DE19959169A1 - Mikroaktuator sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Mikroaktuator sowie Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Abstract
Beschrieben wird ein Mikroaktuator mit einem Substrat, Eingangsleitungen, die dafür ausgelegt sind, eine Treiberspannung und Signale an eine obere Elektrode anzulegen, einer unteren Elektrode, die auf einer oberen Oberfläche des Substrates ausgebildet ist, einem piezoelektrischen Element, das auf einer oberen Oberfläche der unteren Elektrode ausgebildet ist, wobei das piezoelektrische Element in dem Abschnitt, der mit den Eingangsleitungen zu verbinden ist, mit wenigstens einer geätzten Ausnehmung versehen ist, um eine sanft geneigte seitliche Oberfläche in diesem Abschnitt zu haben, wobei die obere Elektrode über das peizoelektrische Element so ausgebildet wird, daß sie sich von einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes zu der sanft geneigten seitlichen Oberfläche erstreckt, wobei weiterhin die obere Elektrode mit den Eingangsleitungen verbunden ist oder wird, wodurch die Verbindung zwischen der oberen Elektrode und den Eingangsleitungen verbessert wird. Wenn das Substrat ein Metallsubstrat ist, kann die Ausbildung der unteren Elektrode weggelassen werden. Da das piezoelektrische Element die sanft geneigte oder gekrümmte geätzte Struktur an einer seitlichen Endfläche hiervon hat, ist es möglich, daß sich die obere Elektrode von der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes zu dem Substrat über diese seitliche Endfläche des piezoelektrischen Elementes erstreckt. Somit ist es möglich, einen erhöhten Freiheitsgrad hinsichtlich der Verbindug zwischen ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikroaktuator, nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 7, sowie ein Verfahren
zu dessen Herstellung, nach dem Oberbegriff des Anspruches 12
bzw. 18. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ei
nen Mikroaktuator mit einem piezoelektrischen Element, das
auf einem Substrat mit gewünschter Dicke und Musterung unter
Verwendung eines Ätzprozesses ausgebildet ist. Gegenstand der
vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Her
stellung eines derartigen Mikroaktuators.
Typischerweise umfaßt ein Mikroaktuator eine untere Struktur
mit einem Substrat und einer Kammer, ein piezoelektrisches
Element, das an der oberen Oberfläche des Substrates angeord
net ist und dafür ausgelegt ist, sich bei Anlegen einer Span
nung mechanisch zu verformen, und eine Elektrode (oder Elek
troden), die dafür ausgelegt sind, die Spannung an das piezo
elektrische Element anzulegen.
Bei einem derartigen Aktuator mit diesem Aufbau hat das pie
zoelektrische Element die Eigenschaft, ein Polungsphänomen zu
zeigen, wenn ein elektrisches Feld anliegt. Mit anderen Wor
ten, das piezoelektrische Element zeigt eine Ausrichtung,
wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Wenn eine Spannung
wiederholt an das piezoelektrische Element zwischen oberen
und unteren Elektroden angelegt wird, welche an oberen bzw.
unteren Oberflächen des piezoelektrischen Elementes ausgebil
det sind, tritt eine wiederholte mechanische Verformung und
Rückverformung des piezoelektrischen Elementes auf, so daß
das piezoelektrische Element vibriert.
Da der Aktuator mittels eines hieran angelegten elektrischen
Feldes betrieben wird, ist es notwendig, eine Treiberspannung
zum Betrieb des Aktuators fortlaufend an den Aktuator anzule
gen.
Eine Vielzahl üblicher Verfahren ist im Zusammenhang mit der
Herstellung von Mikroaktuatoren bekannt.
Ein Verfahren ist, eine untere Elektrode auf einem dünnen
Substrat auszubilden, welches gemustert ist, um eine korrekte
Form zu haben. Die sich ergebende Struktur wird dann bei ei
ner Temperatur von 1.200°C ausgebacken. Danach wird eine Pa
ste zur Ausbildung eines piezoelektrischen Elementes über ei
ne freiliegende Oberfläche der unteren Elektrode ausgeformt
und dann bei einer Temperatur von 1.000°C oder mehr ausge
backen, wodurch ein piezoelektrisches Element geformt wird.
Nachfolgend wird eine obere Elektrode auf dem piezoelektri
schen Element ausgeformt und dann bei einer Temperatur von
ungefähr 800°C ausgebacken. Somit wird ein Mikroaktuator
hergestellt.
Ein anderes Verfahren ist, eine piezoelektrische Folie mit
einer Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen vorzubereiten
und dann unter Verwendung eines dritten Materiales auf ein
Metallsubstrat zu heften. In diesem Fall wird die sich erge
bende piezoelektrische Platte einem Bearbeitungsprozeß
(Schneidprozeß) unterworfen, um gleichzeitig eine Mehrzahl
von Aktuatoren zu erhalten, von denen jedes einem der piezo
elektrischen Elemente entspricht. Alternativ hierzu wird ein
piezoelektrisches Element so bearbeitet, daß es eine Größe
entsprechend einem Aktuator hat und auf ein Metallsubstrat
geheftet, um einen Aktuator zu erhalten.
Nach den oben genannten Verfahren hergestellte Mikroaktua
toren haben eine Querschnittsstruktur mit sich vertikal
erstreckenden seitlichen Endflächen. Aus diesem Grund kann
die obere Elektrode für jeden Aktuator nur auf der oberen
Oberfläche des piezoelektrischen Elementes ausgebildet wer
den.
Zur Anlegung einer Treiberspannung oder anderer Signale an
den Aktuator sollten Eingangsleitungen zwischen die obere
Elektrode und einen Schaltkreis zur Zufuhr der Treiber
spannung und anderer Signale geschaltet sein.
Um derartige Eingangsleitungen mit der oberen Elektrode zur
Anlegung der Treiberspannung und anderer Signale zu verbin
den, wurde eine Vielzahl von Verbindungsverfahren verwendet.
Beispielsweise wurde ein Drahtbondverfahren verwendet. Auch
wurde ein Verfahren verwendet, bei welchem die Eingangslei
tungen direkt mit der oberen Elektrode verbunden werden.
