DE60220473T2 - Leiterplatte mit piezoelektrischem/elektrostritivem Element und deren Herstellungsverfahren - Google Patents

Leiterplatte mit piezoelektrischem/elektrostritivem Element und deren Herstellungsverfahren Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leiterplatte, insbesondere eine Leiterplatte mit einem Leiterbild als Elektrodenschicht auf einem Keramiksubstrat und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leiterplatte.
  • Beschreibung des Stands der Technik:
  • Vor kurzem wurden verschiedene Leiterplatten, einschließlich gedruckter Leiterplatten, mit Leiterbildern auf Substraten vorgeschlagen.
  • Als Aktuator- oder Sensorvorrichtungen verwendete Leiterplatten mit piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten weisen ein Leiterbild, das eine durch Aufdrucken, beispielsweise auf einem Keramiksubstrat, gebildete Elektrodenschicht umfasst, und ein weiteres Leiterbild auf, wobei auf dem weiteren Leiterbild eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht und eine Elektrodenschicht vorhanden sind.
  • Leiterplatten mit piezoelektrischen/elektrostriktiven Schichten können als Aktuator- oder Sensorvorrichtungen verwendet werden, indem das Leiterbild mit einem elektrischen Signal versorgt wird und ein elektrisches Feld an die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht angelegt wird. Genauer gesagt dient die Aktuatorvorrichtung dazu, die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht zu verschieben, indem ein elektrisches Feld an die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht angelegt wird, und die Sensorvorrichtung dient dazu, ein elektrisches Signal zu gewinnen, das als Reaktion auf einen an die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht angelegten Druck erzeugt wird, und zwar durch das Leiterbild hindurch.
  • Bei den Leiterplatten kann sich, da die Haftfestigkeit zwischen dem Leiterbild und dem Keramiksubstrat oder zwischen dem Leiterbild und der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht gering ist, das Leiterbild während der Bearbeitung, z.B. während des Zuschneidens oder Polierens, oder während der Reinigung, z.B. währehd einer Ultraschallreinigung, am Übergang zwischen dem Leiterbild und der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht von der Leiterplatte ablösen.
  • Je nach flächenbezogenem Aufbau des Leiterbilds kann die Leiterplatte einen Bereich umfassen, in dem keine Elektrodenschicht auf dem Keramiksubstrat ausgebildet ist. In solch einem Bereich sind das Keramiksubstrat und die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht einander gegenüberliegend angeordnet und beim Brennen der Leiterplatte entsteht ein Hohlraum. Die Ursache dieses Problems ist, dass das Material des Keramiksubstrats und das Material der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht fast nicht miteinander in Verbindung stehen.
  • Aufgrund des Hohlraums steht die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht teilweise frei über dem Keramiksubstrat. Da die Position des frei stehenden Teils der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht in Bezug auf das Keramiksubstrat nicht fixiert ist, kann es sich frei bewegen, wenn äußere Kräfte einwirken, und neigt somit zum Ablösen.
  • Um zu verhindern, dass sich die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht ablöst, muss die Leiterplatte so abgeschnitten werden, dass beispielsweise jegliche auf die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht wirkende Belastung, z.B. eine auf die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht wirkende Kraft beim Abtrennen der Leiterplatte, gering sein sollte. Somit ist es notwendig, den Schneidevorgang auf geringe Belastungsbedingungen einzuschränken, sodass der eingeschränkte Schneidevorgang lange dauert und zu geringem Durchsatz führt.
  • Die Leiterplatte muss auch so gereinigt werden, dass jegliche auf die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht wirkende Belastung, z.B. eine auf die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht wirkende Kraft beim Reinigen der Leiterplatte, gering sein sollte. Um also Verschmutzungen von einer Leiterplatte zu entfernen, ist viel Zeit zum Reinigen der Leiterplatte erforderlich, und die Zahl der Arbeitsstunden in Zusammenhang mit dem Reinigungsvorgang wird erhöht.
  • Wenn sich eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht ablöst, treten die folgenden Nachteile auf:
    • (1) Die Funktionen der Leiterplatte werden beeinträchtigt.
    • (2) Wenn sich das Leiterbild von einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht ablöst, dann wird die elektrostatische Kapazität verringert, was zu einer geringeren Dehnung in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht führt. Somit wird die Verlagerung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht verringert.
    • (3) Wenn sich das Leiterbild von einem Keramiksubstrat ablöst, dann wird die in der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht aufgebaute Dehnung weniger stark auf das Keramiksubstrat übertragen. Somit wird die Verlagerung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht verringert.
    • (4) Die mechanische Gesamtfestigkeit der Leiterplatte wird verringert, was zu einer Senkung der Resonanzfrequenz der Leiterplatte führt, wenn die Leiterplatte als Aktuator eingesetzt wird.
  • Die JP-A-3-001595 veranschaulicht eine mehrschichtige Platte, bei der Spalte in einer Cermet-Leiterschicht mit einem Cermet-Widerstand gefüllt werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Folglich besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Leiterplatte, deren mehrschichtiger Körper sich nicht löst, die in weniger Arbeitsstunden mit höherem Durchsatz hergestellt werden kann und deren Funktionen nicht beeinträchtigt werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leiterplatte.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Leiterplatte nach Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Da die Spalte im Leiterbild mit dem Isoliermaterial aus Cermet gefüllt sind, wird eine auf dem Leiterbild ausgebildete weitere Schicht gegen das Leiterbild und die Isolierschicht in den Spalten gehalten und neigt somit nicht zum Ablösen.
