(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配設された複数個の平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子と、複数の信号ライン又は共通の導電層を有するフレキシブル配線基板とを備え、前記圧電／電歪アクチュエータ素子の表面側電極が、前記フレキシブル配線基板の対応する前記信号ライン又は前記導電層の所定の部位に電気的に接続されてなる格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータであって、
各々の前記圧電／電歪アクチュエータ素子について、前記表面側電極と前記フレキシブル配線基板の対応する前記信号ライン又は前記導電層とが、１つのバンプを介して、かつ、所望の間隙を有する態様で、電気的に接続されてなり、
前記格子状配列構造が、前記複数個の平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子がマトリックス配列された構造であり、
前記複数個の平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子の各々の両主面に、共通として機能する共通電極と選択的な個別として機能する信号電極とが形成されており、
前記平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子，前記共通電極，及び前記信号電極が、前記バンプと電気的に接続されるための電気接合用エリアと、該電気接合用エリア以外の箇所で前記平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子が駆動するためのアクチュエータエリアとを同一平面上に有し、
前記バンプの接合領域直下の前記基板に剛体部材が設けられていることを特徴とする格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項２】
前記共通電極は、前記平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子に接する第一層にクロム，チタン，ニッケル，又は銅、前記基板に接する第二層に金，パラジウム，白金，ニッケル，又は銅を用いた二層構造で構成されていることを特徴とする請求項１記載の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項３】
前記信号電極は、前記平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子に接する第一層にクロム，チタン，ニッケル，又は銅、中間層である第二層にパラジウム，白金，ニッケル，又は銅、前記バンプに接する第三層に金を用いた三層構造で構成されており、
且つ前記信号電極の前記第二層及び前記第三層は、前記電気接合用エリアに対応する箇所のみに設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項４】
前記バンプは、導電性のコア材より形成されていると共に、前記導電性のコア材の外周部を導電性の接合材で被覆されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項５】
前記接合材は、金属，導電樹脂，又はエポキシ系樹脂より形成され、且つ、接合後の状態において、アクチュエータ素子とバンプとの間に電気的導通が取れることを特徴とする請求項４記載の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項６】
前記接合材の前記金属は、ハンダ材料であることを特徴とする請求項５記載の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項７】
前記平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子と前記フレキシブル配線基板との間には前記バンプによる前記所望の間隙は、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数個の圧電／電歪素子を格子状に配列させた格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータに関し、特に、多数の電気信号配線を有するフレキシブルプリント配線基板と一体型の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子の基板上への高密度配列化、すなわちマトリックス配列化が進み、それに伴って配線基板末端の電気信号入力端子もまたマトリックス化されるようになってきた。
【０００３】
一般に、基板上にマトリックス状に配列された複数個の平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子の両主面には、共通電極と信号電極とがそれぞれ形成されている。共通電極は、基板と電気的に接続されており、制御回路からの電気信号が、基板と共通電極及び信号電極を介して平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子に印加され、平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子の両主面に対して垂直方向の運動を与える。
【０００４】
上述した平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子の配線基板への電気的接合方法として、従来、コストや生産性の面から、平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子のマトリックス状の導体配列を一旦一次元系に再配列した後、再配列後の導体端子と外部駆動部側の電気信号出力端子とを接合し、アクチュエータを形成する方法が適用されている。
【０００５】
図１９及び図２０は、上述した従来のマトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの構成を示す斜視図である。図１９は、電気接合にワイヤボンディングを用いた構成例（以下、従来技術１という）、図２０は、電気接合にスクリーン印刷を用いた構成例（以下、従来技術２という）である。
【０００６】
まず、図１９に示す従来技術１のマトリックス配列圧電／電歪アクチュエータは、同図に示すように、平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子１０１と、基板１０２と、プリント基板１０３と、ワイヤ１０４とから構成されている。基板１０２上にマトリックス状に配置された平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子１０１の両主面には薄膜電極が形成され、両主面のうち片面が基板１０２に接合されている。ワイヤ１０４は、プリント基板１０３に接合され、かつ、平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子１０１の両主面のうち他面に形成された薄膜電極に接合されている。プリント基板１０３は、平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子１０１に電気信号を選択的に印加する制御回路（図示せず）と電気的に連通されている。これにより、プリント基板１０３から平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子１０１に上記電気信号を印加する。
【０００７】
次に、図２０に示す従来技術２のマトリックス配列圧電／電歪アクチュエータは、同図に示すように、平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子１０１と、基板１０２と、フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ；flexible printed circuits）１０６と、導電配線１０５とから構成されている。基板１０２上にマトリックス状に配置された平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子１０１の両主面には薄膜電極が形成され、両主面のうち片面が基板１０２に接合されている。基板１０２と平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子１０１との接合部以外の箇所は、電気的に完全に絶縁されている。導電配線１０５は、スクリーン印刷により基板１０２上に形成され、平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子１０１の両主面のうち他面に形成された薄膜電極からフレキシブルプリント配線基板１０６まで延びている。フレキシブルプリント配線基板１０６と平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子１０１上に形成されている薄膜電極との電気接合は、導電配線１０５とフレキシブルプリント配線基板１０６とをハンダを介して加熱・加圧することによりなされている。フレキシブルプリント配線基板１０６は、平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子１０１に電気信号を選択的に印加する制御回路（図示せず）と電気的に連通されている。これにより、フレキシブルプリント配線基板１０６から平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子１０１に上記電気信号を印加する。
上記従来技術２の一例として、特開平０４−０７７２５７号公報には、基板上にマトリックス状に配列された複数個の平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子にスクリーン印刷を施すことにより、マトリックス配列導電パターンを一旦一次元系に再配列した後、フレキシブルプリント配線基板に電気的に接合する方法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したマトリックス配列圧電／電歪アクチュエータ素子は、単体素子ではなく複数であり、個々のアクチュエータ素子の振動や発熱などの物理現象が基板を通じてお互いの素子に干渉を与え、もしくは基板そのものに影響を与え、その結果、個々のアクチュエータ素子の動作に多大な影響を与える。従って、マトリックス配列されたアクチュエータは、配線基板もアクチュエータの一部としてみなさなければならない。
【０００９】
しかしながら、上述した従来技術１のように、ワイヤをプリント基板に接合することにより、プリント基板と平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子上に形成されている薄膜電極とを電気接合する方法は、高密度マトリックス構造になった場合、ワイヤループ高さや距離に制限があるので接合可能な端子数に限界があった。さらに、接合を一端子づつ行う必要があり、工程終了までに時間がかかりすぎてしまうという問題があった。
また、従来技術１においては、ワイヤタッチや吸湿による電気的短絡や絶縁不良を防止する為に、接合終了後に樹脂等で接合範囲全体を封止する必要があるが、この樹脂封止により平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子の変位を拘束してしまい、設計値通りの変位特性が得られないという問題があった。
【００１０】
また、上述した従来技術２のように、基板上にマトリックスに配列された複数個の平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子にスクリーン印刷を施すことによりマトリックス導電パターンを一旦一次元系に再配列した後、フレキシブルプリント配線基板に電気的に接合する方法は、スクリーン印刷の最小配線幅に制限があるので高密度化に限界があった。例えば、電極形成面サイズが０.５ｍｍ×０.５ｍｍの平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子を１０×１０個のマトリックス状に配列する場合、スクリーン印刷の最小配線ピッチは一般的に０.３ｍｍ程度が限界であるため、３.６５ｍｍピッチ程度のマトリックス形状までしか配線することができなかった。
【００１１】
また、従来技術２においては、マトリックス導電パターンを一旦一次元系に再配列している為、マトリックスの高密度化（＝配線数の増加）に伴いフレキシブルプリント配線基板への電気的接合領域面積が大きくなってしまい、接点不良が発生する確率が指数関数的に増加するので、装置の信頼性確保が困難であり、さらに歩留り低下に起因するコストアップの問題も発生していた。
【００１２】
さらに、上述した従来技術１，２共に、基板の電気接合部に対応する面の空間の存在する領域を確保する為にはおのずとプリント基板の取り出し方向が平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子の反対側に決まってしまい、平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子上の領域は、使用困難となり、フレキシブルプリント基板の接合効率が悪く、マトリックス配列化された平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子への電気接合自体が非常に困難であるという問題があった。
【００１３】
また、従来技術１，２においては、各アクチュエータ素子の動作に伴う振動や発熱によりアクチュエータを構成する部材の破壊もしくは各アクチュエータ素子が不安定な動作を起こし、実用性に乏しいという問題があった。
【００１４】
この発明は、上述した問題を鑑みてなされたものであり、高密度配列化すなわちマトリックス配列化された平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子と配線基板との高密度電気接合を可能とし、且つ、アクチュエータ素子の信頼性、高精度、高安定動作を保証された配線基板一体型アクチュエータを提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、基板上に配設された複数個の平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子と、複数の信号ライン又は共通の導電層を有するフレキシブル配線基板とを備え、上記圧電／電歪アクチュエータ素子の表面側電極が、上記フレキシブル配線基板の対応する上記信号ライン又は上記導電層の所定の部位に電気的に接続されてなる格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータに係り、
各々の上記圧電／電歪アクチュエータ素子について、上記表面側電極と上記フレキシブル配線基板の対応する上記信号ライン又は上記導電層とが、１つのバンプを介して、かつ、所望の間隙を有する態様で、電気的に接続されてなり、
前記格子状配列構造が、前記複数個の平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子がマトリックス配列された構造であり、
前記複数個の平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子の各々の両主面に、共通として機能する共通電極と選択的な個別として機能する信号電極とが形成されており、