Bei dem Verfahren, bei dem die Eingangsleitungen mit der obe
ren Elektrode des Aktuators unter Verwendung eines Drahtbond
vorganges verbunden werden, werden Kontaktkissen sowohl auf
der oberen Elektrode als auch einer isolierenden Schicht auf
einem Substrat ausgebildet. Die Drähte werden dann an die
Kontaktkissen anbondiert. Aus diesem Grund ist der verwendete
Prozeßablauf komplex, was zu einer Verschlechterung der Pro
duktivität führt. Weiterhin können freiliegende Drähte beim
Verbinden eines mit dem Aktuator versehenen Druckkopfes mit
einer Kartusche stören. In ernsten Fällen kann ein Teil die
ser Drähte unterbrochen werden. Infolgedessen gibt es Proble
me hinsichtlich einer Verschlechterung der Zuverlässigkeit,
was die Qualität betrifft, sowie eine Verschlechterung der
Haltbarkeit.
Das Verfahren zum direkten Verbinden der Eingangsleitungen
mit der oberen Elektrode des Aktuators ist insofern vorteil
haft, als der Verbindungsprozeß einfach ist, da es unnötig
ist, eine Isolierschicht und Kontaktkissen zur Verbindung der
Eingangsleitungen mit der oberen Elektrode auszubilden. In
diesem Fall wirken jedoch Druck und Wärme, welche während der
Verbindung der Eingangsleitungen mit der oberen Elektrode er
zeugt werden, direkt auf das piezoelektrische Element des Ak
tuators, wodurch bewirkt wird, daß sich das piezoelektrische
Element in seinen physischen Eigenschaften ändert. Im Ergeb
nis kann das sich ergebende Produkt beschädigt werden.
Die direkte Verbindung der Eingangsleitungen mit der oberen
Elektrode des Aktuators kann auch einen nachteiligen Einfluß
bei einer gewünschten Verformung des Aktuators haben, die in
Antwort auf das Anlegen einer Treiberspannung an die obere
Elektrode auftritt.
Die oben erwähnten herkömmlichen Verfahren zeigen eine weite
re Verschlechterung in der Produktivität und Qualität in dem
Fall, in dem eine erhöhte Anzahl von Aktuator-Zellen verwen
det wird.
Es besteht somit ein Bedarf an einem Mikroaktuator sowie ei
nem Verfahren zu dessen Herstellung, bei dem die genannten
Probleme des Standes der Technik nicht vorhanden sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung
einen Mikroaktuator vor, wie er im Anspruch 1 bzw. 7 angege
ben ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, wie es im
Anspruch 12 bzw. 18 angegeben ist, wobei die jeweiligen Un
teransprüche vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungs
formen zum Inhalt haben.
Allgemein gesagt, schlägt die vorliegende Erfindung zur Lö
sung der genannten Probleme im Stand der Technik einen Mi
kroaktuator sowie ein Mikroaktuator-Herstellungsverfahren
vor, bei welchem ein piezoelektrisches Element mit einer ge
wünschten Dicke an der oberen Oberfläche eines Substrates an
gebracht wird und das piezoelektrische Element unter Verwen
dung eines Ätzprozesses gemustert wird, wodurch ein Mikroak
tuator mit der gewünschten piezoelektrischen Element-Muste
rung erzeugt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Mi
kroaktuators wird eine Ausnehmung an einem Abschnitt einer
seitlichen Endoberfläche eines piezoelektrischen Elementes
ausgebildet, wo eine obere Elektrode zu sein hat, wodurch es
möglich wird, daß das piezoelektrische Element eine sanft ab
geschrägt oder geneigt geätzte Struktur mit einer allmählich
abnehmenden Höhe zwischen der oberen Elektrode und einem Sub
strat hat.
Genauer gesagt, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorlie
genden Erfindung ein Mikroaktuator geschaffen mit: einem Sub
strat; Eingangsleitungen, welche dafür vorgesehen sind, eine
Treiberspannung und Signale an eine obere Elektrode anzule
gen; einer unteren Elektrode, die auf einer oberen Oberfläche
des Substrates ausgebildet ist; einem piezoelektrischen Ele
ment, das auf einer oberen Oberfläche der unteren Elektrode
ausgebildet ist, wobei das piezoelektrische Element an einem
Abschnitt, der mit den Eingangsleitungen zu verbinden ist,
mit wenigstens einer geätzten Ausnehmung versehen ist, um in
diesem Abschnitt eine sanft geneigte seitliche Oberfläche zu
haben; und wobei die obere Elektrode über das piezoelektri
sche Element hinweg derart ausgebildet ist, daß es sich von
einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes zu
der sanft geneigten seitlichen Oberfläche erstreckt, wobei
die obere Elektrode mit den Eingangsleitungen verbunden ist;
wodurch die Verbindbarkeit zwischen der oberen Elektrode und
den Eingangsleitungen verbessert ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
ein Mikroaktuator geschaffen mit: einem metallischen Sub
strat; Eingangsleitungen, die dafür vorgesehen sind, eine
Treiberspannung und Signale an eine obere Elektrode anzule
gen; einem piezoelektrischen Element, das auf einer oberen
Oberfläche des Metallsubstrates ausgebildet ist, wobei das
piezoelektrische Element an einem mit den Eingangsleitungen
zu verbindenden Abschnitt mit wenigstens einer ausgeätzten
Ausnehmung versehen ist, um eine sanft geneigte seitliche
Oberfläche in diesem Abschnitt zu haben; und wobei die obere
Elektrode über das piezoelektrische Element hinweg derart
ausgebildet ist, daß es sich von einer oberen Oberfläche des
piezoelektrischen Elementes zu der sanft geneigten seitlichen
Oberfläche erstreckt, wobei die obere Elektrode mit den Ein
gangsleitungen verbunden ist; wodurch die Verbindbarkeit zwi
schen der oberen Elektrode und den Eingangsleitungen verbes
sert ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Mikro
aktuators weist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden
Erfindung die folgenden Schritten auf: Bereitstellen eines
Substrates; Ausbilden einer unteren Elektrode auf einer obe
ren Oberfläche des Substrates; Ausbilden eines piezoelektri
schen Elementes auf einer oberen Oberfläche der unteren Elek
trode; Ätzen eines Abschnittes des piezoelektrischen Elemen
tes entsprechend einem Bereich, wo das piezoelektrische Ele
ment mit Eingangsleitungen zu verbinden ist, wodurch eine
Ausnehmung derart gebildet wird, daß das piezoelektrische
Element eine sanft geneigte seitliche Oberfläche in diesem
Abschnitt hat; Ausbilden einer oberen Elektrode auf dem pie
zoelektrischen Element derart, daß sich die obere Elektrode
von einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes
zu der sanft geneigten seitlichen Oberfläche des piezoelek
