(57)【要約】      （修正有）【課題】  内部電極と側面電極とが強固に接続された積層型圧電素子を提供する。【解決手段】第１の電極層と第２の電極層とが圧電体層を挟んで交互に積層されている積層型圧電素子であって、複数の圧電体層１０と、積層体の第１の側面において、端部の少なくとも一部が、隣接する圧電体層よりも外側に突出し、積層体の第２の側面との間に絶縁領域１２ａが設けられている第１の電極層１１ａと、積層体の第２の側面において、端部の少なくとも一部が、隣接する圧電体層よりも外側に突出し、積層体の第１の側面との間に絶縁領域１２ｂが設けられている第２の電極層１１ｂと、積層体の第１の側面に形成され、第１の電極層の端部の少なくとも一部に接続され、第２の電極層から絶縁されている第１の側面電極１３ａと、積層体の第２の側面に形成され、第２の電極層の端部の少なくとも一部に接続され、第１の電極層から絶縁されている第２の側面電極１３ｂとを含む。【選択図】  図１
2007149995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電体層と、少なくとも１つの第１の電極層と、少なくとも１つの第２の電極層とを有し、前記少なくとも１つの第１の電極層と前記少なくとも１つの第２の電極層とが、圧電体層を挟んで交互に積層されている積層体を含む積層型圧電素子であって、
複数の圧電体層と、
前記積層体の第１の側面において、端部の少なくとも一部が、隣接する圧電体層よりも外側に突出していると共に、前記積層体の第２の側面との間に絶縁領域が設けられている少なくとも１つの第１の電極層と、
前記積層体の第２の側面において、端部の少なくとも一部が、隣接する圧電体層よりも外側に突出していると共に、前記積層体の第１の側面との間に絶縁領域が設けられている少なくとも１つの第２の電極層と、
前記積層体の第１の側面に形成され、前記第１の電極層の前記端部の少なくとも一部に接続されていると共に、前記第２の電極層から絶縁されている第１の側面電極と、
前記積層体の第２の側面に形成され、前記第２の電極層の前記端部の少なくとも一部に接続されていると共に、前記第１の電極層から絶縁されている第２の側面電極と、
を具備する積層型圧電素子。
【請求項２】
複数の圧電体層と、少なくとも１つの第１の電極層と、少なくとも１つの第２の電極層とを有し、前記少なくとも１つの第１の電極層と前記少なくとも１つの第２の電極層とが、圧電体層を挟んで交互に積層されている積層体を含む積層型圧電素子であって、
複数の圧電体層と、
前記積層体の２つの側面において、端部の少なくとも一部が、隣接する圧電体層よりも外側に突出している少なくとも１つの第１の電極層と、
前記積層体の前記２つの側面の内の第１の側面において前記第１の電極層の前記端部を覆う第１の絶縁膜と、
前記積層体の前記２つの側面において、端部の少なくとも一部が、隣接する圧電体層よりも外側に突出している少なくとも１つの第２の電極層と、
前記積層体の前記２つの側面の内の第２の側面において前記第２の電極層の前記端部を覆う第２の絶縁膜と、
前記積層体の第１の側面に形成され、前記第１の絶縁膜によって前記第１の電極層から絶縁されていると共に、前記第２の電極層の前記端部の少なくとも一部に接続されている第１の側面電極と、
前記積層体の第２の側面に形成され、前記第２の絶縁膜によって前記第２の電極層から絶縁されていると共に、前記第１の電極層の前記端部の少なくとも一部に接続されている第２の側面電極と、
を具備する積層型圧電素子。
【請求項３】
前記複数の圧電体層が、基板又は前記少なくとも１つの第１若しくは第２の電極層に向けて圧電材料の粉体を吹き付けることにより圧電材料を堆積させるエアロゾルデポジション法によって形成されている、請求項１又は２記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第１及び第２の電極層が、スパッタ法又はメッキ法によって形成されている、請求項１〜３のいずれか１項記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第１及び第２の電極層の各々が、導電層と、前記導電層と圧電体層との間に形成された密着層とを含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
複数の圧電体層と、少なくとも１つの第１の電極層と、少なくとも１つの第２の電極層とを有し、前記少なくとも１つの第１の電極層と前記少なくとも１つの第２の電極層とが、圧電体層を挟んで交互に積層されている積層体を含む積層型圧電素子の製造方法であって、