前記平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子，前記共通電極，及び前記信号電極が、前記バンプと電気的に接続されるための電気接合用エリアと、該電気接合用エリア以外の箇所で前記平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子が駆動するためのアクチュエータエリアとを同一平面上に有し、
前記バンプの接合領域直下の前記基板に剛体部材が設けられていることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータに係り、上記共通電極は、上記平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子に接する第一層にクロム，チタン，ニッケル，又は銅、上記基板に接する第二層に金，パラジウム，白金，ニッケル，又は銅を用いた二層構造で構成されていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータに係り、上記共通電極は、上記平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子に接する第一層にクロム，チタン，ニッケル，又は銅、上記基板に接する第二層に金，パラジウム，白金，ニッケル，又は銅を用いた二層構造で構成されていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１記載の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータに係り、前記バンプは、導電性のコア材より形成されていると共に、前記導電性のコア材の外周部を導電性の接合材で被覆されていることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータに係り、前記接合材は、金属，導電樹脂，又はエポキシ系樹脂より形成され、且つ、接合後の状態において、アクチュエータ素子とバンプとの間に電気的導通が取れることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータに係り、前記接合材の前記金属は、ハンダ材料であることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１記載の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータに係り、前記平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子と前記フレキシブル配線基板との間には前記バンプによる前記所望の間隙は、１０μｍ以上であることを特徴としている。
【００７１】
この発明の格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータは、特に、基板上にマトリックスに配列された複数個の平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子の両主面（対向する２面）にそれぞれ形成された共通電極と信号電極において、基板と電気的に接続されている共通電極の電気接合用エリアに対向する面には剛体が接合されている電気接合用エリアと、電気接合用エリア配列に対応した電気接合用パッドが形成され、電気接合用パッド上には導電性のコア材、導電性の接合材で構成される半球状のバンプがそれぞれ形成されている配線基板とを互いに対向させ、加熱・加圧もしくは振動を付与することにより信号電極（電気接合用エリア）と配線基板上のバンプは電気的に接続される。このとき、平板状の圧電／電歪アクチュエータ素子と配線基板との間にはコア材、コア材と接合材、もしくは接合材からなるバンプによる間隙を設ける。また、配線基板は柔軟性を有する樹脂基材からなるフレキシブル配線基板を適用する。
【００７２】
以上説明したように、この発明の構成によれば、アクチュエータ素子の振動部上方への配線引き回しによる高密度実装化と、バンプによるフレキシブル配線基板とアクチュエータ素子との間隙の変位効率向上効果と、アクチュエータ素子の電気接合部下部への剛体配置による信頼性確保と、フレキシブル配線基板による製造安定性確保（基材との熱膨張差吸収）と、フレキシブル配線基板によるアクチュエータ素子間の伝搬振動（内外部振動）の抑制と、バンプによる放熱効果（間隙及び配線による放熱効果向上）と、上記効果によるインクジェット式記録ヘッド全体の高性能化（信頼性・インク吐出安定性向上）とを実現できる。
【００７３】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。説明は実施例を用いて具体的に説明する。
なお、以下の実施例は、格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータのうちの配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの実施例である。
また、以下の説明において、用語“マトリックス状”とは、格子状（必ずしも直交している必要はない）に整然と配列された状態を意味し、用語“平板状”とは、直方体を含む最小１対の対向する平面が存在している形状のことであり、１対の対向する平面間の断面形状を任意に決定することが可能な形状を意味する。
【００７４】
◇第１実施例
まず、図１乃至図５を参照して、この発明の第１実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータについて説明する。
図１は、この例のアクチュエータの全体構成を示す斜視図であり、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後の全体構成を示す。図２は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図３は図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図であり、図４は図２のＤ−Ｄ矢視図であり、図５は図１（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【００７５】
まず、図１を参照して、この例のアクチュエータの全体構成について説明する。
この例のアクチュエータは、同図に示すように、基板２０と、基板２０上にマトリックス状に配置され上下両面に薄膜電極が形成されている複数の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０と、柔軟性を有する樹脂基材からなるフレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ；flexible printed circuits）３０と、フレキシブルプリント配線基板３０の基板２０に対向する面上に設けられた複数のバンプ４０とから構成されている。複数のバンプ４０の各々は、複数の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の各々とそれぞれ対応して設けられている。また、複数のバンプ４０は、導電性のコア材と導電性の接合材とからなり、半球状に形成されている。平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の薄膜電極の一方は、基板２０に接合されている。基板２０は、ステンレス等の導電性のある金属を用いると、各アクチュエータ素子の共通電極と電気的に連結することができる。
【００７６】
次に、図２乃至図５を参照して、この例の配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの各部の構成について説明する。
この例のフレキシブルプリント配線基板３０は、図２及び図３に示すように、ベースフィルム３１、配線パターン３２、カバーレイ３３の三層構造からなり、マトリックス状に配列された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０上の基板２０と電気的に接続されていない信号電極１２の配列に対応して電気接合用パッド４１が形成されている。電気接合用パッド４１は、制御回路（図示せず）と電気的に連通され、電気接合用パッド４１上には、複数のバンプ４０が形成されている。
【００７７】
複数のバンプ４０は、図２及び図３に示すように、導電性のコア材４２と導電性の接合材４３とからなり、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とのコンタクトを確実に行えるように、半球状に形成されている。特に、フレキシブルプリント配線基板３０と平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０との間に角度（コンタクト部への片あたり）が生じ、且つ平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０に脆性材料を用いた場合、後述する加熱・加圧プロセス時に、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の破損を防止する。また、複数のバンプ４０は、図５に示すように、基板２０上にマトリックス状に配列された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０に対応して設けられ、フレキシブルプリント配線基板３０上の配線パターンに接続されている。このようにして、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２の電気接合用エリア１３と、フレキシブルプリント配線基板３０上のバンプ４０とを互いに対向させ、接合を行うことにより信号電極１２とバンプ４０は電気的に接続される。このとき、フレキシブルプリント配線基板３０の配線パターンは、バンプ４０により、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の上方に配置されるため、フレキシブルプリント配線基板３０の実装効率を最大限まで高めている。
【００７８】
平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０は、図２及び図３に示すように、基板２０上に、マトリックス状に配列され、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の両主面（対向する２面）には、共通電極１１と信号電極１２とがそれぞれ形成され、共通電極１１は、基板２０と電気的に接続されている。また、図４に示すように、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０は、電気接合用エリア１３とアクチュエータエリア１４とに分割されている。電気接合用エリア１３は、基板２０の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０との接合面に対向する面に接合されている剛体２１に対応している。ただし、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の電気接合用エリア１３とアクチュエータエリア１４とは、剛体２１の接合位置により機能が分割されているだけで材料及び構造が分割されているわけではない。各アクチュエータ素子１０に電気信号を印加すると、信号電極面において、アクチュエータエリア１４は、主に撓み変形により上下方向の変位が起こり、電気接合用エリア１３においては面方向の変位が起こる。
【００７９】
基板２０は、図２及び図３に示すように、一方の面上においては、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の共通電極１１と電気的に接続され、他方の面上においては、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の電気接合用エリア１３直下の対応する箇所に剛体２１を接合している。剛体２１は、加圧時に発生するフレキシブルプリント配線基板３０上のバンプ４０の先端と、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の電気的接合用エリア１３との応力集中により、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０が撓み変形を起こすことを防止し、電気接合用エリア１３自身の振動を抑制している。
【００８０】
次に、図２及び図３を参照して、基板２０上に設けられた平板状圧電／電歪アクチュエータ素子と、フレキシブルプリント配線基板３０に設けられたバンプ４０との接合方法について説明する。
まず、基板２０とフレキシブルプリント配線基板３０とを互いに対向させ、複数の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０と複数のバンプ４０とがそれぞれ合致するように位置付けし、加熱，加圧，又は加振を行うことにより、複数の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０と複数のバンプ４０とを、それぞれ電気的に接続する。接合後には、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とフレキシブルプリント配線基板３０との間には複数のバンプ４０による間隙が設けられる。このようにして、制御回路からの電気信号が、フレキシブルプリント配線基板３０と、バンプ４０と、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０上に形成されている薄膜電極とを介して、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０に選択的に印加される。
【００８１】
次に、図３を参照して、この発明の第１実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータにおけるアクチュエータ素子の動作について説明する。
この例のアクチュエータ素子の動作として、第１の動作と第２の動作とがある。
【００８２】
まず、第１の動作として、制御回路（図示せず）からの電気信号が、基板２０とフレキシブルプリント配線基板３０を介して平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０へ印加されると、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０は共通電極１１及び信号電極１２に所定の方向に伸長又は歪み等の機械力を発生させる。
【００８３】
次に、第２の動作として、制御回路（図示せず）からの電気信号が、基板２０とフレキシブルプリント配線基板３０を介して平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０へ印加されると、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０は共通電極１１及び信号電極１２に平行な方向に膨張・収縮する。しかし、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の共通電極１１面は基板２０により拘束されているから信号電極１２面の膨張・収縮がおこり、共通電極１１及び信号電極１２に平行な方向の膨張・収縮運動が垂直な方向の屈曲運動に変換され、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０は共通電極１１及び信号電極１２に所定の方向に伸長又は歪み等の機械力を発生させる。
【００８４】