  • Wenn die Isolierschicht eine Cermetschicht umfasst, die ein Material der Elektrodenschicht enthält, und wenn die Schicht auf dem Leiterbild aus einem Material besteht, das leicht am Material der Elektrodenschicht haftet, dann ist die Schicht auf dem Leiterbild fest mit dem Leiterbild und der Isolierschicht verbunden und somit widerstandsfähiger gegen eine Ablösung.
  • Mithilfe der obigen Bauweise wird verhindert, dass sich eine mehrschichtige Anordnung der Leiterplatte löst, und die Zahl an Arbeitsstunden für die Herstellung der Leiterplatte wird verringert und der Leiterplattendurchsatz erhöht. Außerdem wird verhindert, dass die Funktionen der Leiterplatte beeinträchtigt werden.
  • Die Leiterplatte umfasst weiters eine auf dem Leiterbild angeordnete piezoelektrische/elektrostriktive Schicht. Auch das Ablösen der so auf dem Leiterbild angeordneten piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht wird verhindert, sodass eine auf einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht basierende Aktuator- oder Sensorvorrichtung ihre Funktionen voll ausüben kann.
  • Da die Schicht auf dem Leiterbild die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht ist, die wahrscheinlich am Material der Elektrodenschicht haftet, lösen sich das Leiterbild und die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht kaum voneinander.
  • Da die Isolierschicht und die über der Elektrodenschicht angeordnete piezoelektrische/elektrostriktive Schicht fest miteinander verbunden sind, lösen sich das Leiterbild und die Isolierschicht kaum voneinander. Folglich wird verhindert, dass sich die auf dem Leiterbild angeordnete piezoelektrische/elektrostriktive Schicht ablöst, sodass die Funktionen einer Aktuator- oder Sensorvorrichtung, welche die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht nutzt, voll durchgeführt werden können.
  • Das Leiterbild und die Isolierschicht können jeweilige Seiten aufweisen, die nach außen hin freigelegt sind, z.B. in Kontakt mit Luft gehalten werden. Da die Schicht (die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht oder dergleichen) auf dem Leiterbild sich weniger wahrscheinlich ablöst, auch wenn die Seiten des Leiterbilds und der Isolierschicht nach außen hin freigelegt sind, wird verhindert, dass sich die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht ablöst, wenn die Leiterplatte geschnitten oder gereinigt wird, und außerdem kann die Bearbeitungszeit, d.h. zum Schneiden oder Reinigen der Leiterplatte, verkürzt werden.
  • Das Keramiksubstrat kann ein dickes Haltestück und einen in Schwingung versetzbaren Abschnitt umfassen, der an das Haltestück angrenzt und dünner als das Haltestück ist, wobei sich das Leiterbild von dem in Schwingung versetzbaren Abschnitt zum Haltestück hin erstreckt und die Isolierschicht auf dem Haltestück angeordnet ist.
  • Bei der obigen Bauweise wird die feste Haftung zwischen dem Leiterbild und der Isolierschicht nicht geschwächt, wenn der in Schwingung versetzbare Abschnitt schwingt, sodass die Leiterplatte größere Zuverlässigkeit aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das Keramiksubstrat ein dickes Haltestück und einen in Schwingung versetzbaren Abschnitt umfassen, der an das Haltestück angrenzt und dünner als das Haltestück ist, wobei sich das Leiterbild von dem in Schwingung versetzbaren Abschnitt aus zum Haltestück hin erstreckt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte nach Anspruch 6 bereitgestellt.
  • Beim Verfahren nach Anspruch 6 kann das elektrisch leitfähige Material ein Material sein, aus dem die Elektrodenschicht besteht.
  • Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Abbildungen hervor, in denen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand von veranschaulichenden Beispielen dargestellt sind.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • 1 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Leiterplatte einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2A ist ein Grundriss eines ersten Leiterbilds auf der Leiterplatte aus 1;
  • 2B ist ein Grundriss eines zweiten Leiterbilds auf der Leiterplatte aus 1;
  • 3A ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase eines Verfahrens zur Herstellung der Leiterplatte der ersten Ausführungsform, in der eine erste Cermetschicht, die ein erstes Leiterbild bilden soll, und eine zweite Cermetschicht, die eine Isolierschicht bilden soll, auf einem Keramiksubstrat ausgebildet werden;
  • 3B ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der das erste Leiterbild und die Isolierschicht gleichzeitig ausgebildet werden;
  • 3C ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der eine PZT-Paste, die eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht bilden soll, aufgetragen wird;
  • 4A ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase des Verfahrens zur Herstellung der Leiterplatte der ersten Ausführungsform, in der eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht ausgebildet wird;
  • 4B ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der eine dritte Cermetschicht ausgebildet wird, die ein zweites Leiterbild bilden soll;
  • 5 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer als Vergleich dargestellten Leiterplatte, die keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 6 bis 8 zeigen die Fertigung der Platte aus 5;
  • 6A ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase eines Verfahrens zur Herstellung der Leiterplatte des Vergleichsbeispiels, in der eine erste Cermetschicht, die eine erste Schicht eines ersten Leiterbilds bilden soll, auf einem Keramiksubstrat ausgebildet wird;
  • 6B ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der die erste Schicht ausgebildet wird;
  • 6C ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der eine Pt-Paste, die eine zweite Schicht eines Leiterbilds bilden soll, aufgebracht wird;
  • 7A ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase des Verfahrens zur Herstellung der Leiterplatte des Vergleichsbeispiels, in der die zweite Schicht ausgebildet wird;
  • 7B ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase des Verfahrens zur Herstellung der Leiterplatte des Vergleichsbeispiels, in der eine zweite Cermetschicht, die eine dritte Schicht des ersten Leiterbilds bilden soll, ausgebildet wird;
  • 7C ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der die dritte Schicht ausgebildet wird;
  • 8A ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase des Verfahrens zur Herstellung der Leiterplatte des Vergleichsbeispiels, in der eine PZT-Paste, die eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht bilden soll, aufgebracht wird;
  • 8B ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht ausgebildet wird;
  • 8C ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der eine dritte Cermetschicht, die ein zweites Leiterbild bilden soll, ausgebildet wird;
  • 9 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Leiterplatte einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung;
  • 12 ist eine perspektivische Explosionsansicht von grünen Keramikplatten, die geschichtet werden sollen;
  • 13 ist eine perspektivische Ansicht einer geschichteten grünen Keramikanordnung aus den grünen Keramikplatten.