圧電体層を形成する工程（ａ）と、
前記圧電体層上に、前記積層体の第１の側面との間に第１の絶縁領域が設けられるように、第１の電極層を形成する工程（ｂ）と、
前記第１の電極層上に圧電体層を形成する工程（ｃ）と、
前記圧電体層上に、前記積層体の第２の側面との間に第２の絶縁領域が設けられるように、第２の電極層を形成する工程（ｄ）と、
前記第２の電極層上に圧電体層を形成する工程（ｅ）と、
形成された積層体をダイシングして第１の側面を形成することにより、前記第２の電極層の端部の少なくとも一部を、隣接する圧電体層よりも外側に突出させる工程（ｆ）と、
前記積層体をダイシングして第２の側面を形成することにより、前記第１の電極層の端部の少なくとも一部を、隣接する圧電体層よりも外側に突出させる工程（ｇ）と、
前記積層体の第１の側面に、前記第２の電極層の前記端部の少なくとも一部に接続されると共に、前記第１の絶縁領域によって前記第１の電極層から絶縁されるように、第１の側面電極を形成する工程（ｈ）と、
前記積層体の第２の側面に、前記第１の電極層の前記端部の少なくとも一部に接続されると共に、前記第２の絶縁領域によって前記第２の電極層から絶縁されるように、第２の側面電極を形成する工程（ｉ）と、
を具備する積層型圧電素子の製造方法。
【請求項７】
工程（ａ）及び（ｃ）及び（ｅ）の各々が、基板又は前記第１若しくは第２の電極層に向けて圧電材料の粉体を吹き付けることにより圧電材料を堆積させるエアロゾルデポジション法を用いることにより前記圧電体層を形成することを含む、請求項６記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項８】
工程（ｂ）及び（ｄ）の各々が、スパッタ法又はメッキ法を用いることにより前記第１又は第２の電極層を形成することを含む、請求項６又は７記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項９】
工程（ｂ）及び（ｄ）の各々が、前記圧電体層上に密着層を介して導電層を配置することにより、前記第１又は第２の電極層を形成することを含む、請求項６〜８のいずれか１項記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
複数の圧電体層と、少なくとも１つの第１の電極層と、少なくとも１つの第２の電極層とを有し、前記少なくとも１つの第１の電極層と前記少なくとも１つの第２の電極層とが、圧電体層を挟んで交互に積層されている積層体を含む積層型圧電素子の製造方法であって、
圧電体層と第１及び第２の電極層とを積層することにより積層体を形成する工程（ａ）と、
形成された積層体をダイシングして第１の側面を形成することにより、前記第１及び第２の電極層の端部の少なくとも一部を、隣接する圧電体層よりも外側に突出させる工程（ｂ）と、
前記積層体をダイシングして第２の側面を形成することにより、前記第１及び第２の電極層の端部の少なくとも一部を、隣接する圧電体層よりも外側に突出させる工程（ｃ）と、
前記積層体の第１の側面において、前記第１の電極層の端部を覆うように第１の絶縁膜を形成する工程（ｄ）と、
前記積層体の第２の側面において、前記第２の電極層の端部を覆うように第２の絶縁膜を形成する工程（ｅ）と、
前記積層体の第１の側面に、前記第１の絶縁膜によって前記第１の電極層から絶縁されると共に、前記第２の電極層の前記端部の少なくとも一部に接続されるように、第１の側面電極を形成する工程（ｆ）と、
前記積層体の第２の側面に、前記第２の絶縁膜によって前記第２の電極層から絶縁されると共に、前記第１の電極層の前記端部の少なくとも一部に接続されるように、第２の側面電極を形成する工程（ｇ）と、
を具備する積層型圧電素子の製造方法。
【請求項１１】
工程（ａ）が、基板又は前記第１若しくは第２の電極層に向けて圧電材料の粉体を吹き付けることにより圧電材料を堆積させるエアロゾルデポジション法を用いることにより前記圧電体層を形成することを含む、請求項１０記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項１２】
工程（ａ）が、スパッタ法又はメッキ法を用いることにより前記第１及び第２の電極層を形成することを含む、請求項１０又は１１記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項１３】