以上述べたように、この例の構成によれば、上述したアクチュエータの動作に関して、この例の配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータは、以下の効果を奏する。
まず、この発明の高密度配線一体型マトリックスアクチュエータは、フレキシブルプリント配線基板３０と平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０との間に１０μｍ以上の間隙を設けているので、フレキシブルプリント配線基板３０と平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の接触を防止できる。従って平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の振動動作を妨げない。
【００８５】
また、１０μｍ以上の間隙により平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の動作にともない発生する発熱が間隙部の空気の流れにより冷却される。さらに、コア材４２、接合材４３により構成されるバンプ４０の熱伝導により効率よく熱の拡散が生じ冷却される。
【００８６】
また、アクチュエータ動作により伝達された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とフレキシブルプリント配線基板３０との間の振動は、コア材４２及び接合材４３を通じ、フレキシブルプリント配線基板３０に伝達し、速やかに吸収される、すなわち防振効果により平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とフレキシブルプリント配線基板３０との間に発生する応力は低減され、高い信頼性が確保できる。
【００８７】
さらに、フレキシブルプリント配線基板の適用により、個々のアクチュエータ素子からバンプ４０を介して発せられた不要な振動はフレキシブルプリント配線基板に吸収・減衰され、隣のアクチュエータ素子への影響を防止できる。
【００８８】
また、この例のアクチュエータは、マトリックス状に配列された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２の電気接合用エリア１３と、フレキシブルプリント配線基板３０上のバンプ４０とを互いに対向させ、接合を行うことにより信号電極１２とバンプ４０は電気的に接続されている。従って、フレキシブルプリント配線基板３０の配線パターンは平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の上方に配置されているため、フレキシブルプリント配線基板３０の実装効率を最大限まで高めることができる。例えば、電極形成面サイズが０.５ｍｍ×０.５ｍｍの平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を１０×１０個のマトリックス状に配列する場合、従来技術のスクリーン印刷の最小配線ピッチは一般的に０.３ｍｍ程度が限界であるため、３.６５ｍｍピッチ程度のマトリックス形状までしか配線することができなかったが、この発明の構成によれば０.５７５ｍｍピッチ（フレキシブルプリント配線基板３０の配線を０.０５ｍｍピッチとした場合）まで高密度化することができる。
【００８９】
また、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とフレキシブルプリント配線基板３０との間にはコア材４２、コア材４２と接合材４３、もしくは接合材４３からなるバンプ４０による間隙が存在しており、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２のアクチュエータエリア１３は、完全に自由に動作することができる。
【００９０】
さらに、配線基板をリジッドにする（剛性を有する）と、一般に配線基板の反りにより接合不良が発生するが、ポリイミドなどの樹脂基材を用いたフレキシブルプリント配線基板３０では、平面度の高い金属で作製されたツールで押した場合、基板の柔軟性により、うねり又はバンプ４０の高さばらつきが完全に吸収され、さらに、マトリックスに配列された複数個の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の環境温度変化によるピッチ変化にも追従することができる。
【００９１】
従って、高信頼性、高精度、高安定動作を保証された高密度配線一体型マトリックスアクチュエータの実現が可能になる。
【００９２】
◇第２実施例
次に、図６乃至図１１を参照して、この発明の第２実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータについて説明する。
図６は、この例のアクチュエータの全体構成を示す斜視図であり、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後の全体構成を示す。図７は図６（ａ）のＥ−Ｅ断面図、図８は図６（ｂ）のＦ−Ｆ断面図、図９は図８のＩ−Ｉ断面図、図１０は図７のＧ部詳細拡大図、図１１は図８のＨ部詳細拡大図である。
この例のアクチュエータは、前述した第１実施例とほぼ同様の構成であるが、第二実施例で用いた基板２０及び剛体２１の代わりに、２層のステンレス薄板２２，２３を用いている。すなわち、基板としてステンレス薄板（窓なし）２２を用い、剛体２１の代わりにステンレス薄板（窓あり）２３を用いている。
【００９３】
まず、図６を参照して、この発明の第２実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの全体構成について説明する。
この例のアクチュエータは、同図に示すように、ステンレス薄板（窓なし）２２と、ステンレス薄板（窓なし）２２上にマトリックス状に配置され上下両面に薄膜電極が形成されている複数の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０と、柔軟性を有する樹脂基材からなるフレキシブルプリント配線基板３０と、フレキシブルプリント配線基板３０のステンレス薄板（窓なし）２２に対向する面上に設けられた複数のバンプ４０とから構成されている。複数のバンプ４０の各々は、複数の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の各々とそれぞれ対応して設けられている。また、複数のバンプ４０は、導電性のコア材と導電性の接合材とからなり、半球状に形成されている。平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の薄膜電極の一方は、ステンレス薄板（窓なし）２２に接合されている。
【００９４】
次に、図７乃至図１１を参照して、この例の配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの各部の構成について説明する。
フレキシブルプリント配線基板３０は、図７乃至図１１に示すように、ベースフィルム３１，配線パターン３２，カバーレイ３３の三層構造からなり、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０上の信号電極１２の配列に対応した電気接合用パッド４１上へ、Ｃｕを電解メッキ法により半球状に形成しコア材４２とし、コア材４２の表面に電解メッキ法によりハンダを形成し接合材４３とし、半球状のバンプ４０を形成した。Ｃｕは、ヤング率が１１２.５×１０５ （ｋｇ／ｃｍ２ ）であることが一般に知られている。Ｃｕは、非常に柔らかい為、後述する加熱・加圧プロセス時のバンプ４０の高さばらつきをコア材４２自身の変形により吸収することができる。但し、Ｃｕ及びハンダは、通常保管条件下においても脆弱な合金層を生成しやすいため、Ｃｕとハンダとの界面にＮｉのストッパ層を形成した。ハンダメッキ層厚は、５μｍ以上とした。これは、後述する加熱・加圧プロセス後のハンダ濡れ広がり直径及びハンダメッキ層厚に強い相関関係があり、ハンダメッキ層厚が５μｍ以下の場合、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０との機械的接合強度の低下すなわち信頼性の低下を発生させてしまうからである。この実施例では、Ｃｕと高さ：ハンダの厚さ比を５：１とし、５乃至１００μｍの高さのバンプ４０をフレキシブルプリント配線基板３０上に、後述する平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２に対応する位置に１００個形成した。
【００９５】
フレキシブルプリント配線基板３０の三層の材料としては、ベースフィルム３１には厚さ２５μｍのポリイミド材を、配線パターン３２には厚さ９μｍのＣｕを、カバーレイ３３には厚さ１２.５μｍのポリイミド材を用いた。また、電気接合用パッド４１は、φ１５０μｍの円形に形成し、それに対応した配線パターン３２を５０μｍピッチで１００本形成した。また比較の為、厚さ１００μｍのアルミナ基板上に円形のφ１５０μｍの電気接合用パッド４１を形成し、それに対応したＣｕ配線パターン３２を５０μｍピッチで１００本形成した。
【００９６】
平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０は、圧電材料より作製した。圧電材料にはジルコン酸チタン酸鉛セラミックスを用い、その焼結体を０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５ｍｍの矩形板に切り出した。次に、この平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の両主面上に共通電極１１及び信号電極１２を形成した。共通電極１１は、第一層１１１にＣｒ、第二層１１２にＡｕを用いて二層構造とした。第一層１１１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＡｕとの密着強度の弱さを補う為である。Ａｕは、Ｃｒの酸化防止すなわち電気的機械的な信頼性確保の為に、５０ｎｍ以上形成した。信号電極１２は、第一層１２１にＣｒ、第二層１２２にＮｉ、第三層１２３にＡｕを用いて三層構造とした。第一層１２１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＮｉとの密着強度の弱さを補う為である。さらに電極厚みとしてＮｉは５００ｎｍ以上必要である。これは、後述する加熱・加圧プロセス時及び経年変化により、Ｎｉとハンダとの合金層が生成されることによるＮｉ消失を防ぐためである。Ｎｉが消失してしまった場合、ハンダはＣｒ層と直接接することになるが、Ｃｒはハンダと合金層を形成しないため機械的接合強度が極端に低下、すなわち信頼性の低下を発生させる。ここでは、Ｎｉ厚さを６００ｎｍとした。Ａｕは、ハンダ塗れ性確保の為に５０ｎｍ以上形成する。共通電極１１及び信号電極１２は、いずれもスパッタリング又はメッキ法等の薄膜形成法で形成した。
【００９７】
基板は、上述したように、ステンレス薄板を用い、窓を有しないステンレス薄板２２と、窓を有するステンレス薄板２３より構成した。すなわち、上述の第１実施例で用いた基板２０としてステンレス薄板２２（窓なし）、剛体２１としてステンレス薄板（窓なし）２３を用いた。基板の作製は、まず、お互いに０.２ｍｍの間隔で、０.５ｍｍ×０.５ｍｍの１００個の窓を有し、その窓が互いに０.２ｍｍの隙間で配列している板厚０.１ｍｍのステンレス薄板（窓あり）２３と、窓を有しない板厚０.０５ｍｍのステンレス薄板（窓なし）２２とを５μｍ厚のエポキシ接着剤で貼り合わせた。次に、先に作製した電極を形成した０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５（厚さ）ｍｍの平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を１００個用意し、エポキシ接着材を用いて０.０５ｍｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２にマトリックス配列で接合した。この際、ステンレス薄板（窓あり）２３の窓部の二隅に平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の二隅を一致させた。従って、マトリックス状に配列された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の対向する２面に共通電極１１と信号電極１２とがそれぞれ形成されており、共通電極１１は、ステンレス薄板（窓なし）２２と電気的に接続されている。また、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の共通電極１１と、基板のステンレス薄板（窓なし）２２との電気的機械的接合は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とステンレス薄板（窓なし）２２とが電気的導通可能なエポキシ樹脂系接着剤等を用いた。
【００９８】
次に、図７及び図８を参照して、基板上に設けられた平板状圧電／電歪アクチュエータ素子と、フレキシブルプリント配線基板に設けられたバンプとの接合方法について説明する。
まず、上記平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２と、先に形成したフレキシブルプリント配線基板３０及びアルミナ基板上のバンプ４０とを互いに対向させ、加熱・加圧を行うことにより信号電極１２とバンプ４０を電気的に接続した。このとき、フレキシブルプリント配線基板３０の配線パターンは平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の上方に配置されるため、フレキシブルプリント配線基板３０の実装効率を最大限まで高めることができる。さらに、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とフレキシブルプリント配線基板３０及びアルミナ基板との間にはコア材４２による間隙が存在しており、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２のアクチュエータエリア１４は完全に自由に動作することができる。
【００９９】
以上のようにして作製した第２実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの評価実験を以下のようにして行った。
まず、５０Ｖの直流電圧を印加し、分極処理を施した。駆動は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０に直流電圧２５Ｖをバイアスとして印加し、５０ｋＨｚ、振幅２５Ｖの電圧を印加し、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を駆動させた。評価は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の窓部のステンレス薄板（窓あり）２３側から、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０上に接合された５０μｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２の駆動後１０秒後及び１時間後の最大変位を測定した。また、その際の温度上昇も焦電型温度計を用いて、フレキシブルプリント配線基板３０表面及びアルミナ基板表面の温度を測定した。また、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の静電容量を測定し、初期値との比較により電気的導通の確認を行った。  その結果を表１に示す。