  • 14 ist eine perspektivische Ansicht einer geschichteten Keramikanordnung, die durch Brennen der grünen Keramikanordnung hergestellt wurde, wobei piezoelektrische/elektrostriktive Elemente auf der geschichteten Keramikanordnung angebracht sind;
  • 15A ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase eines Verfahrens zur Herstellung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung, in der eine erste Cermetschicht, die eine erste Schicht eines Leiterbilds bilden soll, und eine zweite Cermetschicht, die eine Isolierstruktur bilden soll, ausgebildet werden;
  • 15B ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der das erste Leiterbild und die Isolierschicht gleichzeitig ausgebildet werden;
  • 15C ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der eine Pt-Paste, die eine zweite Schicht des ersten Leiterbilds bilden soll, aufgebracht wird;
  • 16A ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase des Verfahrens zur Herstellung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung, in der die zweite Schicht ausgebildet wird;
  • 16B ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der eine PZT-Paste, die eine dritte Schicht im ersten Leiterbild und eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht der ersten Schicht bilden soll, und eine vierte Cermetschicht, die ein zweites Leiterbild bilden soll, aufgebracht werden;
  • 16C ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der die dritte Schicht, die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht der ersten Schicht und das zweite Leiterbild gleichzeitig ausgebildet werden;
  • 17A ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase des Verfahrens zur Herstellung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung, in der eine PZT-Paste, die eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht der zweiten Schicht bilden soll, und eine fünfte Cermetschicht, die ein drittes Leiterbild bilden soll, aufgebracht werden;
  • 17B ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht der zweiten Schicht und das dritte Leiterbild gleichzeitig ausgebildet werden;
  • 17C ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der eine PZT-Paste, die eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht der dritten Schicht und eine sechste Cermetschicht, die ein viertes Leiterbild bilden soll, aufgebracht werden;
  • 18A ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase des Verfahrens zur Herstellung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung, in der die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht der dritten Schicht und das vierte Leiterbild gleichzeitig ausgebildet werden;
  • 18B ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der eine PZT-Paste, die eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht einer vierten Schicht bilden soll, aufgebracht wird;
  • 19A ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase des Verfahrens zur Herstellung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung, in der die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht der vierten Schicht ausgebildet wird; und
  • 19B ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Fertigungsphase, in der ein Pt-Resinat, das ein fünftes Leiterbild bilden soll, und eine Au-Paste, die einen Anschluss bilden soll, ausgebildet werden.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ähnliche oder entsprechende Teile werden in sämtlichen Ansichten durch ähnliche oder entsprechende Bezugszeichen bezeichnet.
  • Wie in 1 zu sehen umfasst eine Leiterplatte 110A einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Keramiksubstrat 112, ein erstes Leiterbild 114, das als untere Elektrodenschicht auf dem Keramiksubstrat 112 angeordnet ist, eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116, die auf dem ersten Leiterbild 114 angeordnet ist, und ein zweites Leiterbild 118, das als obere Elektrodenschicht auf der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 116 angeordnet ist.
  • Wie in 2A und 2B zu sehen weisen das erste und zweite Leiterbild 114, 118 beispielsweise eine Schlangenform auf.
  • Das erste und zweite Leiterbild 114, 118 und die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 sind wie folgt auf dem Keramiksubstrat 112 ausgebildet. Zuerst wird ein Cermet, das ein Elektrodenmaterial enthält, auf dem Keramiksubstrat 112 aufgebracht und anschließend gebrannt, um die erste Elektrodenstruktur 114 aus dem Elektrodenmaterial auszubilden. Danach wird eine Paste aus einem piezoelektri schen/elektrostriktiven Material aufgebracht und anschließend gebrannt, um die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 aus dem piezoelektrischen/elektrostriktiven Material auszubilden. Dann wird ein Cermet, das ein Elektrodenmaterial enthält, auf der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 116 aufgebracht und anschließend gebrannt, um die zweite Elektrodenstruktur 118 aus dem Elektrodenmaterial zu bilden. Wenn die obige Schrittfolge beendet ist, ist die Leiterplatte 110A der ersten Ausführungsform hergestellt.