trischen Elementes erstreckt; und Verbinden der Eingangslei
tungen mit der oberen Elektrode, wobei die Verbindbarkeit
zwischen der oberen Elektrode und den Eingangsleitungen ver
bessert ist.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung ei
nes Mikroaktuators weist die folgenden Schritte auf: Bereit
stellen eines Metallsubstrates; Ausbilden eines piezoelektri
schen Elementes auf einer oberen Oberfläche des Metallsub
strates; Ätzen eines Abschnittes des piezoelektrischen Ele
mentes entsprechend einem Bereich, wo das piezoelektrische
Element mit Eingangsleitungen zu verbinden ist, wodurch eine
Ausnehmung derart gebildet wird, daß das piezoelektrische
Element eine sanft geneigte seitliche Oberfläche in diesem
Abschnitt hat; Ausbilden einer oberen Elektrode auf dem pie
zoelektrischen Element derart, daß sich die obere Elektrode
von einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes
zu der sanft geneigten seitlichen Oberfläche des piezoelek
trischen Elementes erstreckt; und Verbinden der Eingangslei
tungen mit der oberen Elektrode, wobei die Verbindbarkeit
zwischen der oberen Elektrode und den Eingangsleitungen ver
bessert ist.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung un
ter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Fig. 1 ist eine Draufsicht in einem Verfahrenszustand, in
welchem ein piezoelektrisches Element unter Verwen
dung eines Ätzmusters mit einer Ausnehmung gemäß
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
geätzt wird;
Fig. 2 ist eine Querschnittsdarstellung entlang Linie A-A'
in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung entlang Linie B-B'
in Fig. 1;
Fig. 4 ist eine Querschnittsdarstellung entlang Linie C-C'
in Fig. 1;
Fig. 5 ist eine Querschnittsdarstellung entlang Linie D-D'
in Fig. 1;
Fig. 6 und 7 sind jeweils Draufsichten auf Ausnehmungen mit
unterschiedlichen Formen in einem seitlichen Ab
schnitt eines piezoelektrischen Elementes gemäß
weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfin
dung;
Fig. 8 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, bei der zwei Ausnehmungen
in einem seitlichen Abschnitt eines piezoelektri
schen Elementes ausgebildet sind, der mit Eingangs
leitungen zu verbinden ist;
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Be
ziehung zwischen der Ätzzeit t und der Ätztiefe D
abhängig von Dicke T und Ausnehmungsbreite W des
piezoelektrischen Elementes;
Fig. 10 ist eine Querschnittsdarstellung und zeigt schema
tisch aufeinanderfolgende Schritte eines herkömmli
chen Herstellungsverfahrens zur Herstellung eines
Aktuators unter Verwendung eines Ätzprozesses;
Fig. 11 ist eine Querschnittsdarstellung und zeigt schema
tisch aufeinanderfolgende Schritte eines anderen
herkömmlichen Herstellungsverfahrens zur Herstel
lung eines Aktuators unter Verwendung eines Ätzpro
zesses; und
Fig. 12 eine vergrößerte Draufsicht entsprechend einem Ab
schnitt E in Fig. 10.
Anhand der Fig. 10, 11 und 12 sollen vor der Beschreibung
von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nochmals der
Stand der Technik bzw. die sich hieraus ergebenden Probleme
näher dargelegt werden.
Fig. 10 zeigt schematisch ein bekanntes Verfahren zur Her
stellung eines piezoelektrischen Elementes unter Verwendung
eines Ätzprozesses. Bei diesem bekannten Verfahren wird zu
nächst ein Metallsubstrat 10 vorbereitet. Über dem vorberei
teten Substrat 10 wird dann ein piezoelektrisches Element 14
ausgebildet. Das piezoelektrische Element 14 wird unter Ver
wendung eines Ätzprozesses oder Ätzvorganges gemustert, und
danach wird auf dem gemusterten piezoelektrischen Element 14
eine obere Elektrode 16 ausgebildet.
Fig. 11 zeigt schematisch ein weiteres bekanntes Verfahren
zur Herstellung eines piezoelektrischen Elementes unter Ver
wendung eines Ätzprozesses oder Ätzvorganges.
Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Metallsubstrat 20 vor
bereitet. Dann wird über das vorbereitete Substrat 20 eine
untere Elektrode 22 ausgebildet. Sodann wird über der unteren
Elektrode 22 ein piezoelektrisches Element 24 ausgebildet.
Das piezoelektrische Element 24 wird dann unter Verwendung
eines Ätzprozesses gemustert, und nachfolgend wird auf das
gemusterte piezoelektrische Element 24 eine obere Elektrode
26 aufgebracht.
Wenn ein Mikroaktuator gemäß den oben erwähnten Verfahren der
Fig. 10 und 11 unter Verwendung eines Ätzprozesses herge
stellt wird, hat das piezoelektrische Element an seinen seit
lichen Enden anstelle einer vertikalen Formgebung eine ge
neigte oder schräg verlaufende Formgebung im Querschnitt. So
mit ist es möglich, die obere Elektrode nicht nur auf der
oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes auszufor
men, sondern auch an einer seitlichen Endoberfläche des pie
zoelektrischen Elementes. Mit anderen Worten, die auf der
oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes ausgebilde
te obere Elektrode kann sich zu dem Substrat hin erstrecken,
auf welchem das piezoelektrische Element ausgebildet ist.
Wenn die obere Elektrode nicht nur auf der oberen Oberfläche
des piezoelektrischen Elementes, sondern auch an einer seit
lichen Endfläche des piezoelektrischen Elementes vorhanden
ist, ist es möglich, Eingangsleitungen mit demjenigen Ab
schnitt der oberen Elektrode zu verbinden, der an der seitli
chen Endoberfläche des piezoelektrischen Elementes vorhanden
ist. Dies erlaubt eine einfache Verbindung von Eingangslei
tungen mit dem Aktuator.
Wenn jedoch das piezoelektrische Element unter Verwendung ei
nes allgemein üblichen Ätzmusters geätzt wird, kann es ent
lang der geätzten seitlichen Endfläche eine ungleichförmige
Neigung haben. Insbesondere hat das piezoelektrische Element
an einem Abschnitt seiner seitlichen Endoberfläche nahe dem
oberen Ende hiervon eine scharfe oder starke Neigung, so daß
sich eine scharfe Kante ergibt.
Es ist schwierig, eine obere Elektrode an dem scharfkantigen
oberen Abschnitt der seitlichen Endfläche des piezoelektri
schen Elementes auszubilden. Somit kann sich leicht eine Un
terbrechung an der seitlichen Endfläche des piezoelektrischen
Elementes im Bereich der dortigen Elektrode ergeben, wie in
Fig. 12 gezeigt. Somit ist es schwierig, die obere Elektrode
sich vollständig von der oberen Oberfläche des piezoelektri
schen Elementes bis zum Substrat erstreckend zu machen.