【０１００】
【表１】
0004362996.tif 000002
【０１０１】
表１に示すように、１時間駆動後のアクチュエータにおいて、バンプ高さ５μｍのアクチュエータにおいては、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は０であり、電気的導通も測定されなかったが、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のアクチュエータにおいては、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は各々１００となり、電気的導通も測定された。また、アルミナ基板のバンプ高さ１０μｍのアクチュエータにおいては、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は０であり、電気的導通は測定されなかった。
【０１０２】
また、１時間駆動後のアクチュエータにおいて、バンプ高さ５μｍのアクチュエータの各アクチュエータ素子、バンプ、基板及び接合点を観察したところ、バンプ破壊、基板配線断線が確認された。しかしながら、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のアクチュエータでは、前述のような破壊は確認されなかった。また、アルミナ基板では基板反りによるバンプ高さばらつきによる、バンプとアクチュエータとの間の接合不良及び、基板の破壊、接合部の破壊が確認された。
【０１０３】
従って、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のフレキシブル配線基板一体型アクチュエータは、温度上昇が少なくかつ電気的な開放がなく、各アクチュエータ素子の安定した変位動作が認められ、実用性が確認された。
【０１０４】
◇第３実施例
次に、図７乃至図１２を参照して、この発明の第３実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータについて説明する。
図１２は、この発明の第３実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータのバンプの構成を示す断面図である。
この例のアクチュエータは、前述した第２実施例とほぼ同様の構成であるが、図１２に示すように、第２実施例で用いた半球状のバンプ４０の代わりに、球状のバンプ４０ａを用いている。すなわち、半球状のバンプ４０の代わりに球状のコア材４２ａと、球状のコア材４２ａの外周を被覆する接合材４３ｂとを用いて球状のバンプ４０ａを形成している。
全体構成については、第２実施例と同様であるので省略する。
【０１０５】
次に、図７乃至図１２を参照して、この例の配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの各部の構成について説明する。
フレキシブルプリント配線基板３０は、ベースフィルム３１、配線パターン３２、カバーレイ３３の三層構造からなり、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２の配列に対応した電気接合用パッド４１へ、Ｃｕを球形状のコア材４２ａとし球形状のコア材４２ａの表面にメッキ法によりハンダを接合材４３ａとして形成した成形ボールを搭載し、ハンダ接合材４３ａを加熱溶融させ、上記電気接合用パッド４１へ固着させることにより球状のバンプ４０ａを形成した。球状のバンプ４０ａは、特にコア材４２ａにＣｕを選択したので、Ｃｕとハンダとは通常保管条件下においても脆弱な合金層を生成しやすいため、Ｃｕとハンダとの界面にＮｉのストッパ層も形成した。次に、Ｃｕをコア材４２ａとし、コア材４２ａの表面にメッキ法によりハンダを接合材４３ａとして形成した球状の成形ボールを使用して、ハンダの高さ：厚さ比を５：１、５乃至１００μｍの高さの球状のバンプ４０ａをフレキシブルプリント配線基板３０上に、後述する平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２に対応する位置に１００個形成した。ここで、フレキシブルプリント配線基板３０は、ベースフィルム３１には厚さ２５μｍのポリイミド材を、配線パターン３２には厚さ９μｍのＣｕを、カバーレイ３３には厚さ１２.５μｍのポリイミド材を用いて作製した。電気接合用パッド４１は、φ１５０μｍの円形に形成し、それに対応した配線パターン３２を５０μｍピッチで１００本形成した。
【０１０６】
平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０は、前述の第２実施例と同様に、圧電材料を用いた。圧電材料にはジルコン酸チタン酸鉛セラミックスを用い、その焼結体を０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５ｍｍの矩形板に切り出した。次に、この平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の両主面上に共通電極１１及び信号電極１２を形成した。基板側を共通電極１１、対向する側を信号電極１２とした。共通電極１１は、第一層１１１にＣｒ、第二層１１２にＡｕを用いて二層構造とした。第一層１１１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＡｕとの密着強度の弱さを補う為である。Ａｕは、Ｃｒの酸化防止すなわち電気的機械的な信頼性確保の為に５０ｎｍ以上形成した。次に、信号電極１２は、第一層１２１にＣｒ、第二層１２２にＮｉ、第三層１２３にＡｕを用いて三層構造とした。第一層１２１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＮｉとの密着強度の弱さを補う為である。さらに電極厚みとしてＮｉは５００ｎｍ以上必要である。これは、後述する加熱・加圧プロセス時及び経年変化によりＮｉとハンダの合金層が生成されることによるＮｉ消失を防ぐためである。Ｎｉが消失してしまった場合、ハンダはＣｒ層と直接接することになるが、Ｃｒは、ハンダと合金層を形成しないため機械的接合強度が極端に低下すなわち信頼性の低下を発生させる。ここではＮｉ厚さを６００ｎｍとした。Ａｕは、ハンダ塗れ性確保の為に５０ｎｍ以上形成する。共通電極１１及び信号電極１２は、いずれもスパッタリング又はメッキ法等の薄膜形成法で形成した。
【０１０７】
基板は、前述した第２実施例と同様に、ステンレスを用い、窓を有しないステンレス薄板２２と、窓を有するステンレス薄板２３とより構成した。また、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の共通電極１１と、基板のステンレス薄板（窓なし）２２との電気的機械的接合は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とステンレス薄板（窓なし）２２とが電気的導通可能なエポキシ樹脂系接着剤等を用いた。基板の作製は、まず、お互いに０.２ｍｍの間隔で、０.５ｍｍ×０.５ｍｍの１００個の窓を有し、その窓が互いに０.２ｍｍの隙間で配列している板厚０.１ｍｍのステンレス薄板（窓あり）２３と、窓を有しない板厚０.０５ｍｍのステンレス薄板２２とを５μｍ厚のエポキシ接着剤で貼り合わせた。次に、先に作製した電極を形成した０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５（厚さ）ｍｍの平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を１００個用意し、エポキシ接着材を用いて０.０５ｍｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２にマトリックス配列で接合した。この際、ステンレス薄板（窓あり）２３の窓部の二隅に平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の二隅を一致させた。従って、マトリックス状に配列された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の対向する２面に共通電極１１と信号電極１２がそれぞれ形成されており、共通電極１１は基板２０と電気的に接続されている。
【０１０８】
次に、図７及び図８を参照して、基板上に設けられた平板状圧電／電歪アクチュエータ素子と、フレキシブルプリント配線基板に設けられたバンプとの接合方法について説明する。
まず、上記平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２と、先に形成したフレキシブルプリント配線基板３０上の球状のバンプ４０ａとを互いに対向させ、加熱・加圧を行うことにより信号電極１２と球状のバンプ４０ａとを電気的に接続した。このとき、フレキシブルプリント配線基板３０の配線パターンは平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の上方に配置されるため、フレキシブルプリント配線基板３０の実装効率を最大限まで高めることができる。さらに、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とフレキシブルプリント配線基板３０との間にはコア材４２ａによる間隙が存在しており、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２のアクチュエータエリア１４は完全に自由に動作することができる。
【０１０９】
以上のようにして作製した第３実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの評価実験を以下のようにして行った。
まず、５０Ｖの直流電圧を印加し、分極処理を施した。駆動は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０に直流電圧２５Ｖをバイアスとして印加し、５０ｋＨｚ、振幅２５Ｖの電圧を印加し、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を駆動させた。評価は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の窓部のステンレス薄板（窓あり）２３側から、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０上に接合された５０μｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２の駆動後１０秒後及び１時間後の最大変位を測定した。その際の温度上昇も焦電型温度計をもちいて、フレキシブルプリント配線基板３０表面の温度を測定した。また、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の静電容量を測定し、初期値との比較により電気的導通の確認を行った。
その結果を表２に示す。
【０１１０】
【表２】
0004362996.tif 000003
【０１１１】
表２に示すように、１時間駆動後のアクチュエータにおいて、バンプ高さ５μｍのアクチュエータにおいては、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は０であり、電気的導通も測定されなかったが、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のアクチュエータにおいては、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は各々１００となり、電気的導通も測定された。
【０１１２】
また、１時間駆動後のアクチュエータにおいて、バンプ高さ５μｍのアクチュエータの各アクチュエータ素子、バンプ、基板及び接合点を観察したところ、バンプ破壊、基板配線断線が確認された。しかしながら、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のアクチュエータでは、前述のような破壊は確認されなかった。
【０１１３】
従って、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のフレキシブル配線基板一体型アクチュエータは、温度上昇が少なくかつ電気的な開放がなく、各アクチュエータ素子の安定した変位動作が認められ、実用性が確認された。
以上のように、第２実施例と同様の効果が得られた。
【０１１４】
◇第４実施例
次に、図７乃至図１１，及び図１３を参照して、この発明の第４実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータについて説明する。図１３は、この発明の第３実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータのアクチュエータの構成を示す断面図である。
この例のアクチュエータは、前述した第２実施例とほぼ同様の構成であるが、図１３に示すように、第２実施例で用いた平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２の三層構造のうち、必要とする箇所のみ三層構造とし、残りの箇所は、一層構造とした。すなわち、マトリックス状に配列された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２は、電気接合用エリア１３のみ第一層１２１にＣｒ、第二層１２２ａにＮｉ、第三層１２３ａにＡｕの三層構造とし、アクチュエータエリア１４では、第二層１２２ａ及び第三層１２３ａを除去して、第一層１２１のＣｒ層のみを形成した。
全体構成については、第２実施例と同様であるので省略する。
【０１１５】
次に、図７乃至図１１，及び図１３を参照して、この例の配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの各部の構成について説明する。
フレキシブルプリント配線基板３０は、ベースフィルム３１、配線パターン３２、カバーレイ３３の三層構造からなり、バンプ４０を平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の電気接合用エリア１３に対向させ、加熱・加圧を行うことにより信号電極１２とバンプ４０とを電気的に接続した。このとき、アクチュエータエリア１０には第一層１２１のＣｒ層のみ存在しており、Ｃｒは、ハンダと合金層を形成しないためアクチュエータエリア１４へのハンダ流れ出しを防止する。この実施例では、Ｃｕの高さ：ハンダの厚さ比を５：１とし、３００μｍの高さのバンプ４０をフレキシブルプリント配線基板３０上に、後述する平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２に対応する位置に１００個形成した。ここで、バンプ４０は、この実施例の効果をより明確化する為に、バンプ高さを大きく設定した。フレキシブルプリント配線基板３０は、ベースフィルム３１には厚さ２５μｍのポリイミド材を、配線パターン３２には厚さ９μｍのＣｕを、カバーレイ３３には厚さ１２.５μｍのポリイミド材を用いて作製した。電気接合用パッド４１は、φ１５０μｍの円形に形成し、それに対応した配線パターン３２を５０μｍピッチで１００本形成した。
【０１１６】