  • Da das erste Leiterbild 114 eine Schlangenkonfiguration aufweist, wie in 2A zu sehen ist, werden Bereiche, die frei von einer Elektrodenschicht sind, d.h. Spalte 120, aufgrund der Schlangenkonfiguration des ersten Leiterbilds 114 auf dem Keramiksubstrat 112 bereitgestellt.
  • In den Spalten 120 liegen das Keramiksubstrat 112 und die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 einander gegenüber. Die Spalte 120 entstehen, weil das Material des Keramiksubstrats 112 (Substratmaterial) und das Material der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 116 (piezoelektrisches/elektrostriktives Material) fast nicht miteinander verbunden sind.
  • Die Spalte 120 würden die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 teilweise über dem Keramiksubstrat 112 frei stehen lassen. Die freistehenden Abschnitte der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 116 wären in Bezug auf das Keramiksubstrat 112 nicht fixiert und könnten sich bei Einwirkung äußerer Kräfte frei bewegen. Somit würde die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 dazu neigen, sich abzulösen.
  • In der ersten Ausführungsform, wie sie in 1 dargestellt ist, werden die durch die Schlangenform des ersten Leiterbilds 114 gebildeten Spalte 120 jedoch mit einer Isolierschicht 122 aus einem Cermet, das ein Elektrodenmaterial enthält, oder Cermet, das ein piezoelektrisches/elektrostriktives Material enthält, gefüllt. In 1 sind die Spalte 120 mit der Isolierschicht 122 gefüllt und folglich nicht dargestellt. Deshalb ist das Verweiszeichen „120" für die Spalte in 1 in Klammer angeführt.
  • Wenn die Isolierschicht 122 aus einem Cermet besteht, das ein Elektrodenmaterial enthält, dann wird, da die auf dem ersten Leiterbild 114 ausgebildete piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 leicht am Elektrodenmaterial haftet, die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 fest mit dem ersten Leiterbild 114 und der Isolierschicht 122 verbunden. Somit wird verhindert, dass sich die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 auf dem ersten Leiterbild 114 ablöst.
  • Wenn die Isolierschicht 122 aus einem Cermet besteht, das ein piezoelektrisches/elektrostriktives Material enthält, dann haftet die auf dem ersten Leiterbild 114 ausgebildete piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 leicht am Elektrodenmaterial, und die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 wird fest mit dem ersten Leiterbild 114 verbunden. Da die Isolierschicht 122 ein piezoelektrisches/elektrostriktives Material enthält, ist die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 auch fest mit der Isolierschicht 122 verbunden. Somit wird verhindert, das sich die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 auf dem ersten Leiterbild 114 ablöst.
  • In der ersten Ausführungsform wird daher verhindert, dass sich die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 von der Leiterplatte 110A ablöst. Die Arbeitsstunden zur Herstellung der Leiterplatte 110A werden verringert und ihr Durchsatz erhöht, und außerdem wird verhindert, dass die Funktionen der Leiterplatte 110A beeinträchtigt werden.
  • Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte 110A gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3A bis 4B beschrieben. Bei diesem Verfahren besteht die Isolierschicht 122 aus einem Cermet, das ein Elektrodenmaterial enthält.
  • Zuerst wird, wie in 3A dargestellt, ein Rohmaterial, das ein Keramikmaterial enthält, zum Keramiksubstrat 112 geformt und gebrannt.
  • Dann wird eine erste Cermetschicht 130 aus einem Cermet, das ein Elektrodenmaterial enthält, wie z.B. Pt/Zirkoniumoxid, auf dem Keramiksubstrat 112 ausgebildet, beispielsweise gemäß einem Siebdruckverfahren. Danach wird eine zweite Cermetschicht 132 aus einem Cermet, das ein Elektrodenmaterial enthält, z.B. Pt/Zirconiumoxid, gemäß einem Siebdruckverfahren auf einem freiliegenden Bereich des Keramiksubstrats 112 ausgebildet.
  • Anschließend werden, wie in 3B dargestellt, die erste Cermetschicht 130 und die zweite Cermetschicht 132 zum ersten Leiterbild 114 bzw. zur Isolierschicht 122 gebrannt.
  • Dann wird, wie in 3C dargestellt, eine Paste aus einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Material, wie z.B. eine PZT-Paste, 134 auf dem ersten Leiterbild 114 und der Isolierschicht 122 ausgebildet, beispielsweise gemäß einem Siebdruckverfahren. Danach wird, wie in 4A dargestellt, die PZT-Paste 134 zur piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 116 gebrannt.
  • Anschließend wird, wie in 4B dargestellt, eine dritte Cermetschicht 136 aus einem Cermet, das ein Elektrodenmaterial enthält, wie z.B. Pt/Zirconiumoxid, auf der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 116 ausgebildet, beispielsweise gemäß einem Siebdruckverfahren. Danach wird die dritte Cermetschicht 136 zum zweiten Leiterbild 118 gebrannt, wodurch die Leiterplatte 110A wie in 1 dargestellt fertiggestellt wird.
  • Mithilfe des obigen Herstellungsverfahrens kann die Leiterplatte 110A, bei der mit hoher Verlässlichkeit verhindert wird, dass sich die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 leicht ablöst, kostengünstig und leicht hergestellt werden.