Nachfolgend wird ein Mikroaktuator beschrieben, welcher gemäß
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt
wird.
Ein Mikroaktuator gemäß einer Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung umfaßt ein Substrat. Bevorzugt ist dieses Sub
strat ein dünnes Metallsubstrat oder ein dünnes Keramiksub
strat.
Das dünne Metallsubstrat ist bevorzugt aus einem Metall ge
fertigt, welches als Hauptbestandteile Nickel (Ni), Kupfer
(Cu), Chrom (Cr) oder Eisen (Fe) oder eine Legierung hieraus
enthält. Bevorzugt beträgt die Dicke des dünnen Metallsub
strates 3 bis 200 µm.
Das dünne Metallsubstrat wird einem Naßätzprozeß, einem Preß
prozeß oder einem Elektro-Umformungsprozeß unterworfen, um in
einem gewünschten Abschnitt hiervon eine gewünschte Struktur
zu erhalten.
Wird ein dünnes Keramiksubstrat verwendet, kann eine Vielzahl
von Materialien verwendet werden. Beispielsweise können Zir
konoxid (ZrO2), Aluminiumoxid (Al2O3) oder Siliziumdioxid
(SiO2) verwendet werden.
Das dünne Keramiksubstrat wird durch Bilden eines Rohlings
unter Verwendung einer Aufschlämmung mit einem Oxidpulver,
welches aus den oben genannten Oxiden ausgewählt wurde, durch
Sintern des Rohlings und dann durch Formen des gesinterten
Rohlings zum Erhalt einer gewünschten Substratstruktur gebil
det. Alternativ hierzu kann der Rohling noch im Aufschläm
mungszustand geformt werden, um eine gewünschte Substrat
struktur zu erhalten, und dann gesintert werden.
Das dünne Keramiksubstrat hat bevorzugt eine Dicke von 5 bis
300 µm.
Wenn ein dünnes Metallsubstrat gemäß obiger Beschreibung als
Substrat des Mikroaktuators verwendet wird, ist es unnötig,
eine untere Elektrode für den Mikroaktuator zu schaffen, da
das dünne Metallsubstrat als untere Elektrode dienen kann, da
es elektrisch leitfähig ist.
Wenn jedoch ein dünnes Keramiksubstrat gemäß obiger Be
schreibung als Substrat für den Mikroaktuator verwendet wird,
ist es unbedingt notwendig, auf dem Substrat eine untere
Elektrode auszubilden, da das Keramiksubstrat keine elektri
sche Leitfähigkeit hat.
Die untere Elektrode wird bevorzugt aus Platin (Pt), Silber
(Ag), einer Silber/Platinlegierung (Ag/Pt), Nickel (Ni) oder
Kupfer (Cu) hergestellt. Bevorzugt hat die untere Elektrode
eine Dicke von 20 µm.
Wenn die untere Elektrode während eines Schrittes des Ausbil
dens der oberen Elektrode derart, daß die obere Elektrode
sich in Richtung des Substrates erstreckt, freiliegt, wie
nachfolgend noch beschrieben wird, kann sie die obere Elek
trode überlappen. Hierzu sollte die untere Elektrode so gemu
stert werden, daß sie nicht in einem Abschnitt oder Bereich
des Substrates freiliegt, der einem Bereich entspricht, in
dem die obere Elektrode auszubilden ist. Alternativ hierzu
wird auf einen Abschnitt der unteren Elektrode, der durch ein
piezoelektrisches Element auf dem Substrat freiliegt, eine
isolierende Schicht aufgebracht und teilweise geätzt, um zu
verhindern, daß die unteren und oberen Elektroden miteinander
in Kontakt gelangen.
Das piezoelektrische Element ist aus einem keramischen Mate
rial gefertigt. Das keramische Material für das pie
zoelektrische Element kann z. B. PZT (Pb(ZrTi)O3), PLZT
(Pb1-xLax(ZrTi)O3), Bleititanat (PbTiO3) oder Bariumtitanat
(BaTiO3) beinhalten.
Bevorzugt hat das piezoelektrische Element die Form einer
dünnen Platte mit einer Dicke von 20 bis 300 µm.
Das piezoelektrische Element wird mit dem Metallsubstrat oder
dem Keramiksubstrat, an welchem die untere Elektrode ausge
bildet ist, verbunden. Um es zu ermöglichen, daß das piezo
elektrische Element ausgezeichnete Bewegungscharakteristiken
hat, sollte das piezoelektrische Element fest mit dem Metall
substrat oder der unteren Elektrode verbunden werden.
Das piezoelektrische Element kann direkt auf dem Substrat
ausgebildet werden. Alternativ hierzu kann das piezoelektri
sche Element separat ausgebildet werden und dann am Substrat
angebracht werden.
Um das piezoelektrische Element direkt auf dem Substrat aus
zubilden, kann ein Siebdruckverfahren oder dergleichen ver
wendet werden. Die Anbringung des separat hergestellten pie
zoelektrischen Elementes an dem Substrat kann unter Anwendung
eines Befestigungsverfahrens durchgeführt werden, bei dem ein
Klebstoff verwendet wird, oder unter Anwendung eines Befesti
gungsverfahrens, bei dem ein Metallisierungsprozeß verwendet
wird.
Bei dem Befestigungsverfahren, bei dem ein Klebstoff verwen
det wird, um das separat hergestellte piezoelektrische Ele
ment an dem Substrat anzubringen, wird ein Klebstoff in Pa
stenform auf das Substrat oder das piezoelektrische Element
aufgebracht. Das Substrat und das piezoelektrische Element
werden miteinander durch den Klebstoff verbunden.
Der Klebstoff kann auf den gesamten Teil der Substratober
fläche aufgebracht werden, der in Richtung des piezoelektri
schen Elementes weist. Alternativ hierzu kann der Klebstoff
auch teilweise auf den notwendigen Oberflächenabschnitt des
Substrates oder piezoelektrischen Elementes aufgebracht wer
den.
Wenn der Klebstoff über den gesamten Abschnitt der Substrat
oberfläche aufgebracht wird, der in Richtung des piezoelek
trischen Elementes weist, kann er zusätzlich als Schutzfilm
zum Schützen des Substrates während eines Ätzvorganges für
das piezoelektrische Element dienen.