平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０は、圧電材料を用いて作製した。圧電材料にはジルコン酸チタン酸鉛セラミックスを用い、その焼結体を０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５ｍｍの矩形板に切り出した。次に、この平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の両主面上に共通電極１１及び信号電極１２を形成し、基板側を共通電極１１、対向する側を信号電極１２とした。共通電極１１は、第一層１１１にＣｒ、第二層１１２にＡｕを用いて二層構造とした。第一層１１１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＡｕとの密着強度の弱さを補う為である。Ａｕは、Ｃｒの酸化防止すなわち電気的機械的な信頼性確保の為に５０ｎｍ以上形成した。次に、信号電極１２は、第一層１２１にＣｒ、第二層１２２ａにＮｉ、第三層１２３ａにＡｕを用いて三層構造とした。第一層１２１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＮｉとの密着強度の弱さを補う為である。さらに電極厚みとしてＮｉは５００ｎｍ以上必要である。これは、後述する加熱・加圧プロセス時及び経年変化によりＮｉとハンダの合金層が生成されることによるＮｉ消失を防ぐためである。Ｎｉが消失してしまった場合、ハンダはＣｒ層と直接接することになるが、Ｃｒはハンダと合金層を形成しないため、機械的接合強度が極端に低下すなわち信頼性の低下を発生させる。ここではＮｉ厚さを６００ｎｍとした。Ａｕは、ハンダ塗れ性確保の為に５０ｎｍ以上形成する。この実施例では、上述したように、電気接合用エリア１３のみ第一層１２１にＣｒ、第二層１２２ａにＮｉ、第三層１２３ａにＡｕの三層構造とし、アクチュエータエリア１４には第一層１２１であるＣｒ層のみを形成した。共通電極１１及び信号電極１２は、いずれもスパッタリング又はメッキ法等の薄膜形成法で形成した。また、比較の為、電気接合用エリア１３及びアクチュエータエリア１４に第一層１２１にＣｒ、第二層１２２ａにＮｉ、第三層１２３ａにＡｕの三層構造とした比較例も作製した。
【０１１７】
基板は、前述した第２実施例と同様に、ステンレスを用い、窓を有しないステンレス薄板２２と、窓を有するステンレス薄板２３より構成した。また、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の共通電極１１と、基板のステンレス薄板（窓なし）２２との電気的機械的接合は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とステンレス薄板（窓なし）２２とが電気的導通可能なエポキシ樹脂系接着剤を用いた。次に、お互いに０.２ｍｍの間隔で、０.５ｍｍ×０.５ｍｍの１００個の窓を有し、その窓が互いに０.２ｍｍの隙間で配列している板厚０.１ｍｍのステンレス薄板（窓あり）２３と、窓を有しない板厚０.０５ｍｍのステンレス薄板（窓なし）２２とを５μｍ厚のエポキシ接着剤で貼り合わせた。次に、先に作製した電極を形成した０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５（厚さ）ｍｍの平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を１００個用意し、エポキシ接着材を用いて０.０５ｍｍ厚のステンレス薄板２２にマトリックス配列で接合した。この際、ステンレス薄板（窓あり）２３の窓部の二隅に平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の二隅を一致させた。従って、マトリックス状に配列された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の対向する２面に共通電極１１と信号電極１２とがそれぞれ形成されており、共通電極１１はステンレス薄板（窓なし）２２と電気的に接続されている。
【０１１８】
次に、図７及び図８を参照して、基板上に設けられた平板状圧電／電歪アクチュエータ素子と、フレキシブルプリント配線基板に設けられたバンプとの接合方法について説明する。
まず、上記平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２と、先に形成したフレキシブルプリント配線基板３０上のバンプ４０とを互いに対向させ、加熱・加圧を行うことにより信号電極１２とバンプ４０とを電気的に接続した。このとき、フレキシブルプリント配線基板３０の配線パターンは、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の上方に配置されるため、フレキシブルプリント配線基板３０の実装効率を最大限まで高めることができる。さらに、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とフレキシブルプリント配線基板３０との間にはコア材４２による間隙が存在しており、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２のアクチュエータエリア１４は完全に自由に動作することができる。
【０１１９】
以上のようにして作製した第４実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの評価実験を以下のようにして行った。
まず、５０Ｖの直流電圧を印加し、分極処理を施した。駆動は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０に直流電圧２５Ｖをバイアスとして印加し、５０ｋＨｚ、振幅２５Ｖの電圧を印加し、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を駆動させた。評価は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の窓部のステンレス薄板（窓あり）２３側から、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０上に接合された５０μｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２の駆動後１０秒後及び１時間後の最大変位を測定した。その際の温度上昇も焦電型温度計を用いて、フレキシブルプリント配線基板３０表面の温度を測定した。また、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の静電容量を測定し、初期値との比較により電気的導通の確認を行った。また、比較の為、電気接合用エリア及びアクチュエータエリアの電極を同一層にて形成したものを比較例として同様に測定した。
その結果を表３に示す。
【０１２０】
【表３】
0004362996.tif 000004
【０１２１】
表３に示すように、１時間駆動後のアクチュエータにおいて、この例の電気接合用エリア／アクチュエータエリア分離型のアクチュエータにおいては、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は１００であり、電気的導通も測定されたが、電気接合用エリア／アクチュエータエリア一体型のアクチュエータにおいては、電気的導通は測定されたが、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は２６となった。
【０１２２】
また、１時間駆動後のこの例のアクチュエータにおいては、安定した変位動作が確認された。さらに、各アクチュエータ素子，バンプ，基板，及び接合点を観察したところ、バンプ破壊，基板配線断線は確認されなかった。しかしながら、電気接合用エリア及びアクチュエータエリアの電極を同一層にて形成した比較例では、ハンダの濡れ広がり過剰が原因の異常変位が確認された。
【０１２３】
従って、この例のアクチュエータの電極構成において、各アクチュエータ素子の安定した変位動作が認められ、実用性が確認された。
【０１２４】
◇第５実施例
次に、図７乃至図１１，及び図１４を参照して、この発明の第５実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータについて説明する。
図１４は、この発明の第５実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータのバンプの構成を示す断面図である。
この例のアクチュエータは、第２実施例とほぼ同様の構成であるが、図１４に示すように、バンプの接合材の材質を変えている。すなわち、フレキシブルプリント配線基板３０上の、信号電極１２の配列に対応した電気接合用パッド４１へ、Ｃｕを電解メッキ法により半球状に形成しコア材４２とし、コア材４２の表面に異方性導電樹脂を被覆し接合材４３ｂとして、半球状のバンプ４０ｂを形成した。
全体構成については、第２実施例と同様であるので省略する。
【０１２５】
次に、図７乃至図１１，及び図１４を参照して、この例の配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの各部の構成について説明する。
フレキシブルプリント配線基板３０は、ベースフィルム３１、配線パターン３２、カバーレイ３３の三層構造からなり、フレキシブルプリント配線基板３０上には、Ｃｕの高さ：異方性導電樹脂の厚さ比を５：１とし、５乃至１００μｍの高さのバンプ４０ｂを、後述する平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２に対応する位置に１００個形成した。フレキシブルプリント配線基板３０は、ベースフィルム３１に厚さ２５μｍのポリイミド材を、配線パターン３２に厚さ９μｍのＣｕを、カバーレイ３３に厚さ１２.５μｍのポリイミド材を用いて作製した。電気接合用パッド４１は、φ１５０μｍの円形に形成し、それに対応した配線パターン３２を５０μｍピッチで１００本形成した。
【０１２６】
平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０は、圧電材料を用いて作製した。圧電材料にはジルコン酸チタン酸鉛セラミックスを用い、その焼結体を０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５ｍｍの矩形板に切り出した。次に、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の両主面上に共通電極１１及び信号電極１２を形成し、基板側を共通電極１１、対向する側を信号電極１２とした。共通電極１１は、第一層１１１にＣｒ、第二層１１２にＡｕを用いて二層構造とした。第一層１１１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＡｕとの密着強度の弱さを補う為である。Ａｕは、Ｃｒの酸化防止すなわち電気的機械的な信頼性確保の為に５０ｎｍ以上形成した。次に、信号電極１２は、第一層１２１にＣｒ、第二層１２２にＮｉ、第三層１２３にＡｕを用いて三層構造とした。第一層１２１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＮｉとの密着強度の弱さを補う為である。共通電極１１及び信号電極１２は、スパッタリング又はメッキ法等の薄膜形成法で形成した。
【０１２７】
基板は、前述した第２実施例と同様に、ステンレスを用い、窓を有しないステンレス薄板２２と、窓を有するステンレス薄板２３より構成した。また、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の共通電極１１と、基板のステンレス薄板（窓なし）２２との電気的機械的接合は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とステンレス薄板（窓なし）２２とが電気的導通可能なエポキシ樹脂系接着剤等を用いた。基板の作製は、まず、お互いに０.２ｍｍの間隔で、０.５ｍｍ×０.５ｍｍの１００個の窓を有し、その窓が互いに０.２ｍｍの隙間で配列している板厚０.１ｍｍのステンレス薄板（窓あり）２３と、窓を有しない板厚０.０５ｍｍのステンレス薄板（窓なし）２２とを５μｍ厚のエポキシ接着剤で貼り合わせた。次に、先に作製した電極を形成した０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５（厚さ）ｍｍの平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を１００個用意し、エポキシ接着材を用いて０.０５ｍｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２にマトリックス配列で接合した。この際、ステンレス薄板（窓あり）２３の窓部の二隅に平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の二隅を一致させた。従って、マトリックス状に配列された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の対向する２面に共通電極１１と信号電極１２とがそれぞれ形成されており、共通電極１１は、ステンレス薄板（窓なし）２２と電気的に接続されている。
【０１２８】
次に、図７及び図８を参照して、基板上に設けられた平板状圧電／電歪アクチュエータ素子と、フレキシブルプリント配線基板に設けられたバンプとの接合方法について説明する。
まず、上記平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２と、先に形成したフレキシブルプリント配線基板３０上のバンプ４０ｂとを互いに対向させ、加熱・加圧を行うことにより信号電極１２とバンプ４０ｂとを電気的に接続した。このとき、フレキシブルプリント配線基板３０の配線パターンは平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の上方に配置されるため、フレキシブルプリント配線基板３０の実装効率を最大限まで高めることができる。さらに、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とフレキシブルプリント配線基板３０との間にはコア材４２による間隙が存在しており、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２のアクチュエータエリア１４は完全に自由に動作することができる。
【０１２９】
以上のようにして作製した第５実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの評価実験を以下のようにして行った。
まず、５０Ｖの直流電圧を印加し、分極処理を施した。駆動は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０に直流電圧２５Ｖをバイアスとして印加し、５０ｋＨｚ、振幅２５Ｖの電圧を印加し、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を駆動させた。評価は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の窓部のステンレス薄板（窓あり）２３側から、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０上に接合された５０μｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２の駆動後１０秒後及び１時間後の最大変位を測定した。その際の温度上昇も焦電型温度計をもちいて、フレキシブルプリント配線基板３０表面の温度を測定した。また、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の静電容量を測定し、初期値との比較により電気的導通の確認を行った。
その結果を表４に示す。
【０１３０】
【表４】
0004362996.tif 000005