  • Wenn die Isolierschicht 122 aus einem Cermet besteht, das ein Elektrodenmaterial enthält, dann wird die Menge des Elektrodenmaterials vorzugsweise geringer gehalten als die Menge des Keramikmaterials, um die Isolierfähigkeit der Isolierschicht 122 aufrechtzuerhalten.
  • Die Isolierfähigkeit der Isolierschicht 122 kann eingestellt werden, indem (1) das Verhältnis zwischen Keramik als Isoliermaterial und Metall als Elektrodenmetall erhöht wird, (2) die Kristallkörner der Keramik vergrößert werden und (3) die Brenntemperatur gesenkt wird. Wenn ein Keramikmaterial gemischt werden soll, dann kann das Keramikmaterial das piezoelektrische/elektrostriktive Material oder das Substratmaterial oder ein Materialgemisch aus beiden sein.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 5 bis 8C eine Leiterplatte 110B mit einem veranschaulichenden Aufbau, der keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, beschrieben.
  • Wie in 5 zu sehen ist die Leiterplatte 110B im Wesentlichen ähnlich wie die Leiterplatte 110A der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich jedoch darin, dass das erste Leiterbild 114 aus einer dreischichtigen Struktur besteht und die Spalte 120 im ersten Leiterbild 114 nicht mit der Isolierschicht 122 gefüllt sind.
  • Das erste Leiterbild 114 umfasst eine erste Schicht 140, eine zweite Schicht 142 und eine dritte Schicht 144.
  • Die erste Schicht 140 ist direkt auf dem Keramiksubstrat 112 angeordnet und besteht aus dem Cermet aus dem Substratmaterial und dem Elektrodenmaterial. Die zweite Schicht 142 ist auf der ersten Schicht 140 angeordnet und besteht aus dem Elektrodenmaterial. Die dritte Schicht 144 ist auf der zweiten Schicht 142 angeordnet und besteht aus dem Cermet aus dem piezoelektrischen/elektrostriktiven Material und dem Elektrodenmaterial.
  • Da die erste Schicht 140 des ersten Leiterbilds 114 aus dem Cermet besteht, welches das Substratmaterial enthält, sind die erste Schicht 140 und das Keramiksubstrat 112 fest miteinander verbunden. Außerdem sind, da die dritte Schicht 144 des ersten Leiterbilds 114 aus dem Cermet besteht, welches das piezoelektrische/elektrostriktive Material enthält, die dritte Schicht 144 und die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 fest miteinander verbunden.
  • Deshalb ist das erste Leiterbild 114 fest mit dem Keramiksubstrat 112 darunter und auch mit der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 116 darüber fest verbunden. Obwohl das erste Leiterbild 114 die Spalte 120 aufweist, wird verhindert, dass sich die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 ablöst.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 6A bis 8C ein Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte 1108 beschrieben.
  • Zuerst wird, wie in 6A dargestellt, ein Rohmaterial, das ein Keramikmaterial enthält, zum Keramiksubstrat 112 geformt und gebrannt.
  • Dann wird eine erste Cermetschicht 150 aus einem Cermet, das ein Elektrodenmaterial und ein Substratmaterial enthält, z.B. Pt/Zirconiumoxid, auf dem Keramiksubstrat 112 ausgebildet, beispielsweise gemäß einem Siebdruckverfahren. Danach wird, wie in 6B dargestellt, die erste Cermetschicht 150 zur ersten Schicht 140 gebrannt.
  • Anschließend wird, wie in 6C dargestellt, eine Paste aus einem Elektrodenmaterial, wie z.B. eine PZT-Paste, 152 gemäß einem Siebdruckverfahren auf der ersten Schicht 140 ausgebildet. Danach wird, wie in 7A dargestellt, die PZT-Paste 152 zur zweiten Schicht 142 gebrannt.
  • Anschließend wird, wie in 7B dargestellt, eine zweite Cermetschicht 154 aus einem Cermet, das ein Elektrodenmaterial und ein piezoelektrisches/elektrostriktives Material enthält, wie z.B. Pt/PZT, auf der zweiten Schicht 142 ausgebildet, beispielsweise gemäß einem Siebdruckverfahren. Danach wird, wie in 7C dargestellt ist, die zweite Cermetschicht 154 zur dritten Schicht 144 gebrannt. An diesem Punkt wird das erste Leiterbild 114, das eine geschichtete Anordnung aus der ersten, zweiten und dritten Schicht 140, 142, 144 umfasst, auf dem Keramiksubstrat 112 ausgebildet.
  • Dann wird, wie in 8A dargestellt, eine Paste aus einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Material, z.B. eine PZT-Paste, 156 ausgebildet, beispielsweise gemäß einem Siebdruckverfahren. Zu diesem Zeitpunkt tritt die PZT-Paste 156 in die Spalte 120 im Leiterbild 114 ein. Danach wird, wie in 8B dargestellt, die PZT-Paste 156 zur piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 116 gebrannt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Abschnitte der PZT-Paste 156, die in Kontakt mit dem Keramiksubstrat 112 gehalten werden, geschrumpft, wenn die PZT-Paste 156 gebrannt wird. Sobald die PZT-Paste 156 zur piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 116 gebrannt ist, lassen diese geschrumpften Abschnitte die Spalte 120 im ersten Leiterbild 114 frei.