Bei dem Anbringverfahren, welches den Metallisierungsprozeß
verwendet, um ein separat hergestelltes piezoelektrisches
Element mit dem Substrat zu verbinden, wird über eine Ober
fläche des piezoelektrischen Elementes ein Metallfilm aufge
bracht. Dieser Metallfilm des piezoelektrischen Elementes
wird mit dem Metallsubstrat unter Verwendung eines dritten
Materiales, d. h. eines Lotmateriales verlötet.
Bei dem Verfahren, bei dem das piezoelektrische Element mit
dem Substrat unter Verwendung des Metallisierungsprozesses
verbunden wird, ist es möglich, eine Verbesserung in der An
haftfestigkeit oder Verbindungsfestigkeit zwischen piezoelek
trischem Element und Substrat zu erhalten im Vergleich zu dem
Verfahren, welches einen Klebstoff verwendet. Bei diesem Ver
fahren ist es auch möglich, die Nachgiebigkeit des schließ
lich hergestellten Aktuators zu verringern, wodurch eine Ver
besserung in den Stellbewegungseigenschaften erhalten werden
kann.
Nach der Ausbildung des piezoelektrischen Elementes über dem
Substrat wird ein Musterungsprozeß durchgeführt, um ein Ätz
muster für das piezoelektrische Element zu definieren.
Der Musterungsprozeß kann mittels eines Maskierungsverfahrens
unter Verwendung einer Schattenmaske durchgeführt werden. Al
ternativ hierzu kann ein Photoresist auf das piezoelektrische
Element aufgebracht werden. Im letzteren Fall wird dieser
Photoresistfilm dann mittels eines Photolithographie-Prozes
ses gemustert, um ein gewünschtes Ätzmuster zu erhalten.
Bei herkömmlichen Verfahren hat das Ätzmuster, welches zur
Musterung des piezoelektrischen Elementes unter Verwendung
eines Ätzprozesses verwendet wird, eine einfache rechteckför
mige Formgebung. Gemäß der vorliegenden Erfindung hat jedoch
das Ätzmuster eine rechteckförmige Formgebung mit einer Aus
nehmung an demjenigen Abschnitt, der einem Bereich ent
spricht, wo das piezoelektrische Element mit Eingangsleitun
gen zu verbinden ist, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Ausnehmung
hat eine schräg verlaufende Form, genauer gesagt eine Drei
ecksform, welche sich in ihrer Breite in Richtung des Seiten
endes des piezoelektrischen Elementes vergrößert, welche mit
den Eingangsleitungen zu verbinden ist.
Unter der Annahme, daß "T" die Dicke des piezoelektrischen
Elementes bezeichnet, "W" die Ausnehmungsbreite an der Basis
der Ausnehmung, d. h. die Ausnehmungsbreite an dem seitlichen
Ende des mit den Eingangsleitungen zu verbindenden piezoelek
trischen Elementes bezeichnet und "H" die Höhe der Ausnehmung
bezeichnet, d. h. die Länge der Ausnehmung, welche sich late
ral entlang des piezoelektrischen Elementes erstreckt, werden
Breite W und Höhe H der Ausnehmung bevorzugt gegenüber der
Dicke T des piezoelektrischen Elementes wie folgt bestimmt:
T/20 < W < 10T und
T/5 < H < 100T.
T/5 < H < 100T.
Das Ätzmuster kann zwei oder mehr Ausnehmungen jeweils mit
dem oben erwähnten Aufbau haben. Wenn das Ätzmuster zwei oder
mehr Ausnehmungen hat, ist es möglich, eine vergrößerte Frei
heit (Freiheitsgrad) in der Verbindung zwischen dem piezo
elektrischen Element und den Eingangsleitungen zu erhalten.
Das piezoelektrische Element wird dann unter Verwendung des
Ätzmusters mit der obigen Formgebung geätzt. Das Ätzen wird
kontinuierlich an einem Abschnitt des piezoelektrischen Ele
mentes entsprechend einem Abschnitt größerer Breite des Ätz
musters durchgeführt, so daß eine sich selbst einschränkende
Reaktion an diesem Abschnitt des piezoelektrischen Elementes
erfolgt, welche dazu dient, das Ätzen langsam mit einer sich
selbst steuernden Reaktion anzuhalten. Somit wird eine tiefe
und scharf ausgeätzte Struktur an dem Abschnitt des piezo
elektrischen Elementes gebildet, der dem Abschnitt großer
Breite des Ätzmusters entspricht. Andererseits zeigt sich die
sich selbst einschränkende Reaktion früh an dem Abschnitt des
piezoelektrischen Elementes entsprechend einem Abschnitt
kleinerer Breite des Ätzmusters. Somit wird der Ätzvorgang an
dem Abschnitt des piezoelektrischen Elementes entsprechend
dem Abschnitt kleinerer Breite des Ätzmusters nach dem Ätz
fortschritt bis zu einer gewissen Tiefe unterbrochen oder an
gehalten.
Da der Abschnitt des piezoelektrischen Elementes entsprechend
dem Abschnitt kleinerer Breite des Ätzmusters eine kleinere
Ätzbreite hat, tritt die sich selbst einschränkende Reaktion
in diesem Abschnitt früher auf. Diese sich selbst einschrän
kende Reaktion schreitet in Richtung des Abschnittes des pie
zoelektrischen Elementes entsprechend dem Abschnitt größerer
Breite des Ätzmusters fort, da in diesem Abschnitt eine grö
ßere Ätzbreite vorliegt, so daß sie in diesem Bereich später
erfolgt oder auftritt. Somit wird eine sanft geneigte Ätz
struktur, welche sich von der oberen Oberfläche des piezo
elektrischen Elementes in Richtung des Substrates erstreckt,
ausgebildet.
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, in der die Beziehung
zwischen der Ätzzeit t und der Ätztiefe D abhängig von der
Dicke T und der Ausnehmungsbreite W des piezoelektrischen
Elementes in dem Fall dargestellt ist, in welchem die Dicke T
des piezoelektrischen Elementes kleiner als 50 µm ist.
Bezugnehmend auf Fig. 9 zeigt sich, daß eine erhöhte Ätzrate
und eine erhöhte Ätztiefe bei einer größeren Ausnehmungsbrei
te W erhalten werden.
Eine obere Elektrode mit einem gewünschten Muster wird auf
dem gemäß obiger Beschreibung geätzten piezoelektrischen Ele
mentes ausgebildet.