【０１３１】
表４に示すように、１時間駆動後のアクチュエータにおいて、バンプ高さ５μｍのアクチュエータにおいては、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は０であり、電気的導通も測定されなかったが、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のアクチュエータにおいては、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は各々１００となり、電気的導通も測定された。
【０１３２】
また、１時間駆動後のこの例のアクチュエータにおいて、バンプ高さ５μｍのアクチュエータの各アクチュエータ素子、バンプ、基板及び接合点を観察したところ、バンプ破壊、基板配線断線が確認された。しかしながら、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のアクチュエータでは、前述のような破壊は確認されなかった。
【０１３３】
従って、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のフレキシブル配線基板一体型アクチュエータは、温度上昇が少なくかつ電気的な開放がなく、各アクチュエータ素子の安定した変位動作が認められ、実用性が確認された。
以上のように、第２実施例と同様の効果が得られた。
【０１３４】
◇第６実施例
次に、図７乃至図１１，及び図１５を参照して、この発明の第６実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータについて説明する。図１５は、この発明の第６実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータのバンプの構成を示す断面図である。
この実施例は、第２実施例とほぼ同様の構成であるが、図１５に示すように、バンプの接合材の材質を変えている。すなわち、フレキシブルプリント配線基板３０上に形成された、信号電極１２の配列に対応した電気接合用パッド４１へ、Ｃｕを電解メッキ法により半球状に形成しコア材４２とし、コア材４２の表面にメッキ法によりＡｕを被覆し接合材４３ｃとし、半球状のバンプ４０ｃを形成した。
全体構成については、第２実施例と同様であるので省略する。
【０１３５】
次に、図７乃至図１１，及び図１５を参照して、この例の配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの各部の構成について説明する。
フレキシブルプリント配線基板３０は、ベースフィルム３１、配線パターン３２、カバーレイ３３の三層構造からなり、フレキシブルプリント配線基板３０上には、Ｃｕをコア材４２とし、Ａｕの厚さを１μｍとした接合材４３ｃで５乃至１００μｍの高さのバンプ４０ｃを、後述する平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２に対応する位置に１００個形成した。ここで、フレキシブルプリント配線基板３０は、ベースフィルム３１には厚さ２５μｍのポリイミド材を、配線パターン３２には厚さ９μｍのＣｕを、カバーレイ３３には厚さ１２.５μｍのポリイミド材を用いて作製した。電気接合用パッド４１はφ１５０μｍの円形に形成し、それに対応した配線パターン３２を５０μｍピッチで１００本形成した。また比較の為、厚さ１００μｍのアルミナ基板上に円形のφ１５０μｍの電気接合用パッド４１を形成し、それに対応したＣｕ配線パターン３２を５０μｍピッチで１００本形成した。
【０１３６】
平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０は、圧電材料を用いて作製した。圧電材料にはジルコン酸チタン酸鉛セラミックスを用い、その焼結体を０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５ｍｍの矩形板に切り出した。次に、この平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の両主面上に共通電極１１及び信号電極１２を形成し、基板２０側を共通電極１１、対向する側を信号電極１２とした。共通電極１１は、第一層１１１にＣｒ、第二層１１２にＡｕを用いて二層構造とした。第一層１１１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＡｕとの密着強度の弱さを補う為である。Ａｕは、Ｃｒの酸化防止すなわち電気的機械的な信頼性確保の為に５０ｎｍ以上形成した。次に、信号電極１２は、第一層１２１にＣｒ、第二層１２２にＮｉ、第三層１２３にＡｕを用いて三層構造とした。第一層１２１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＮｉとの密着強度の弱さを補う為である。共通電極１１及び信号電極１２は、いずれもスパッタリング又はメッキ法等の薄膜形成法で形成した。
【０１３７】
基板は、第２実施例と同様に、ステンレスを用い、窓を有しないステンレス薄板２２と、窓を有するステンレス薄板２３より構成した。また、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の共通電極１１と、基板のステンレス薄板（窓なし）２２との電気的機械的接合は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とステンレス薄板（窓なし）２２とが電気的導通可能なエポキシ樹脂系接着剤を用いた。基板の作製は、まず、お互いに０.２ｍｍの間隔で、０.５ｍｍ×０.５ｍｍの１００個の窓を有し、その窓が互いに０.２ｍｍの隙間で配列している板厚０.１ｍｍのステンレス薄板（窓あり）２３と、窓を有しない板厚０.０５ｍｍのステンレス薄板（窓なし）２２とを５μｍ厚のエポキシ接着剤で貼り合わせた。先に作製した電極を形成した０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５（厚さ）ｍｍの平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を１００個用意し、エポキシ接着材を用いて０.０５ｍｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２にマトリックス配列で接合した。この際、ステンレス薄板（窓あり）２３の窓部の二隅に平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の二隅を一致させた。従って、マトリックス状に配列された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の対向する２面に共通電極１１と信号電極１２がそれぞれ形成されており、共通電極１１は基板２０と電気的に接続されている。
【０１３８】
次に、図７及び図８を参照して、基板上に設けられた平板状圧電／電歪アクチュエータ素子と、フレキシブルプリント配線基板に設けられたバンプとの接合方法について説明する。
まず、上記平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２と、先に形成したフレキシブルプリント配線基板３０上のバンプ４０ｃとを互いに対向させ、加熱・加圧を行うことにより信号電極１２とバンプ４０ｃを電気的に接続した。このとき、フレキシブルプリント配線基板３０の配線パターンは平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の上方に配置されるため、フレキシブルプリント配線基板３０の実装効率を最大限まで高めることができる。さらに、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とフレキシブルプリント配線基板３０との間にはコア材４２による間隙が存在しており、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２のアクチュエータエリア１４は完全に自由に動作することができる。
【０１３９】
以上のようにして作製した第６実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの評価実験を以下のようにして行った。
まず、５０Ｖの直流電圧を印加し、分極処理を施した。駆動は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０に直流電圧２５Ｖをバイアスとして印加し、５０ｋＨｚ、振幅２５Ｖの電圧を印加し、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を駆動させた。評価は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の窓部のステンレス薄板（窓あり）２３側から、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０上に接合された５０μｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２の駆動後１０秒後及び１時間後の最大変位を測定した。その際の温度上昇も焦電型温度計を用いて、フレキシブルプリント配線基板３０表面の温度を測定した。また、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の静電容量を測定し、初期値との比較により電気的導通の確認を行った。
その結果を表５に示す。
【０１４０】
【表５】
0004362996.tif 000006
【０１４１】
表５に示すように、１時間駆動後のアクチュエータにおいて、バンプ高さ５μｍのアクチュエータにおいては、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は０であったが、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のアクチュエータにおいては、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は各々１００となった。
【０１４２】
また、１時間駆動後のアクチュエータにおいて、バンプ高さ５μｍのアクチュエータの各アクチュエータ素子、バンプ、基板及び接合点を観察したところバンプ破壊、基板配線断線が確認された。しかしながら、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のアクチュエータでは、前述のような破壊は確認されなかった。
【０１４３】
従って、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のフレキシブル配線基板一体型アクチュエータは、温度上昇が少なくかつ電気的な開放がなく、各アクチュエータ素子の安定した変位動作が認められ、実用性が確認された。
以上のように、第２実施例と同様の効果が得られた。
【０１４４】
◇第７実施例
次に、図７乃至図１１，及び図１６を参照して、この発明の第７実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータについて説明する。
図１６は、この発明の第７実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータのバンプの構成を示す断面図である。
この例のアクチュエータは、第２実施例とほぼ同様の構成であるが、図１６に示すように、コア材４２と接合材４３とを同じ材質で形成している。すなわち、フレキシブルプリント配線基板３０上の、信号電極１２の配列に対応した電気接合用パッド４１へ、ハンダを電解メッキ法により半球状に形成し、バンプ４０ｄとした。従って、ハンダのみでコア材と接合材とを形成している。
全体構成については、第２実施例と同様であるので省略する。
【０１４５】
次に、図７乃至図１１，及び図１６を参照して、この例の配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの各部の構成について説明する。
フレキシブルプリント配線基板は、ベースフィルム３１、配線パターン３２、カバーレイ３３の三層構造からなり、フレキシブルプリント配線基板３０上には、５乃至１００μｍの高さのＡｕバンプ４０ｄを、後述する平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２に対応する位置に１００個形成した。ここで、フレキシブルプリント配線基板３０はベースフィルム３１には厚さ２５μｍのポリイミド材を、配線パターン３２には厚さ９μｍのＣｕを、カバーレイ３３には厚さ１２.５μｍのポリイミド材を用いて作製した。電気接合用パッド４１はφ１５０μｍの円形に形成し、それに対応した配線パターン３２を５０μｍピッチで１００本形成した。また比較の為、厚さ１００μｍのアルミナ基板上に円形のφ１５０μｍの電気接合用パッド４１を形成し、それに対応したＣｕ配線パターン３２を５０μｍピッチで１００本形成した。
【０１４６】
平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０は、圧電材料を用いて作製した。圧電材料にはジルコン酸チタン酸鉛セラミックスを用い、その焼結体を０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５ｍｍの矩形板に切り出した。次に、この平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の両主面上に共通電極１１及び信号電極１２を形成し、基板側を共通電極１１、対向する側を信号電極１２とした。共通電極１１は、第一層１１１にＣｒ、第二層１１２にＡｕを用いて二層構造とした。第一層１１１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＡｕとの密着強度の弱さを補う為である。Ａｕ、はＣｒの酸化防止すなわち電気的機械的な信頼性確保の為に５０ｎｍ以上形成した。次に、信号電極１２は、第一層１２１にＣｒ、第二層１２２にＮｉ、第三層１２３にＡｕを用いて三層構造とした。第一層１２１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＮｉとの密着強度の弱さを補う為である。共通電極１１及び信号電極１２は、いずれもスパッタリング又はメッキ法等の薄膜形成法で形成した。
【０１４７】
基板は、第２実施例と同様に、ステンレスを用いて、窓を有しないステンレス薄板２２と、窓を有するステンレス薄板２３より構成した。また、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の共通電極１１と、基板のステンレス薄板（窓なし）２２との電気的機械的接合は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とステンレス薄板（窓なし）２２とが電気的導通可能なエポキシ樹脂系接着剤を用いた。基板の作製は、まず、お互いに０.２ｍｍの間隔で、０.５ｍｍ×０.５ｍｍの１００個の窓を有し、その窓が互いに０.２ｍｍの隙間で配列している板厚０.１ｍｍのステンレス薄板（窓あり）２３と、窓を有しない板厚０.０５ｍｍのステンレス薄板（窓なし）２２とを５μｍ厚のエポキシ接着剤で貼り合わせた。先に作製した電極を形成した０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５（厚さ）ｍｍの平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を１００個用意し、エポキシ接着材を用いて０.０５ｍｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２にマトリックス配列で接合した。この際、ステンレス薄板（窓あり）２３の窓部の二隅に平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の二隅を一致させた。従って、マトリックス状に配列された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の対向する２面に共通電極１１と信号電極１２がそれぞれ形成されており、共通電極１１は基板２０と電気的に接続されている。