工程（ａ）が、前記圧電体層上に密着層を介して導電層を配置することにより、前記第１及び第２の電極層を形成することを含む、請求項１０〜１２のいずれか１項記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項１４】
工程（ｄ）及び（ｅ）の各々が、前記第１又は第２の電極層の端部に向けて絶縁材料の粉体を吹き付けることにより絶縁材料を堆積させるエアロゾルデポジション法、又は、電着法を用いることにより、第１及び第２の絶縁膜をそれぞれ形成することを含む、請求項１０〜１３のいずれか１項記載の積層型圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ、超音波トランスデューサ等として利用される積層構造を有する圧電素子（積層型圧電素子）、及び、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の鉛系ペロブスカイト構造を有する材料に代表される圧電体は、電圧を印加することにより伸縮する圧電効果を生じる。このような性質を利用する圧電素子は、圧電ポンプや、圧電アクチュエータや、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。圧電素子の構造は、１つの圧電体の両側に電極が形成された単層構造が基本であるが、近年の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う圧電素子の微細化及び集積化により、複数の圧電体と複数の電極とが交互に積層された積層型の圧電素子も用いられるようになっている。
【０００３】
図６は、積層型圧電素子の構造を示す断面図である。この圧電素子は、交互に積層された圧電体層１００並びに内部電極層１０１ａ及び１０１ｂを含む積層体と、側面電極１０３ａ及び１０３ｂと、上部電極１０４と、下部電極１０５とを含んでいる。内部電極層１０１ａ及び１０１ｂには、絶縁領域１０２ａ及び１０２ｂがそれぞれ設けられている。
【０００４】
側面電極１０３ａは、内部電極層１０１ａに接続されていると共に、絶縁領域１０２ｂによって内部電極層１０１ｂから絶縁されている。また、側面電極１０３ｂは、内部電極層１０１ｂに接続されている共に、絶縁領域１０２ａによって内部電極層１０１ａから絶縁されている。また、上部電極層１０４は側面電極１０３ａに接続されており、下部電極層１０５は側面電極１０３ｂに接続されている。
【０００５】
圧電素子の電極をこのように形成することにより、複数の圧電体層１００の各々に電圧を印加するための電極が並列に接続される。それにより、積層構造体全体として電極間容量が大きくなるので、圧電素子のサイズを小さくしても、電気インピーダンスの上昇を抑えることができる。
【０００６】
また、図１に示す内部電極層１０１ａ及び１０１ｂに絶縁領域１０２ａ及び１０２ｂを設ける替わりに、内部電極層を圧電体層上の全面に形成すると共に、積層体の側面において内部電極層の端面に絶縁膜を形成することにより側面電極から絶縁させる積層型圧電素子も知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、図６に示す積層型圧電素子においては、内部電極層と側面電極との接続領域において剥離が生じ易いという問題が生じている。その理由は、圧電体層が伸縮した場合に、側面電極が圧電体層の変位に追随できないため、側面電極と積層体との界面において歪みが生じるからである。また、積層体の側面に絶縁膜が形成されるタイプの積層型圧電素子においては、同様の理由から、絶縁膜が内部電極の端面から剥離してしまう。そのため、圧電素子の動作時における信頼性が低く、また、素子の寿命が短いことが問題となっている。
【０００８】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、側面電極が内部電極層から剥離し難い積層型圧電素子を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、内部電極の端面に形成された絶縁膜が剥離し難い積層型圧電素子を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る積層型圧電素子は、複数の圧電体層と、少なくとも１つの第１の電極層と、少なくとも１つの第２の電極層とを有し、上記少なくとも１つの第１の電極層と上記少なくとも１つの第２の