Die obere Elektrode wird typischerweise aus Silber (Ag), Alu
minium (Al), Gold (Au) oder Platin (Pt) gefertigt. Für die
Ausbildung der Elektrode kann ein Siebdruckverfahren verwen
det werden. Alternativ kann ein Vakuumabscheidungsverfahren
verwendet werden. Im letzteren Fall wird das piezoelektrische
Element unter Verwendung einer Schattenmaske geeignet mas
kiert.
Bei herkömmlichen Verfahren wird die obere Elektrode, welche
dafür vorgesehen ist, mit Eingangsleitungen verbunden zu wer
den, so daß an das Aktuator eine Treiberspannung und andere
Signale angelegt werden können, nur auf der oberen Oberfläche
des piezoelektrischen Elementes ausgebildet. Gemäß der vor
liegenden Erfindung wird jedoch die obere Elektrode derart
ausgebildet, daß sie sich von der oberen Oberfläche des pie
zoelektrischen Elementes zu dem Substrat über eine seitliche
Endfläche oder Stirnfläche des piezoelektrischen Elementes
erstreckt.
Die obere Elektrode, die sich von der oberen Oberfläche des
piezoelektrischen Elementes über die seitliche Endfläche des
piezoelektrischen Elementes in Richtung des Substrates er
streckt, wird mit den Eingangsleitungen verbunden, so daß
über sie eine Treiberspannung und andere Signale anlegbar
sind.
Da das piezoelektrische Element eine sanft gekrümmte geätzte
Struktur an mindestens einer seitlichen Endoberfläche hiervon
hat, was durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung mög
lich wird, kann sich die obere Elektrode an der oberen Ober
fläche des piezoelektrischen Elementes über die seitliche
Endoberfläche des piezoelektrischen Elementes in Richtung des
Substrates erstrecken. Da sich die obere Elektrode in Rich
tung des Substrates erstreckt, ist es möglich, den Freiheits
grad bezüglich der Verbindung zwischen piezoelektrischem Ele
ment und Eingangsleitungen zu erhöhen.
Weiterhin läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine
vereinfachte Herstellung und eine erhöhte Zuverlässigkeit im
Vergleich zu üblichen Verfahren erzielen.
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf den Verfahrensstand, in wel
chem das piezoelektrische Element mit einer dreieckförmigen
Ausnehmung an einem seitlichen Abschnitt hiervon gemäß der
vorliegenden Erfindung ausgebildet wird. Fig. 2 ist eine
Querschnittsdarstellung entlang Linie A-A' in Fig. 1. Fig. 3
ist eine Querschnittsdarstellung entlang Linie B-B' in Fig.
1. Fig. 4 ist eine Querschnittsdarstellung entlang Linie C-C'
in Fig. 1. Fig. 5 ist eine Querschnittsdarstellung entlang
Linie D-D' in Fig. 1. Gemäß den Fig. 2 bis 5 weist das
piezoelektrische Element eine sanft geneigte oder gekrümmte
Struktur an dem Abschnitt auf, wo die dreieckförmige Ausneh
mung vorliegt.
Die Fig. 6 und 7 zeigen Ausnehmungen unterschiedlicher
Form an einem seitlichen Abschnitt des piezoelektrischen Ele
mentes gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Er
findung. Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei der zwei Ausnehmungen an dem seitlichen Ab
schnitt des piezoelektrischen Elementes ausgebildet sind, der
mit den Eingangsleitungen zu verbinden ist.
Beschrieben wurde somit insoweit zusammenfassend ein Mikroak
tuator mit: einem Substrat, Eingangsleitungen, die dafür aus
gelegt sind, eine Treiberspannung und Signale an eine obere
Elektrode anzulegen, einer unteren Elektrode, die auf einer
oberen Oberfläche des Substrates ausgebildet ist, einem pie
zoelektrischen Element, das auf einer oberen Oberfläche der
unteren Elektrode ausgebildet ist, wobei das piezoelektrische
Element in dem Abschnitt, der mit den Eingangsleitungen zu
verbinden ist, mit wenigstens einer geätzten Ausnehmung ver
sehen ist, um eine sanft geneigte seitliche Oberfläche in
diesem Abschnitt zu haben, wobei die obere Elektrode über das
piezoelektrische Element so ausgebildet wird, daß sie sich
von einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes
zu der sanft geneigten seitlichen Oberfläche erstreckt, wobei
weiterhin die obere Elektrode mit den Eingangsleitungen ver
bunden ist oder wird, wodurch die Verbindung zwischen der
oberen Elektrode und den Eingangsleitungen verbessert wird.
Wenn das Substrat ein Metallsubstrat ist, kann die Ausbildung
der unteren Elektrode weggelassen werden. Da das piezoelek
trische Element die sanft geneigte oder gekrümmte geätzte
Struktur an einer seitlichen Endfläche hiervon hat, ist es
möglich, daß sich die obere Elektrode von der oberen Ober
fläche des piezoelektrischen Elementes zu dem Substrat über
diese seitliche Endfläche des piezoelektrischen Elementes er
streckt. Somit ist es möglich, einen erhöhten Freiheitsgrad
hinsichtlich der Verbindung zwischen piezoelektrischem Ele
ment und den Eingangsleitungen zu erhalten.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wurden aus Gründen
der Erfindungserläuterung beschrieben und dargestellt; dem
Fachmann auf diesem Gebiet erschließt sich, daß eine Vielzahl
von Modifikationen, Hinzufügungen und Abwandlungen möglich
ist, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen,
wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren Äquivalenten
definiert ist.
Claims (22)
1. Ein Mikroaktuator mit:
einem Substrat;
Eingangsleitungen, welche dafür vorgesehen sind, eine Treiberspannung und Signale an eine obere Elektrode anzule gen;
einer unteren Elektrode, die auf einer oberen Oberfläche des Substrates ausgebildet ist;
einem piezoelektrischen Element, das auf einer oberen Oberfläche der unteren Elektrode ausgebildet ist, wobei das piezoelektrische Element an einem Abschnitt, der mit den Ein gangsleitungen zu verbinden ist, mit wenigstens einer geätz ten Ausnehmung versehen ist, um in diesem Abschnitt eine sanft geneigte seitliche Oberfläche zu haben; und
wobei die obere Elektrode über das piezoelektrische Ele ment hinweg derart ausgebildet ist, daß es sich von einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes zu der sanft geneigten seitlichen Oberfläche erstreckt, wobei die obere Elektrode mit den Eingangsleitungen verbunden ist;
wodurch die Verbindbarkeit zwischen der oberen Elektrode und den Eingangsleitungen verbessert ist.
einem Substrat;
Eingangsleitungen, welche dafür vorgesehen sind, eine Treiberspannung und Signale an eine obere Elektrode anzule gen;
einer unteren Elektrode, die auf einer oberen Oberfläche des Substrates ausgebildet ist;
einem piezoelektrischen Element, das auf einer oberen Oberfläche der unteren Elektrode ausgebildet ist, wobei das piezoelektrische Element an einem Abschnitt, der mit den Ein gangsleitungen zu verbinden ist, mit wenigstens einer geätz ten Ausnehmung versehen ist, um in diesem Abschnitt eine sanft geneigte seitliche Oberfläche zu haben; und
wobei die obere Elektrode über das piezoelektrische Ele ment hinweg derart ausgebildet ist, daß es sich von einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes zu der sanft geneigten seitlichen Oberfläche erstreckt, wobei die obere Elektrode mit den Eingangsleitungen verbunden ist;
wodurch die Verbindbarkeit zwischen der oberen Elektrode und den Eingangsleitungen verbessert ist.