  • Dann wird, wie in 8C dargestellt, eine dritte Cermetschicht 136 aus einem Cermet, das ein Elektrodenmaterial enthält, z.B. Pt/Zirconiumoxid, auf der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 116 ausgebildet, beispielsweise gemäß einem Siebdruckverfahren. Danach wird die dritte Cermetschicht 136 zum zweiten Leiterbild 118 gebrannt. Auf diese Weise wird die Leiterplatte 110B des veranschaulichenden Beispiels hergestellt.
  • Gemäß dem obigen Herstellungsverfahren kann die Leiterplatte 110B, bei der mit hoher Verlässlichkeit verhindert wird, dass sich die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 leicht ablöst, auch wenn die Spalte 120 im ersten Leiterbild 114 vorhanden sind, kostengünstig und leicht hergestellt werden.
  • Nachstehend wird eine Leiterplatte 110C einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
  • Wie in 9 dargestellt ist die Leiterplatte 110C im Wesentlichen der Leiterplatte 110B des veranschaulichenden Beispiels ähnlich, unterscheidet sich jedoch darin, dass die Spalte 120 im ersten Leiterbild 114 mit der Isolierschicht 122 gefüllt sind. Die Leiterplatte 110C gemäß der zweiten Ausführungsform ist somit eine Kombination aus den Leiterplatten 110A und 110B aus 1 und 5.
  • Die Isolierschicht 122 besteht aus einem Cermet, das ein Elektrodenmaterial enthält, oder einem Cermet das ein piezoelektrisches/elektrostriktives Material enthält.
  • Bei der Leiterplatte 110C ist das erste Leiterbild 114 fest mit dem Keramiksubstrat 112 und auch mit der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 116 verbunden. Da die Isolierschicht 112 die Spalte 120 im ersten Leiterbild 114 ausfüllt, weist die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 keine Teile auf, die über den Spalten 120 frei angeordnet sind. Demgemäß wird verhindert, dass sich die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 116 ablöst, wenn die Leiterplatte 110C bearbeitet oder gereinigt wird.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 10 bis 19B eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, welche die Leiterplatte 110C der zweiten Ausführungsform umfasst.
  • Die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 kann als Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie mit einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Element oder als Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie mit einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Element betrieben werden.
  • Folglich kann die Vorrichtung 10 als aktive Vorrichtung eingesetzt werden, beispielsweise in Form verschiedener Aktuatoren und Schwingungserzeuger, aber auch als passive Vorrichtung, beispielsweise als Beschleunigungssensoren und Stoßsensoren.
  • Wie in 10 dargestellt umfasst die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 ein geeintes Keramiksubstrat 16 mit einem Paar dünner Platten 12a, 12b, die voneinander beabstandet sind und einander gegenüberliegen, und einem Haltestück 14, das die dünnen Platten 12a, 12b hält, sowie einem Paar piezoelektrischer/elektrostriktiver Elemente 18a, 18b, die jeweils auf den dünnen Platten 12a, 12b befestigt sind.
  • Wenn das piezoelektrische/elektrostriktive Element 18a und/oder das piezoelektrische/elektrostriktive Element 18b unter Strom gesetzt werden, werden die dünnen Platten 12a, 12b verlagert. Alternativ dazu wird eine Verschiebung der dünnen Platten 12a, 12b durch das piezoelektrische/elektrostriktive Element 18a und/oder das piezoelektrische/elektrostriktive Element 18b detektiert.
  • Die dünnen Platten 12a, 12b und die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b bilden gemeinsam Aktuatoren 19a, 19b. Die dünnen Platten 12a, 12b dienen als Schwingungserzeuger, die in Schwingung versetzbar vom Haltestück gehalten werden.
  • Die dünnen Platten 12a, 12b weisen jeweils Spitzenendabschnitte auf, die auf der Innenseite schrittweise dicker werden und als bewegliche Abschnitte 20a, 20b dienen, die auch verlagert werden, wenn die dünnen Platten 12a, 12b verlagert werden. Die Spitzenendabschnitte der dünnen Platten 12a, 12b werden hierin im Folgenden als bewegliche Abschnitte 20a bzw. 20b bezeichnet.
  • Die beweglichen Abschnitte 20a, 20b, weisen Endflächen 34a, 34b auf, die einander gegenüberliegen. Ein Spalt (Luft) 36 kann zwischen den Endflächen 34a, 34b liegen, oder eine Vielzahl an Elementen aus einem Material, welches das gleiche oder ein anders Material sein kann wie das der beweglichen Abschnitte 20a, 20b, kann zwischen den Endflächen 34a, 34b angeordnet sein. Wenn die Vielzahl an Elementen so zwischen den Endflächen 34a, 34b angeordnet ist, dienen die Endflächen 34a, 34b als Befestigungsflächen 34a, 34b, an denen die Vielzahl an Elementen befestigt wird.
  • Das Keramiksubstrat 16 umfasst eine geschichtete Keramikanordnung aus grünen Keramikplatten, die zu einer geeinten geschichteten Keramik gebrannt werden, wie beispielsweise weiter unten beschrieben ist.
