に配置することにより、微細孔を容易に形成することが可能になる。また、垂直配線を絶縁するための絶縁領域の面積を小さくすることができるので、絶縁領域に応力が集中することによって生じるＰＺＴ層の破損を大きく低減することが可能になる。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、圧電材料層と電極層とが積層された積層体の上面から微細孔を形成し、そこに金属を充填することにより配線を行うので、複数の電極層が並列に接続された積層構造体を容易に作製することができる。特に、２次元に配列された複数の積層構造体を有するアレイにおいても、同様の方法で容易に配線を行うことが可能である。また、電極層に設けられる絶縁領域を小さくすることができるので、その領域に応力が集中することによって生じる圧電材料層の破損を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る積層構造体を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る積層構造体の変形例を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る積層構造体の別の変形例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る積層構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る積層構造体の製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る積層構造体の製造方法を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る積層構造体を示す一部断面斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る積層構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る積層構造体の製造方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る積層構造体の製造方法を説明するための図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る積層構造体を示す一部断面斜視図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る積層構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る積層構造体の製造方法を説明するための図である。
【図１４】従来の積層構造体における配線方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０、２１ａ〜２１ｄ、４０、１００  積層構造体
１、１ａ〜１ｅ、３１、４１、１０１  ＰＺＴ層
２、７、８、１１、２２、２４、３２、４２、１０２  第１電極層
２ａ、３ａ、７ａ、１１ａ、１３、１５、２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、３２ａ、３３ａ、４２ａ、４３ａ、１０６  絶縁領域
３、９、２３、２５、３３、４３、１０３  第２電極層
４、５、１２、１４、１６、２６ａ〜２６ｄ
３５、３６、４４、４５  垂直配線
６、３４、４６  微細孔
１０４、１０５  側面電極
【図１】
2004356206.tif 000003
【図２】
2004356206.tif 000004
【図３】
2004356206.tif 000005
【図４】
2004356206.tif 000006
【図５】
2004356206.tif 000007
【図６】
2004356206.tif 000008
【図７】
2004356206.tif 000009
【図８】
2004356206.tif 000010
【図９】
2004356206.tif 000011
【図１０】
2004356206.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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