2. Mikroaktuator nach Anspruch 1, wobei die Ausnehmung
auf dem piezoelektrischen Element eine Breite und eine Höhe
hat, welche wie folgt definiert sind:
T/20 < W < 10T
T/5 < H < 100T,
wobei "T" eine Dicke des piezoelektrischen Elementes be zeichnet, "W" eine Breite der Ausnehmung an dem seitlichen Ende des piezoelektrischen Elementes in Verbindung mit den Eingangsleitungen bezeichnet und "H" eine Höhe der Ausneh mung, das heißt eine Länge der Ausnehmung bezeichnet, welche sich lateral entlang des piezoelektrischen Elementes er streckt.
T/20 < W < 10T
T/5 < H < 100T,
wobei "T" eine Dicke des piezoelektrischen Elementes be zeichnet, "W" eine Breite der Ausnehmung an dem seitlichen Ende des piezoelektrischen Elementes in Verbindung mit den Eingangsleitungen bezeichnet und "H" eine Höhe der Ausneh mung, das heißt eine Länge der Ausnehmung bezeichnet, welche sich lateral entlang des piezoelektrischen Elementes er streckt.
3. Mikroaktuator nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sub
strat aus Keramik ist.
4. Mikroaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
die untere Elektrode in einem Abschnitt des Substrates, wo
die obere Elektrode ausgebildet ist, nicht freiliegt.
5. Mikroaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wei
terhin mit einer Isolierschicht, die an einem Abschnitt der
unteren Elektrode ausgebildet ist, der durch einen geätzten
Abschnitt des piezoelektrischen Elementes freiliegt.
6. Mikroaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
das piezoelektrische Element wenigstens zwei ausgeätzte Aus
nehmungen hat.
7. Ein Mikroaktuator mit:
einem metallischen Substrat;
Eingangsleitungen, die dafür vorgesehen sind, eine Trei berspannung und Signale an eine obere Elektrode anzulegen;
einem piezoelektrischen Element, das auf einer oberen Oberfläche des Metallsubstrates ausgebildet ist, wobei das piezoelektrische Element an einem mit den Eingangsleitungen zu verbindenden Abschnitt mit wenigstens einer ausgeätzten Ausnehmung versehen ist, um eine sanft geneigte seitliche Oberfläche in diesem Abschnitt zu haben; und
wobei die obere Elektrode über das piezoelektrische Ele ment hinweg derart ausgebildet ist, daß es sich von einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes zu der sanft geneigten seitlichen Oberfläche erstreckt, wobei die obere Elektrode mit den Eingangsleitungen verbunden ist;
wodurch die Verbindbarkeit zwischen der oberen Elektrode und den Eingangsleitungen verbessert ist.
einem metallischen Substrat;
Eingangsleitungen, die dafür vorgesehen sind, eine Trei berspannung und Signale an eine obere Elektrode anzulegen;
einem piezoelektrischen Element, das auf einer oberen Oberfläche des Metallsubstrates ausgebildet ist, wobei das piezoelektrische Element an einem mit den Eingangsleitungen zu verbindenden Abschnitt mit wenigstens einer ausgeätzten Ausnehmung versehen ist, um eine sanft geneigte seitliche Oberfläche in diesem Abschnitt zu haben; und
wobei die obere Elektrode über das piezoelektrische Ele ment hinweg derart ausgebildet ist, daß es sich von einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes zu der sanft geneigten seitlichen Oberfläche erstreckt, wobei die obere Elektrode mit den Eingangsleitungen verbunden ist;
wodurch die Verbindbarkeit zwischen der oberen Elektrode und den Eingangsleitungen verbessert ist.
8. Mikroaktuator nach Anspruch 7, wobei die Ausnehmung
auf dem piezoelektrischen Element eine Breite und eine Höhe
hat, welche wie folgt definiert sind:
T/20 < W < 10T
T/5 < H < 100T,
wobei "T" eine Dicke des piezoelektrischen Elementes be zeichnet, "W" eine Breite der Ausnehmung an dem seitlichen Ende des piezoelektrischen Elementes in Verbindung mit den Eingangsleitungen bezeichnet und "H" eine Höhe der Ausneh mung, das heißt eine Länge der Ausnehmung bezeichnet, welche sich lateral entlang des piezoelektrischen Elementes er streckt.
T/20 < W < 10T
T/5 < H < 100T,
wobei "T" eine Dicke des piezoelektrischen Elementes be zeichnet, "W" eine Breite der Ausnehmung an dem seitlichen Ende des piezoelektrischen Elementes in Verbindung mit den Eingangsleitungen bezeichnet und "H" eine Höhe der Ausneh mung, das heißt eine Länge der Ausnehmung bezeichnet, welche sich lateral entlang des piezoelektrischen Elementes er streckt.
9. Mikroaktuator nach Anspruch 7 oder 8, wobei die unte
re Elektrode in einem Abschnitt des Substrates, wo die obere
Elektrode ausgebildet ist, nicht freiliegt.
10. Mikroaktuator nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wei
terhin mit einer Isolierschicht, die an einem Abschnitt der
unteren Elektrode ausgebildet ist, der durch einen geätzten
Abschnitt des piezoelektrischen Elementes freiliegt.
11. Mikroaktuator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wo
bei das piezoelektrische Element wenigstens zwei ausgeätzte
Ausnehmungen hat.