  • Die geeinte geschichtete Keramikanordnung ist im Wesentlichen frei von Alterung, da kein Klebstoff an den Verbindungsstellen zwischen den grünen Keramikplatten vorhanden ist. Deshalb ist die geeinte geschichtete Keramikanordnung an den Verbindungsstellen zwischen den grünen Keramikplatten äußerst verlässlich und weist eine zum Erreichen der gewünschten Steifigkeit vorteilhafte Struktur auf. Die geeinte geschichtete Keramikanordnung kann leicht durch ein weiter unten beschriebenes Schichtverfahren für grüne Keramikplatten hergestellt werden.
  • Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b werden vorzugsweise durch ein nachstehend beschriebenes Verfahren hergestellt. Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b werden als separate Elemente hergestellt, wie nachstehend beschrieben ist, und dann direkt durch ein Filmbildungsverfahren auf dem Keramiksubstrat 16 ausgebildet.
  • Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b weisen jeweils eine piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 und ein Paar Elektroden 24, 26 auf, die auf beiden Seiten der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22 angeordnet sind. Von den Elektroden 24, 26 ist die Elektrode 24 auf zumindest den dünnen Platten 12a, 12b ausgebildet.
  • Bei jedem der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b bestehen die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 und die Elektroden 24, 26 aus einer mehrschichtigen Struktur. Genauer gesagt sind die Elektroden 24, 26 kammzahnartig aufgebaut und auf ineinandergreifende Weise miteinander kombiniert. Die Elektroden 24, 26 und die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 sind in einer mehrschichtigen Struktur angeordnet, die mehrere Schichten oder Stufen umfasst, in denen jeweils die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 zwischen den Elektroden 24, 26 eingeschoben ist. Die Anzahl der Schichten oder Stufen ist nicht auf einen bestimmten Wert eingeschränkt, sollte aber vorzugsweise 10 oder weniger, noch bevorzugter 5 oder weniger, betragen. Jedes der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b kann jedoch auch eine einschichtige Struktur aufweisen.
  • Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform, wie sie in 11 dargestellt ist, weist die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 jedes der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b eine vierschichtige Struktur auf, die eine erste, zweite, dritte und vierte piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22A, 22B, 22C, 22D umfasst.
  • Ein erstes Leiterbild 50 erstreckt sich im Wesentlichen über jeweilige Seiten der dünnen Platten 12a, 12b, die beweglichen Abschnitte 20a, 20b und das Haltestück 14 des Keramiksubstrats 16. Das erste Leiterbild 50 ist durch einen Spalt 40 auf einer Seite des Haltestücks 14 in einen Abschnitt 24A (der die Elektrode 24 darstellt), und einen weiteren Abschnitt 26A (der die Elektrode 26 darstellt) unterteilt.
  • Der Spalt 40 ist mit einer Isolierschicht 42 gefüllt und dient als Isolator 44 im ersten Leiterbild 50.
  • Die Elektrode 24 weist eine kammzahnartige Gestalt auf und umfasst den Abschnitt 24A des ersten Leiterbilds 50, ein zweites Leiterbild 24B, das auf einer Oberfläche der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22A angebracht ist, und ein viertes Leiterbild 24C, das auf einer oberen Fläche der dritten piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22C angebracht ist.
  • Die Elektrode 26 weist eine kammzahnartige Gestalt auf und umfasst den Abschnitt 26A des ersten Leiterbilds 50, ein drittes Leiterbild 26B, das auf einer Oberfläche der zweiten piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22B angebracht ist, und ein fünftes Leiterbild 26C, das auf einer Oberfläche der vierten piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22D angebracht ist.
  • Der Abschnitt 24A des ersten Leiterbilds 50, das zweite Leiterbild 24B und das vierte Leiterbild 24C weisen Abschnitte auf, die zu einem geschichteten Bereich kombiniert werden, auf dem ein Anschluss 28 angebracht wird. Ein weiterer Anschluss 30 ist an einem Ende des fünften Leiterbilds 26C der Elektrode 26 befestigt, das als oberste Schicht auf der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22 angeordnet ist.
  • Der Isolator 44 verhindert wirksam, dass ein Aktuator in einem hinteren Endbereich 46 der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b, d.h. einem Abschnitt, der sich vom hinteren Ende des Spalts 40 aus zum hinteren Ende des Haltestücks 14 erstreckt, arbeitet, und ist außerdem in dem Sinne wirksam, dass es schwer ist, einen Kurzschluss am Ende des Anschlusses 28 zu verursachen.
  • Wie in 11 dargestellt weist das Leiterbild 50 eine dreischichtige Struktur auf.
  • Genauer gesagt umfasst das erste Leiterbild 50, wie das Leiterbild 110C der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, eine erste Schicht 140, eine zweite Schicht 142 und eine dritte Schicht 144 auf.
  • Die erste Schicht 140 ist direkt auf dem Keramiksubstrat 16 angeordnet und besteht aus dem Cermet aus dem Substratmaterial und dem Elektrodenmaterial. Die zweite Schicht 142 ist auf der ersten Schicht 140 angeordnet und besteht aus dem Elektrodenmaterial. Die dritte Schicht 144 ist auf der zweiten Schicht 142 angeordnet und besteht aus dem Cermet aus dem piezoelektrischen/elektrostriktiven Material und dem Elektrodenmaterial.
  • In Bezug auf die Elektrode 26 besteht das fünfte Leiterbild 26C als oberste Schicht aus einem Resinat des Elektrodenmaterials. Die dazwischenliegenden Strukturen der Elektroden 24, 26, d.h. das zweite bis vierte Leiterbild 24B, 26B, 24C, bestehen aus dem Cermet aus dem Elektrodenmaterial und dem piezoelektrischen/elektrostriktiven Material.