電極層とが、圧電体層を挟んで交互に積層されている積層体を含む積層型圧電素子であって、複数の圧電体層と、上記積層体の第１の側面において、端部の少なくとも一部が、隣接する圧電体層よりも外側に突出していると共に、上記積層体の第２の側面との間に絶縁領域が設けられている少なくとも１つの第１の電極層と、上記積層体の第２の側面において、端部の少なくとも一部が、隣接する圧電体層よりも外側に突出していると共に、上記積層体の第１の側面との間に絶縁領域が設けられている少なくとも１つの第２の電極層と、上記積層体の第１の側面に形成され、第１の電極層の端部の少なくとも一部に接続されていると共に、第２の電極層から絶縁されている第１の側面電極と、上記積層体の第２の側面に形成され、第２の電極層の端部の少なくとも一部に接続されていると共に、第１の電極層から絶縁されている第２の側面電極とを具備する。
【００１０】
また、本発明の１つの観点に係る積層型圧電素子の製造方法は、複数の圧電体層と、少なくとも１つの第１の電極層と、少なくとも１つの第２の電極層とを有し、上記少なくとも１つの第１の電極層と上記少なくとも１つの第２の電極層とが、圧電体層を挟んで交互に積層されている積層体を含む積層型圧電素子の製造方法であって、圧電体層を形成する工程（ａ）と、該圧電体層上に、上記積層体の第１の側面との間に第１の絶縁領域が設けられるように、第１の電極層を形成する工程（ｂ）と、該第１の電極層上に圧電体層を形成する工程（ｃ）と、該圧電体層上に、上記積層体の第２の側面との間に第２の絶縁領域が設けられるように、第２の電極層を形成する工程（ｄ）と、該第２の電極層上に圧電体層を形成する工程（ｅ）と、形成された積層体をダイシングして第１の側面を形成することにより、第２の電極層の端部の少なくとも一部を、隣接する圧電体層よりも外側に突出させる工程（ｆ）と、上記積層体をダイシングして第２の側面を形成することにより、第１の電極層の端部の端部の少なくとも一部を、隣接する圧電体層よりも外側に突出させる工程（ｇ）と、上記積層体の第１の側面に、第２の電極層の端部の少なくとも一部に接続されると共に、第１の絶縁領域によって第１の電極層から絶縁されるように、第１の側面電極を形成する工程（ｈ）と、上記積層体の第２の側面に、第１の電極層の端部の少なくとも一部に接続されると共に、第２の絶縁領域によって第２の電極層から絶縁されるように、第２の側面電極を形成する工程（ｉ）とを具備する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内部電極の端部を積層体の積層部分から外側に突出させることにより、内部電極と側面電極とを広い接触面積で接続する。それにより、内部電極と側面電極との接続強度が向上するので、圧電体層が伸縮した場合においても、側面電極が内部電極から剥離し難くなる。その結果、圧電素子の動作の信頼性を向上させると共に、圧電素子及びそれを含む機器の寿命を伸ばすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。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は、本発明の第１の実施形態に係る積層型圧電素子の構造を示す一部断面斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係る積層型圧電素子は、例えば、底面の一辺が２００μｍ〜１．０ｍｍ程度で高さが３００μｍ〜１．０ｍｍ程度の柱状の構造体である。また、この積層型圧電素子は、複数の圧電体層１０並びに複数の内部電極層１１ａ及び１１ｂを含む積層体と、側面電極１３ａ及び１３ｂとを含んでいる。複数の内部電極層１１ａと複数の内部電極層１１ｂとは、圧電体層１０を挟んで交互に積層されている。また、本実施形態に係る積層型圧電素子は、上部電極層１４及び下部電極層１５をさらに含んでも良い。
【００１３】
圧電体層１０は、例えば、１００μｍ程度の厚さを有しており、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の鉛系ペロブスカイト構造を有する複合酸化物によって形成されている。なお、図１には、５層の圧電体層１０が表されているが、圧電体層は少なくとも２層あれば良く、６層以上あっても構わない。この圧電体層１０は、後述するエアロゾルデポジション法によって形成されることにより、緻密で硬い組織を有している。
【００１４】