12. Ein Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktuatores,
mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Substrates;
Ausbilden einer unteren Elektrode auf einer oberen Ober fläche des Substrates;
Ausbilden eines piezoelektrischen Elementes auf einer oberen Oberfläche der unteren Elektrode;
Ätzen eines Abschnittes des piezoelektrischen Elementes entsprechend einem Bereich, wo das piezoelektrische Element mit Eingangsleitungen zu verbinden ist, wodurch eine Ausneh mung derart gebildet wird, daß das piezoelektrische Element eine sanft geneigte seitliche Oberfläche in diesem Abschnitt hat;
Ausbilden einer oberen Elektrode auf dem piezoelektri schen Element derart, daß sich die obere Elektrode von einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes zu der sanft geneigten seitlichen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes erstreckt; und
Verbinden der Eingangsleitungen mit der oberen Elek trode, wobei die Verbindbarkei zwischen der oberen Elektrode und den Eingangsleitungen verbessert ist.
Bereitstellen eines Substrates;
Ausbilden einer unteren Elektrode auf einer oberen Ober fläche des Substrates;
Ausbilden eines piezoelektrischen Elementes auf einer oberen Oberfläche der unteren Elektrode;
Ätzen eines Abschnittes des piezoelektrischen Elementes entsprechend einem Bereich, wo das piezoelektrische Element mit Eingangsleitungen zu verbinden ist, wodurch eine Ausneh mung derart gebildet wird, daß das piezoelektrische Element eine sanft geneigte seitliche Oberfläche in diesem Abschnitt hat;
Ausbilden einer oberen Elektrode auf dem piezoelektri schen Element derart, daß sich die obere Elektrode von einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes zu der sanft geneigten seitlichen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes erstreckt; und
Verbinden der Eingangsleitungen mit der oberen Elek trode, wobei die Verbindbarkei zwischen der oberen Elektrode und den Eingangsleitungen verbessert ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Ausnehmung des
piezoelektrischen Elementes eine Breite und eine Höhe hat,
welche wie folgt definiert sind:
T/20 < W < 10T
T/5 < H < 100T,
wobei "T" eine Dicke des piezoelektrischen Elementes be zeichnet, "W" eine Breite der Ausnehmung an dem seitlichen Ende des piezoelektrischen Elementes in Verbindung mit den Eingangsleitungen bezeichnet und "H" eine Höhe der Ausneh mung, das heißt eine Länge der Ausnehmung bezeichnet, welche sich lateral entlang des piezoelektrischen Elementes er streckt.
T/20 < W < 10T
T/5 < H < 100T,
wobei "T" eine Dicke des piezoelektrischen Elementes be zeichnet, "W" eine Breite der Ausnehmung an dem seitlichen Ende des piezoelektrischen Elementes in Verbindung mit den Eingangsleitungen bezeichnet und "H" eine Höhe der Ausneh mung, das heißt eine Länge der Ausnehmung bezeichnet, welche sich lateral entlang des piezoelektrischen Elementes er streckt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Sub
strat aus Keramik ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei
die untere Elektrode in einem Abschnitt des Substrates, wo
die obere Elektrode ausgebildet ist, nicht freiliegt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wei
terhin mit dem Schritt des Ausbildens einer Isolierschicht an
einem Abschnitt der unteren Elektrode, der durch einen geätz
ten Abschnitt des piezoelektrischen Elementes freiliegt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei
das piezoelektrische Element wenigstens zwei ausgeätzte Aus
nehmungen hat.
18. Ein Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktuatores,
mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Metallsubstrates;
Ausbilden eines piezoelektrischen Elementes auf einer oberen Oberfläche des Metallsubstrates;
Ätzen eines Abschnittes des piezoelektrischen Elementes entsprechend einem Bereich, wo das piezoelektrische Element mit Eingangsleitungen zu verbinden ist, wodurch eine Ausneh mung derart gebildet wird, daß das piezoelektrische Element eine sanft geneigte seitliche Oberfläche in diesem Abschnitt hat;
Ausbilden einer oberen Elektrode auf dem piezoelektri schen Element derart, daß sich die obere Elektrode von einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes zu der sanft geneigten seitlichen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes erstreckt; und
Verbinden der Eingangsleitungen mit der oberen Elek trode, wobei die Verbindbarkeit zwischen der oberen Elektrode und den Eingangsleitungen verbessert ist.
Bereitstellen eines Metallsubstrates;
Ausbilden eines piezoelektrischen Elementes auf einer oberen Oberfläche des Metallsubstrates;
Ätzen eines Abschnittes des piezoelektrischen Elementes entsprechend einem Bereich, wo das piezoelektrische Element mit Eingangsleitungen zu verbinden ist, wodurch eine Ausneh mung derart gebildet wird, daß das piezoelektrische Element eine sanft geneigte seitliche Oberfläche in diesem Abschnitt hat;
Ausbilden einer oberen Elektrode auf dem piezoelektri schen Element derart, daß sich die obere Elektrode von einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes zu der sanft geneigten seitlichen Oberfläche des piezoelektrischen Elementes erstreckt; und
Verbinden der Eingangsleitungen mit der oberen Elek trode, wobei die Verbindbarkeit zwischen der oberen Elektrode und den Eingangsleitungen verbessert ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Ausnehmung des
piezoelektrischen Elementes eine Breite und eine Höhe hat,
welche wie folgt definiert sind:
T/20 < W < 10T
T/5 < H < 100T,
wobei "T" eine Dicke des piezoelektrischen Elementes be zeichnet, "W" eine Breite der Ausnehmung an dem seitlichen Ende des piezoelektrischen Elementes in Verbindung mit den Eingangsleitungen bezeichnet und "H" eine Höhe der Ausneh mung, das heißt eine Länge der Ausnehmung bezeichnet, welche sich lateral entlang des piezoelektrischen Elementes er streckt.
T/20 < W < 10T
T/5 < H < 100T,
wobei "T" eine Dicke des piezoelektrischen Elementes be zeichnet, "W" eine Breite der Ausnehmung an dem seitlichen Ende des piezoelektrischen Elementes in Verbindung mit den Eingangsleitungen bezeichnet und "H" eine Höhe der Ausneh mung, das heißt eine Länge der Ausnehmung bezeichnet, welche sich lateral entlang des piezoelektrischen Elementes er streckt.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei die untere
Elektrode in einem Abschnitt des Substrates, wo die obere
Elektrode ausgebildet ist, nicht freiliegt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wei
terhin mit dem Schritt des Ausbildens einer Isolierschicht an
einem Abschnitt der unteren Elektrode, der durch einen geätz
ten Abschnitt des piezoelektrischen Elementes freiliegt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei
das piezoelektrische Element wenigstens zwei ausgeätzte Aus
nehmungen hat.
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