【０１４８】
次に、図７及び図８を参照して、基板２０上に設けられた平板状圧電／電歪アクチュエータ素子と、フレキシブルプリント配線基板３０に設けられたバンプとの接合方法について説明する。
まず、上記平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２と、先に形成したフレキシブルプリント配線基板３０上のバンプ４０ｄとを互いに対向させ、加熱・加圧を行うことにより信号電極１２とバンプ４０ｄとを電気的に接続した。このとき、フレキシブルプリント配線基板３０の配線パターンは平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の上方に配置されるため、フレキシブルプリント配線基板３０の実装効率を最大限まで高めることができる。さらに、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とフレキシブルプリント配線基板３０との間にはバンプ４０ｄによる間隙が存在しており、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２のアクチュエータエリア１４は完全に自由に動作することができる。
【０１４９】
以上のようにして作製した第７実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの評価実験を以下のようにして行った。
まず、５０Ｖの直流電圧を印加し、分極処理を施した。駆動は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０に直流電圧２５Ｖをバイアスとして印加し、５０Ｈｚ、振幅２５Ｖの電圧を印加し、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を駆動させた。評価は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の窓部のステンレス薄板（窓あり）２３側から、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０上に接合された５０μｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２の駆動後１０秒後及び１時間後の最大変位を測定した。その際の温度上昇も焦電型温度計を用いて、フレキシブルプリント配線基板３０表面の温度を測定した。また、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の静電容量を測定し、初期値との比較により電気的導通の確認を行った。
その結果を表６に示す。
【０１５０】
【表６】
0004362996.tif 000007
【０１５１】
表６に示すように、１時間駆動後のアクチュエータにおいて、バンプ高さ５μｍのアクチュエータにおいては、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は０であり、電気的導通も測定されなかったが、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のアクチュエータにおいては、０．２μｍ以上の変位が確認されたアクチュエータ素子数は各々１００となり、電気的導通も測定された。
【０１５２】
また、１時間駆動後のアクチュエータにおいて、バンプ高さ５μｍのアクチュエータの各アクチュエータ素子、バンプ、基板及び接合点を観察したところ、バンプ破壊、基板配線断線が確認された。しかしながら、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のアクチュエータでは、前述のような破壊は確認されなかった。
【０１５３】
従って、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のフレキシブル配線基板一体型アクチュエータは、温度上昇が少なくかつ電気的な開放がなく、各アクチュエータ素子の安定した変位動作が認められ、実用性が確認された。
以上のように、第２実施例と同様の効果が得られた。
【０１５４】
次に、図７乃至図１１，並びに図１７及び図１８を参照して、この発明の第８の実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータについて説明する。
図１７は、この発明の第８実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの全体構成を示す斜視図であり、図１９は、図１８のＪ−Ｊ断面図である。
この例のアクチュエータは、前述した第２実施例とほぼ同様の構成であるが、図１７及び図１８に示すように、基板の構成を、ステンレス薄板（窓あり），ステンレス薄板（窓なし）の他にポリイミドフィルム２４を追加している。
全体構成については、第２実施例と同様であるので省略する。
【０１５５】
次に、図７乃至図１１，並びに図１７及び図１８を参照して、この例の配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの各部の構成について説明する。
フレキシブルプリント配線基板３０は、ベースフィルム３１、配線パターン３２、カバーレイ３３の三層構造からなり、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２の配列に対応した電気接合用パッド４１へ、Ｃｕを電解メッキ法により半球状に形成しコア材４２とし、コア材４２の表面に電解メッキ法によりハンダ３０８を形成し半球状のバンプ４０を形成した。Ｃｕは、ヤング率が１１２.５×１０５ （ｋｇ／ｃｍ２ ）であることが一般に知られている。Ｃｕはまた、非常に柔らかい為、後述する加熱・加圧プロセス時バンプ４０の高さばらつきをコア材４２自身の変形により吸収することができる。但し、Ｃｕとハンダとは通常保管条件下においても脆弱な合金層を生成しやすいため、Ｃｕとハンダとの界面にＮｉのストッパ層を形成した。コア材４２としてはＣｕ以外にＮｉを用いることもできる。ハンダメッキ層厚は５μｍ以上が望ましい。これは、後述する加熱・加圧プロセス後のハンダ濡れ広がり直径及びハンダメッキ層厚に強い相関関係があり、ハンダメッキ層厚が５μｍ以下の場合、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０との機械的接合強度の低下すなわち信頼性の低下を発生させてしまうからである。この実施例では、Ｃｕとハンダの高さ：厚さ比を５：１とし５μｍ乃至１０μｍの高さのバンプ４０をフレキシブルプリント配線基板３０上に、後述する平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２に対応する位置に１００個形成した。ここで、フレキシブルプリント配線基板３０は、ベースフィルム３１には厚さ２５μｍのポリイミド材を、配線パターン３２には厚さ９μｍのＣｕを、カバーレイ３３には厚さ１２.５μｍのポリイミド材を用いて作製した。電気接合用パッド４１は、φ１５０μｍの円形に形成し、それに対応した配線パターン３２を５０μｍピッチで１００本形成した。また比較の為、厚さ１００μｍのアルミナ基板上に円形のφ１５０μｍの電気接合用パッド４１、１０μｍ高さのバンプ４０を形成し、それに対応したＣｕ配線パターン３２を５０μｍピッチで１００本形成した。
【０１５６】
平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０は、圧電材料を用いて作製した。圧電材料にはジルコン酸チタン酸鉛セラミックスを用い、その焼結体を０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５ｍｍの矩形板に切り出した。次に、この平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の両主面上に共通電極１１及び信号電極１２を形成し、基板側を共通電極１１、対向する側を信号電極１２とした。共通電極１１は、第一層１１１にＣｒ、第二層１１２にＡｕを用いて二層構造とした。第一層１１１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＡｕとの密着強度の弱さを補う為である。Ａｕは、Ｃｒの酸化防止すなわち電気的機械的な信頼性確保の為に５０ｎｍ以上形成した。次に、信号電極１２は、第一層１２１にＣｒ、第二層１２２にＮｉ、第三層１２３にＡｕを用いて三層構造とした。第一層１２１にＣｒを選択した理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とＮｉとの密着強度の弱さを補う為である。さらに電極厚みとしてＮｉは５００ｎｍ以上必要である。これは、後述する加熱・加圧プロセス時及び経年変化によりＮｉとハンダの合金層が生成されることによるＮｉ消失を防ぐためである。Ｎｉが消失してしまった場合、ハンダはＣｒ層と直接接することになるが、Ｃｒはハンダと合金層を形成しないため機械的接合強度が極端に低下すなわち信頼性の低下を発生させる。ここではＮｉ厚さを６００ｎｍとした。Ａｕは、ハンダ塗れ性確保の為に５０ｎｍ以上形成する。共通電極１１及び信号電極１２は、いずれもスパッタリング又はメッキ法等の薄膜形成法で形成した。
【０１５７】
基板は、第２実施例と同様に、ステンレスを用い、窓を有しないステンレス薄板２２と、窓を有するステンレス薄板２３より構成した。また、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の共通電極１１と、基板のステンレス薄板（窓なし）２２との電気的機械的接合は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とステンレス薄板（窓なし）２２とが電気的導通可能なエポキシ樹脂系接着剤を用いた。また、ステンレス薄板（窓なし）とステンレス薄板（窓あり）との接合もエポキシ樹脂系接着剤を用い、さらに、ステンレス薄板（窓あり）２３と、ポリイミド樹脂を材料としたポリイミドフィルム２４との接合も、エポキシ樹脂系接着剤を用いた。基板の作製は、まず、お互いに０.２ｍｍの間隔で、０.５ｍｍ×０.５ｍｍの１００個の窓を有し、その窓が互いに０.２ｍｍの隙間で配列している板厚０.１ｍｍのステンレス薄板（窓あり）２３と、窓を有しない板厚０.０５ｍｍのステンレス薄板（窓なし）２２とを５μｍ厚のエポキシ接着剤で貼り合わせた。先に作製した電極を形成した０.５ｍｍ×１ｍｍ×０.０５（厚さ）ｍｍの平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を１００個用意し、エポキシ接着材を用いて０.０５ｍｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２にマトリックス配列で接合した。この際、ステンレス薄板（窓あり）２３の窓部の二隅に平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の二隅を一致させた。従って、マトリックス状に配列された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の対向する２面に共通電極１１と信号電極１２がそれぞれ形成されており、共通電極１１は基板２０と電気的に接続されている。次に、板厚０.１ｍｍのステンレス薄板（窓あり）２３のアクチュエータ素子１０の反対面にポリイミド樹脂を材料とした厚さ５０μｍのポリイミドフィルム２４をエポキシ接着剤で貼り合わせ、そのポリイミドフィルム２４にステンレス薄板（窓あり）２３に形成してある０.５ｍｍ×０.５ｍｍの１００個の窓と１対１で対応した直径φ３０μｍの貫通穴２５を形成し、０.０５ｍｍ厚のステンレス薄板（窓なし）２２とポリイミドフィルム２４とで囲まれたステンレス薄板（窓あり）２３に形成してある０.５ｍｍ×０.５ｍｍの１００個の窓の各々に液状インク２６を充填した。
【０１５８】
次に、図７及び図８を参照して、基板上に設けられた平板状圧電／電歪アクチュエータ素子と、フレキシブルプリント配線基板に設けられたバンプとの接合方法について説明する。
まず、上記平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２と、先に形成したフレキシブルプリント配線基板３０上のバンプ４０とを互いに対向させ、加熱・加圧を行うことにより信号電極１２とバンプ４０を電気的に接続した。このとき、フレキシブルプリント配線基板３０の配線パターンは平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の上方に配置されるため、フレキシブルプリント配線基板３０の実装効率を最大限まで高めることができる。さらに、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とフレキシブルプリント配線基板３０及びアルミナ基板との間にはコア材４２による間隙が存在しており、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２のアクチュエータエリア１４は完全に自由に動作することができる。
【０１５９】
以上のようにして作製した第８実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの評価実験を以下のようにして行った。
まず、５０Ｖの直流電圧を印加し、分極処理を施した。駆動は、各平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０に直流電圧２５Ｖをバイアスとして印加し、１０ＫＨｚ、振幅２５Ｖの電圧を印加し、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を駆動させ、１０秒連続駆動後及び１時間連続駆動後のインク液滴噴射の滴体積、インク滴速度を測定した。ここでインク液滴噴射のインク滴体積安定性は、ポリイミドフィルム２４と対向する平行な位置に配した記録紙上へのインク液滴着弾直径を測定することにより確認を行った。
その結果を表７に示す。
【０１６０】
【表７】
0004362996.tif 000008
【０１６１】
表７に示すように、１時間駆動後のアクチュエータにおいて、バンプ高さ５μｍのアクチュエータ、及びアルミナ基板を用いたバンプ高さ１０μｍのアクチュエータにおいては、インク液滴は噴射されなかったが、この例のバンプ高さ１０μｍのアクチュエータにおいては、インク液滴着弾直径は８４μｍ、インク滴速度は９．３ｍ／ｓｅｃと測定された。
【０１６２】
また、１時間駆動後のこの例のアクチュエータにおいて、バンプ高さ５μｍの各アクチュエータ素子、バンプ、基板及び接合点は、バンプ破壊、基板配線断線によりインク液滴噴射は確認できなかった。しかしながら、この例のバンプ高さ１０μｍのアクチュエータにおいては、インク滴体積、インク滴速度の変化がない安定したインク液滴噴射が確認された。また、アルミナ基板では、基板反りによるバンプ高さばらつきにより、バンプとアクチュエータとの間の接合不良、及び基板の破壊、接合部の破壊が確認された。
【０１６３】