内部電極層１１ａ及び１１ｂは、例えば、３μｍ程度の厚さを有している。また、内部電極層１１ａ及び１１ｂには、絶縁領域１２ａ及び１２ｂがそれぞれ設けられている。また、側面電極１３ａ側における内部電極層１１ａの端部の少なくとも一部、及び、側面電極１３ｂ側における内部電極層１１ｂの端部の少なくとも一部は、積層体の積層部分から外側に突出している。そして、図１に示すように、それらの突出部分は、側面電極１３ａ及び１３ｂに埋没するように、側面電極によって覆われている。なお、図１には、内部電極層１１ｂの側面電極１３ｂ側における端部全体が積層部分から突出している様子が示されている。
【００１５】
このような内部電極層１１ａ及び１１ｂは、１種類の材料によって形成されていても良いし、異なる複数の材料によって形成された複数層構造を有していても良い。前者の例としては、白金（Ｐｔ）等の金属材料や、合金（例えば、銀パラジウム）が挙げられる。一方、後者の例としては、５０ｎｍ程度の酸化チタン（ＴｉＯ２）によって形成された密着層と、３μｍ程度の白金（Ｐｔ）によって形成された導電層とを含む２層構造の電極が挙げられる。このような密着層を設けることにより、導電層と圧電体層１０との密着性を高めることができる。
【００１６】
側面電極１３ａは、内部電極層１１ａに接続されていると共に、絶縁領域１２ｂによって内部電極層１１ｂから絶縁されている。また、側面電極１３ｂは、内部電極層１１ｂに接続されていると共に、絶縁領域１２ａによって内部電極層１１ａから絶縁されている。
【００１７】
上部電極１４は、側面電極１３ａに接続されており、下部電極１５は、側面電極１３ｂに接続されている。これらの上部電極１４及び下部電極１５は、内部電極層１１ａ及び１１ｂと同様に、１種類の材料によって形成されていても良いし、密着層及び導電層を含む複数層構造を有していても良い。
【００１８】
このような積層型圧電素子に、上部電極１４及び下部電極１５を介して電圧を供給することにより、各圧電体層１０に電圧が印加される。その結果、各圧電体層１０における圧電効果により、積層型圧電素子が全体として伸縮する。ここで、側面電極１３ａ及び１３ｂは、積層部分から外側に突出している内部電極層１１ａ及び１１ｂの端部において、広い接触面積で内部電極層１１ａ及び１１ｂに接続されている。それにより、それらの接続部分における接続強度が増加するので、各圧電体層１０が伸縮した場合においても、側面電極１３ａ及び１３ｂが内部電極層１１ａ及び１１ｂから剥離するのを抑制することができる。
【００１９】
次に、本発明の第１の実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法について、図２及び図３を参照しながら説明する。
まず、図２の（ａ）に示すように、基板９上に、圧電体層２０と、内部電極層２１ａと、圧電体層２０と、内部電極層２１ｂとをこの順に繰り返して形成することにより、積層体２３を形成する。
【００２０】
本実施形態において、圧電体層２０は、エアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法を用いることによって形成される。図３は、ＡＤ法を用いた成膜装置の構成を示す模式図である。この成膜装置は、エアロゾル生成室１と、エアロゾル生成室１に配置されている巻き上げガスノズル２、圧調整ガスノズル３、及び、エアロゾル搬送管４と、成膜チャンバ５と、排気ポンプ６と、噴射ノズル７と、基板ホルダ８とを含んでいる。
エアロゾル生成室１は、原料粉が配置される容器である。エアロゾル生成室１には、エアロゾル生成室１に振動等を与えることにより、その内部に配置された原料粉を攪拌するための容器駆動部１ａが設けられている。
【００２１】
エアロゾル生成室１に配置されている巻き上げガスノズル２には、キャリアガスを供給するためのガスボンベが接続されている。巻き上げガスノズル２は、ガスボンベから供給されたガスをエアロゾル生成室１内に噴射することにより、サイクロン流を生成する。それにより、エアロゾル生成室１内に配置された原料粉がガスにより分散させられて、エアロゾルが生成される。
【００２２】
また、圧調整ガスノズル３には、エアロゾル生成室１内のガス圧を調整するための圧調整ガスを供給するガスボンベが接続されている。圧調整ガスの流量を調節してエアロゾル生成室１内の圧力を制御することにより、エアロゾル生成室１内に発生する気流（巻き上げガス）の速度が制御される。
キャリアガス及び圧調整ガスとしては、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、又は、乾燥空気等が用いられる。
【００２３】
エアロゾル生成室１に配置されているエアロゾル搬送管４は、エアロゾル生成室１内において巻き上げられた原料粉を含むエアロゾルを、成膜チャンバ５に配置されているノズル７に搬送する。
成膜チャンバ５の内部は、排気ポンプ６によって排気されており、それによって所定の真空度に保たれている。成膜チャンバ５内に配置されている噴射ノズル７は、所定の形状及び大きさの開口を有しており、エアロゾル生成室１からエアロゾル搬送管４を介して供給されたエアロゾルを、開口から基板９に向けて高速で噴射する。
【００２４】
基板ホルダ８は、基板９を保持している。また、基板ホルダ８には、基板ホルダ８を３次元的に移動させるための基板ホルダ駆動部８ａが設けられている。これにより、噴射ノズル７と基板９との３次元的な相対位置及び相対速度が制御される。この相対速度を制御することにより、１往復あたりに形成される膜の厚さを制御することができる。
【００２５】
このような成膜装置において、原料粉として圧電材料の粉体をエアロゾル生成室１に配置すると共に、基板９を基板ホルダ８にセットして所定の成膜温度に保つ。そして、成膜装置を駆動して噴射ノズル７からエアロゾルを噴射しながら、基板を所定の速度で移動させる。それにより、エアロゾル（原料粉）が、基板９や基板９上に先に堆積した構造物に衝突して食い込み（「アンカーリング」と呼ばれる）、さらに、衝突の際に原料粉が変形又は破砕することによって生じた活性な新生面において粒子同士が結合することにより、原料粉が基板上に堆積する。そのようにして形成された膜は、下地である基板や内部電極層との境界領域に形成されたアンカー部（アンカーリングによって形成された領域）において、下地層と強固に密着していると共に、新生面における粒子の結合（メカノケミカル反応）により極めて緻密な構造を有している。
【００２６】
ここで、ＡＤ法による成膜を行う場合に、下地となる基板や内部電極層の材料としては、原料粉が衝突することにより変形又は破砕できる程度の硬度を有しているものが用いられる。下地の硬度が不足している場合には、下地に衝突した原料粉は変形又は破砕することなく、単に下地に食い込んで堆積してしまうので、メカノケミカル反応による緻密な膜を形成できなくなるからである。そのため、基板９としては、例えば、ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）基板やＳＵＳ基板等が用いられる。
【００２７】
再び、図２を参照すると、内部電極層２１ａは、側面２３ａ側において、破線で示すダイシングラインを超えるように形成され、側面２３ｂ側において、ダイシングラインの内側に収まるように形成される。それにより、絶縁領域２２ａが設けられる。また、内部電極層２１ｂは、側面２３ｂ側において、破線で示すダイシングラインを超えるように形成され、側面２３ａ側において、ダイシングラインの内側に収まるように形成される。それにより、絶縁領域２２ｂが設けられる。
【００２８】
内部電極層２１ａ及び２１ｂの材料としては、ある程度の延性及び硬性を有する材料が用いられる。延性を必要とするのは、後述するように、本実施形態においては、積層体２３をダイシングすることにより、内部電極層２１ａ及び２１ｂの端部を側面に突出させるからである。また、硬性を必要とするのは、先にも述べたように、内部電極層２１ａ及び２１ｂは、圧電体層２０を形成する際に下地層となるので、原料粉の衝突に耐え得る程度の十分な硬さを備えている必要があるからである。材料の特性はダイシング条件等によって多少異なるが、スパッタ法やメッキ法等の成膜技術を用いることにより形成された白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属薄膜であれば、内部電極２１ａ及び２１ｂとして使用することができる。本実施形態においては、スパッタ法により形成された白金薄膜を用いている。
【００２９】
次に、図２の（ａ）に示すダイシングラインにおいて、積層体２３をダイシングする。それにより、図２の（ｂ）に示すように、ダイシングされた側面において内部電極層２１ａ及び２１ｂの端部２５が積層部分から外側に突出している積層体２４が得られる。このように端部２５が突出する理由は、内部電極層２１ａ及び２１ｂが、圧電体層２０よりも大きい硬度を有しているため、積層体２４を切断する際に、圧電体層２０よりも残留し易いからである。