従って、この例のバンプ高さ１０μｍ以上のフレキシブル配線基板一体型アクチュエータは、インクジェット式記録ヘッドのインク液滴噴射用として適用することができる。
【０１６４】
以上、この発明を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述の実施例においては、配線基板として、フレキシブルプリント配線基板３０を用いたが、これに限定されず、他の配線基板を使用することもできる。
【０１６５】
また、上述の実施例においては、複数の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０を、マトリックス配列した例について説明したが、これに限定されず、例えば、Ｎ個の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０のＰ行Ｑ列（Ｎ，Ｐ，Ｑは２の自然数、Ｎ＝Ｐ×Ｑ）のマトリックス配列を、最外行が（Ｑ−ｎ）列、あるいは最外列が（Ｐ−ｍ）行（ｎ，ｍは自然数）等と変形した配列にも適用できる。
【０１６６】
また、上述の実施例においては、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の両主面上に共通電極１１及び信号電極１２を形成し、基板側を共通電極１１、対向する側を信号電極１２としたが、これに限定されず、基板側を信号電極１２、対向する側を共通電極１１とすることもできる。
【０１６７】
また、上述の実施例においては、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の共通電極１１は、単層又は二層構造で構成されるとしたが、これに限定されず、必要ならば、さらに複数の多層構造で構成することができる。
【０１６８】
また、上述の実施例においては、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２は、単層乃至三層構造で構成されるとしたが、これに限定されず、さらに複数の多層構造にすることができる。
【０１６９】
また、上述の実施例においては、共通電極１１の材料は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０に接する第一層１１１の材料としてＣｒを用いたが、これに限定されず、可能ならば他の材料を用いることもできる。
【０１７０】
また、上述の実施例においては、共通電極１１の材料は、基板２０に接する第一層１１２の材料としてＡｕを用いたが、これに限定されず、可能ならば他の材料を用いることができる。
【０１７１】
また、上述の実施例においては、信号電極１２の材料は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０に接する第一層１２１としてＣｒを用いたが、これに限定されず、可能ならば他の材料を用いることができる。
【０１７２】
また、上述の実施例においては、信号電極１２の材料は、中間層である第二層１２２にＮｉを用いたが、これに限定されず、可能ならば他の材料を用いることができる。
【０１７３】
また、上述の実施例においては、信号電極１２の材料は、バンプ４０に接する第三層にＡｕを用いたが、これに限定されず、可能ならば他の材料を用いることができる。
【０１７４】
また、上述の実施例においては、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０，共通電極１１，及び信号電極１２は、バンプ４０と接合されるための電気接合用エリア１３と、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子が駆動するためのアクチュエータエリア１４とを有するとしたが、これに限定されず、バンプ４０と接合され、かつ、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０が駆動できるならば、分割せずに構成することもできるし、あるいは、他の複数の機能部分に分割することもできる。
【０１７５】
また、上述の実施例においては、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０とステンレス薄板（窓なし）２２との接合にエポキシ系樹脂を用いたが、これに限定されず、電気的導通が可能ならば、他の接着材を用いることができる。
【０１７６】
また、上述の実施例においては、球状のコア材４４としてはＣｕを用いたが、これに限定されず、ＮｉやＡｇを使用することもできる。
【０１７７】
また、上述の実施例においては、フレキシブルプリント配線基板３０にコア材４２を設けるとしたが、これに限定されず、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子１０の信号電極１２の電気接合用エリア１３上にコア材を搭載し、ハンダを加熱溶融させることによりバンプを形成することもできる。
【０１７８】
また、上述の実施例においては、バンプ４０の導電性のコア材４２は、半球状又は球状に形成されるとしたが、これに限定されず、コア材として機能すれば、いかなる形状にも形成することができる。
【０１７９】
また、上述の実施例においては、導電性のコア材４２は、金属又はセラミック等の無機材料、あるいはハンダ材料より形成されるとしたが、可能ならば他のいかなる材料を使用することもできる。
【０１８０】
また、上述の実施例においては、導電性の接合材４３は、金属，異方性導電樹脂、あるいはハンダ材料で形成されるとしたが、エポキシ系樹脂を用いることもでき、あるいは可能ならば他の材料を用いることもできる。
【０１８１】
また、上述の実施例においては、導電性のコア材４２と導電性の接合材４３とを共にハンダを用いて形成しバンプ４０ｄとしたが、これに限らず、ハンダ以外の材料、例えばＡｕを用いて形成することもできる。
【０１８２】
また、上述の実施例においては、基板の材料として、ステンレスを用いたが、これに限定されず、Ｎｉ，コバール等を用いることができる。さらに、有機樹脂フィルム上にＮｉ等を薄膜形成したものも用いることができる。
【０１８３】
また、上述の実施例においては、フレキシブルプリント配線基板３０上のバンプ４０は、加熱，加圧，又は加振により信号電極１１と電気的に接続されるとしたが、これに限定されず、可能ならば、加熱，加圧，加振以外の工程を用いて接合することもできる。
【０１８４】
また、上述の実施例においては、前記格子状配列構造の圧電／電歪アクチュエータ素子１０を、インクジェット式記録ヘッドのインク液滴噴射用として適用するとしたが、これに限定されず、光スイッチ、あるいは光位相変換素子等、様々な装置に適用することができる。
【０１８５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、余分な配線引き回しや接合工程を削除でき、フレキシブルプリント配線基板の実装効率を最大限まで高めることができ、基板上にマトリックスに配列された複数個の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子への電気接合の高密度化及び低コスト化が容易に達成できる。
その理由は、従来技術１で説明した平板状圧電／電歪アクチュエータ素子への電気接合方法に一箇所づつワイヤボンディングを順次施すことにより複数の端子接合が行われる方式、及び、従来技術２で説明した基板上にマトリックスに配列された複数個の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子へスクリーン印刷を施すことによりマトリックス導電パターンを一旦一次元系に再配列した後、フレキシブルプリント基板へ電気的に接合する方式を行うことなく、マトリックス状に配列された平板状圧電／電歪アクチュエータ素子とその配列に対応したフレキシブルプリント配線基板上の電気接合用パッド上の半球状のバンプとを加熱・加圧により電気的に接続しているためである。
【０１８６】
また、この発明の構成によれば、製造歩留まりが向上することができ、特に低コスト化を実現することができる。
その理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子の電気接合用エリア直下に剛体を接合することにより、加圧時に発生するフレキシブルプリント配線基板上のバンプの先端と平板状圧電／電歪アクチュエータ素子の電気的接合用エリアとの応力集中により平板状圧電／電歪アクチュエータ素子が撓み変形を起こし、破損してしまうことを防止すると共に電気接合用エリア自身の振動も抑制されるため、金属疲労等による電気接合部の破損を防止することができるからである。
【０１８７】
また、この発明の構成によれば、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子の持つ本来の特性を効率的に利用できる。
その理由は、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子とフレキシブルプリント配線基板との間には、コア材による間隙が存在しており、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子は、完全に自由に動作することができるためである。
【０１８８】
また、この発明の構成によれば、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子の電気接合後の長期的信頼性確保が可能になる。
その理由は、上述したように、平板状圧電／電歪アクチュエータ素子の電気接合用エリア直下に剛体を接合し、加圧時に発生するフレキシブルプリント配線基板上の半球状のバンプの先端と平板状圧電／電歪アクチュエータ素子の電気接合用エリアとの応力集中による圧電アクチュエータの破損を防止すると共に、電気接合用エリア自身の振動も抑制されるため、金属疲労等による電気接合部の破損を防止することができるためである。
【０１８９】
また、他の理由は、バンプを半球状に形成することにより平板状圧電／電歪アクチュエータ素子とのコンタクトを確実に行うことができ、フレキシブルプリント配線基板と平板状圧電／電歪アクチュエータ素子との間に角度（コンタクト部への片あたり）が生じ、且つ平板状圧電／電歪アクチュエータ素子に脆性材料を用いた場合、加熱・加圧プロセス時に平板状圧電／電歪アクチュエータ素子が破損することを防止することができるためである。
【０１９０】
また、他の理由は、配線基板をリジットにすると、基板の反りにより接合不良が発生する可能性があるが、フレキシブルプリント配線基板は、一般にポリイミドを用いているため、平面度の高い金属で作製されたツールで押すことで反りが完全に吸収され、さらに、マトリックスに配列された複数個の平板状圧電／電歪アクチュエータ素子の環境温度変化によるピッチ変化にも追従することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの全体構成を示す斜視図である。（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後の全体構成を示す。
【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図２のＤ−Ｄ矢視図である。
【図５】図１（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【図６】この発明の第２実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの全体構成を示す斜視図である。（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後の全体構成を示す。
【図７】図７（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
【図８】図７（ｂ）のＦ−Ｆ断面図である。
【図９】図９のＩ−Ｉ断面図である。
【図１０】図７のＧ部の詳細拡大図である。
【図１１】図８のＨ部の詳細拡大図である。
【図１２】この発明の第３実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータのバンプの構成を示す断面図である。
【図１３】この発明の第４実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの接合部の構成を示す断面図である。
【図１４】この発明の第５実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータのバンプの構成を示す断面図である。
【図１５】この発明の第６実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータのバンプの構成を示す断面図である。
【図１６】この発明の第７実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータのバンプの構成を示す断面図である。
【図１７】この発明の第８実施例である配線基板一体型マトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの全体構成を示す斜視図である。
【図１８】図１７のＪ−Ｊ断面図である。
【図１９】従来技術１のマトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図２０】従来技術２のマトリックス配列圧電／電歪アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  平板状圧電／電歪アクチュエータ素子
１１  共通電極
１２  信号電極
１３  電気接合用エリア
１４  アクチュエータエリア
２０  基板
２１  剛体
２２  ステンレス薄板（窓なし）
２３  ステンレス薄板（窓あり）
２４  ポリイミドフィルム
２５  貫通穴
２６  液状インク
３０  フレキシブルプリント配線基板
３１  ベースフィルム
３２  配線パターン
３３  カバーレイ
４０  バンプ（半球状）
４０ａ  バンプ（球状）
４０ｂ  バンプ（接合剤に異方性導電樹脂を使用）
４０ｃ  バンプ（接合剤にＡｕを使用）
４０ｄ  バンプ（ハンダを使用）
４１  パッド
４２  コア材（半球状）
４２ａ  コア材（球状）
４３  接合材（半球状）
４３ａ  接合材（球状）
４３ｂ  接合材（異方性導電樹脂）
４３ｃ  接合剤（Ａｕ）
１１１  共通電極第一層
１１２  共通電極第二層
１２１  信号電極第一層
１２２  信号電極第二層
１２２ａ  信号電極第二層（電気接合用エリアのみ）
１２３  信号電極第三層
１２３ａ  信号電極第三層（電気接合用エリアのみ）
【図１】
0004362996.tif 000009
【図２】
0004362996.tif 000010
【図３】
0004362996.tif 000011
【図４】
0004362996.tif 000012
【図５】
0004362996.tif 000013
【図６】
0004362996.tif 000014
【図７】
0004362996.tif 000015
【図８】
0004362996.tif 000016
【図９】
0004362996.tif 000017
【図１０】
0004362996.tif 000018
【図１１】
0004362996.tif 000019
【図１２】
0004362996.tif 000020
【図１３】
0004362996.tif 000021
【図１４】
0004362996.tif 000022
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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