なお、この工程において、積層体２３から基板９を剥離しても良い。
【００３０】
次に、図２の（ｃ）に示すように、積層体２４のダイシングされた側面の絶縁領域２７以外の領域に、側面電極２６ａ及び２６ｂを形成する。なお、この絶縁領域２７を設けるのは、側面電極２６ａ及び２６ｂを下部電極層１５及び上部電極層１４（図１）からそれぞれ絶縁するためである。側面電極２６ａ及び２６ｂは、絶縁領域２７にレジストマスクを形成して、スパッタ法又はメッキ法を行うことにより形成される。このような成膜方法を用いることにより、突出した端部２５を覆うように側面電極２６ａおよび２６ｂを形成することができる。
また、図１に示す上部電極層１４及び下部電極層１５については、側面電極２６ａ及び２６ｂと同時に形成しても良いし、その後で形成しても良い。それにより、本実施形態に係る積層型圧電素子が完成する。
【００３１】
本実施形態に係る積層型圧電素子を作製し、側面電極を積層体から剥離する実験を行った。内部電極層としては、５０ｎｍ程度の酸化チタン（ＴｉＯ２）の密着層と、３μｍ程度の白金（Ｐｔ）の導電層とを含む２層構造を形成した。また、積層体のダイシング条件としては、株式会社ディスコ社製のダイシングブレードＮＢＣ−ＺＳタイプを用い、回転数を１２０００ｒｐｍとした。
【００３２】
その結果、側面電極の引っ張り強度は、スクリーン印刷法によって内部電極層を形成した場合に比較して、約２倍向上していた。なお、スクリーン印刷法は、従来の積層型圧電素子における電極形成方法としては一般的な方法であり、形成される電極が軟らかいので、積層体をダイシングしても、内部電極層の端部が積層部分から外側に突出することはない。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る積層型圧電素子について説明する。図４は、本実施形態に係る積層型圧電素子の構造を示す一部断面斜視図である。
ここで、本発明の第１の実施形態においては、絶縁領域を設けることにより内部電極層を側面電極から絶縁しているのに対して、本発明の第２の実施形態においては、内部電極層の端部を絶縁膜によって覆うことにより側面電極から絶縁している点において異なっている。
【００３４】
図４に示すように、本実施形態に係る積層型圧電素子は、複数の圧電体層３０並びに複数の内部電極層３１ａ及び３１ｂを含む積層体と、積層体の側面に形成された絶縁膜３２ａ及び３２ｂと、側面電極３３ａ及び３３ｂとを含んでいる。複数の内部電極層３１ａと複数の内部電極層３１ｂとは、圧電体層３０を挟んで交互に積層されている。また、本実施形態に係る積層型圧電素子は、上部電極層３４及び下部電極層３５をさらに含んでも良い。
【００３５】
内部電極層３１ａ及び３１ｂは、圧電体層３０上の全面に形成されている。また、側面電極３３ａ及び３３ｂ側における内部電極層３１ａ及び３１ｂの端部の少なくとも一部は、積層部分から外側に突出している。なお、図４には、内部電極層３１ａ及び３１ｂの側面電極３３ｂ側における端部全体が積層部分から突出している様子が示されている。
側面電極３３ａ側において、内部電極層３１ａの端部は、側面電極３３ａに埋没するように覆われている。また、同じ側面において、内部電極層３１ｂの端部を覆うように、絶縁膜３２ｂが形成されている。同様に、側面電極３３ｂ側において、内部電極層３１ｂの端部は側面電極３３ｂに覆われていると共に、内部電極層３１ａの端部の覆うように絶縁膜３２ａが形成されている。
このように絶縁膜３１ａ及び３１ｂを形成することにより、側面電極３３ａは、内部電極層３１ａに接続されると共に、内部電極層３１ｂから絶縁される。一方、側面電極３３ｂは、内部電極層３１ｂに接続されると共に、内部電極層３１ａから絶縁される。
【００３６】
本実施形態においては、積層部分から外側に突出している内部電極層３１ａ及び３１ｂの端部に絶縁膜３２ａ及び３２ｂをそれぞれ形成するので、両者の接触面積が広くなる。その結果、両者の接続強度が増加するので、圧電素子を駆動することにより圧電体層３０が伸縮した場合においても、絶縁膜３２ａ及び３２ｂが内部電極層３１ａ及び３１ｂから剥離するのを抑制することができる。また、側面電極３３ａ及び３３ｂについても、突出した端部において内部電極層３１ａ及び３１ｂとそれぞれ接続することにより、剥離を防止することができる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法について、図５を参照しながら説明する。
まず、図５の（ａ）に示すように、基板９上に、圧電体層４０と内部電極層４１とを交互に積層することにより、積層体４２を形成する。圧電体層４０は、第１の実施形態におけるのと同様にＡＤ法によって形成される。また、内部電極層４１は、第１の実施形態において説明したものと同様の材料を用いてスパッタ法又はメッキ法によって形成される。
【００３８】
次に、図５の（ａ）に破線で示すダイシングラインにおいて、積層体４２をダイシングする。それにより、図５の（ｂ）に示すように、成形された積層体４３が得られる。この積層体４３のダイシングされた側面には、積層部分から外側に突出した内部電極層４１の端部４４が形成される。なお、この工程において、積層体４２から基板９を剥離しても良い。
【００３９】
次に、図５の（ｃ）に示すように、積層体４２のダイシングされた側面４３ａにおいて、内部電極層４１の端部４４に、１つおきに絶縁膜４５ａを形成する。また、もう一方のダイシングされた側面４３ｂにおいて、内部電極層４１の端部４４に、絶縁膜４５ａと互い違いになるように、絶縁膜４５ｂを形成する。これらの絶縁膜４５ａ及び４５ｂは、例えば、５００℃〜７００℃程度の軟化点を有するガラス粉末を電気泳動法（電着法）によって端部４４に付着させたり、ガラス粉末を含有するペーストをスクリーン印刷法によって端部４４に成膜することにより形成される。或いは、絶縁材料の粉体を分散させたエアロゾルを内部電極層４１の端部４４に吹き付けることにより被膜を形成するエアロゾルデポジション法を用いても良い。
【００４０】
次に、図５の（ｄ）に示すように、積層体４３のダイシングされた側面の絶縁領域４７以外の領域に、スパッタ法又はメッキ法により側面電極４６ａ及び４６ｂを形成する。さらに、図４に示す上部電極層３４及び下部電極層３５を形成しても良い。それにより、本実施形態に係る積層型圧電素子が完成する。
【００４１】
以上説明した本発明の第１及び第２の実施形態に係る積層型圧電素子は、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として用いられる。その際には、積層型圧電素子を単体で使用することも可能であるし、積層型圧電素子を１次元又は２次元に配列することにより、圧電素子アレイとして利用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、圧電アクチュエータ、超音波トランスデューサ等として利用される積層型圧電素子及びその製造方法において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る積層型圧電素子の構造を示す一部断面斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための図である。
【図３】エアロゾルデポジション法を用いた成膜装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る積層型圧電素子の構造を示す一部断面斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための図である。
【図６】従来の積層型圧電素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  エアロゾル生成室
２  巻き上げガスノズル
３  圧調整ガスノズル
４  エアロゾル搬送管
５  成膜チャンバ
６  排気ポンプ
７  噴射ノズル
８  基板ホルダ
９  基板
１０、２０、３０、４０、１００  圧電体層
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ、４１、
１０１ａ、１０１ｂ  内部電極層
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、２７、４７、１０２ａ、１０２ｂ  絶縁領域
１３ａ、１３ｂ、２６ａ、２６ｂ、３３ａ、３３ｂ、４６ａ、４６ｂ、
１０３ａ、１０３ｂ  側面電極
１４、３４、１０３  上部電極層
１５、３５、１０５  下部電極層
２３、２４、４２、４３  積層体
２４ａ、２４ｂ、４３ａ、４３ｂ  側面
２５、４４  端部
３２ａ、３２ｂ、４５ａ、４５ｂ  絶縁膜
【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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