  • Da das zweite bis vierte Leiterbild 24B, 26B, 24C nicht als elektrisch leitfähige Schichten funktionieren müssen, sollten das Elektrodenmaterial und das piezoelektrische/elektrostriktive Material davon vorzugsweise in einem Verhältnis im Bereich von 4:6 bis 9:1 gemischt werden. Wenn der Anteil des Elektrodenmaterials kleiner als 4 ist, dann funktionieren eventuell das zweite bis vierte Leiterbild 24B, 26B, 24C nur schwer als elektrisch leitfähige Schichten. Wenn der Anteil des Elektrodenmaterials mehr als 9 beträgt, dann werden die Vorteile, die durch die dünne Ausbildung der Elektroden und die Haftfestigkeit des Leiterbilds in Bezug auf die piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht erreicht werden, verringert. Wenn die obigen Verhält nisbedingungen erfüllt werden, kann jede der dazwischenliegenden Strukturen als elektrisch leitfähige Struktur mit einer Dicke von 2 μm oder weniger ausgebildet und im Wesentlichen wie vorgesehen ohne unerwünschte begrenzte leiterfreie Bereiche ausgebildet werden.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 12 bis 19B ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10 beschrieben. Zuerst werden einige Definitionen in Bezug auf das Herstellungsverfahren angeführt. Eine geschichtete Anordnung aus grünen Keramikplatten ist als geschichtete grüne Keramikanordnung 58 definiert (siehe z.B. 13). Eine geeinte geschichtete Anordnung, die hergestellt wird, wenn die geschichtete grüne Keramikanordnung 58 gebrannt wird, ist als geschichtete Keramikanordnung 60 definiert (siehe z.B. 14). Ein geeinter Körper, der hergestellt wird, wenn unnötige Abschnitte aus der geschichteten Keramikanordnung 60 entfernt werden, und der die beweglichen Abschnitt 20a, 20b und die dünnen Platten 12a, 12b sowie das Haltestück 14 umfasst, ist als Keramiksubstrat 16 definiert (siehe 10).
  • Beim Herstellungsverfahren wird die geschichtete Keramikanordnung 60, die piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtungen 10 entsprechende Abschnitte in vertikaler und horizontaler Anordnung enthält, in Stücke geschnitten, die als piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtungen 10 dienen. In der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, dass nur eine piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 gefertigt wird.
  • Ein Bindemittel, ein Lösungsmittel, ein Dispergiermittel, ein Weichmacher usw. werden zu einem Keramikpulver aus Zirconiumoxid oder dergleichen zugesetzt und zu einer Aufschlämmung vermischt. Nachdem die Aufschlämmung entlüftet wurde, wird sie durch ein Umkehrwalzenbeschichtungsverfahren, ein Rakelverfahren oder dergleichen zu einer grünen Keramikplatte mit einer vorgegebenen Dicke verarbeitet.
  • Dann wird die grüne Keramikplatte durch ein Stanzverfahren unter Einsatz von Formen, ein Laserstrahl-Schneideverfahren oder dergleichen zu einer Vielzahl von grü nen Keramikplatten 70A bis 70D, 72A, 72B, 102A bis 102G, wie in 12 dargestellt, geformt. Diese grünen Keramikplatten werden zu einem Keramiksubstrat verarbeitet.
  • Die grünen Keramikplatten 70A bis 70D (beispielsweise vier grüne Keramikplatten) weisen ein darin definiertes Fenster 54 auf, um einen Zwischenraum zwischen den dünnen Platten 12a, 12b zu bilden. Die grünen Keramikplatten 102A bis 102G (beispielsweise sieben grüne Keramikplatten) weisen darin definierte zusammenhängende Fenster 54, 100 auf. Die Fenster 54 dienen als Fenster zur Ausbildung eines Zwischenraums zwischen den dünnen Platten 12a, 12b, und die Fenster 100 dienen als Fenster zur Ausbildung der beweglichen Abschnitte 20a, 20b mit den Endflächen 34a, 34b, die einander gegenüberliegen. Die grünen Keramikplatten 72A, 72B (beispielsweise zwei grüne Keramikplatten) werden die dünnen Platten 12a bzw. 12b darstellen. Die obige Anzahl der verschiedenen grünen Keramikplatten ist lediglich als Beispiel angeführt.
  • Danach werden die grünen Keramikplatten 70A bis 70D, 72A, 72B, 102A bis 102G wie in 13 dargestellt übereinander geschichtet und zu einer geschichteten grünen Keramikanordnung 58 gepresst, worin die grünen Keramikplatten 70A bis 70D, 102A bis 102G zwischen den grünen Keramikplatten 72A, 72B angeordnet sind. Die grünen Keramikplatten 102A bis 102G sind in der Mitte der geschichteten grünen Keramikanordnung 58 angeordnet.
  • Da die Fenster 100 Bereiche bilden, auf die kein Druck ausgeübt wird, wenn die grünen Keramikplatten gepresst werden, muss die Reihenfolge, in der die grünen Keramikplatten übereinander geschichtet und gepresst werden verändert werden, wenn keine solche Bereiche gebildet werden sollen. Anschließend wird die geschichtete grüne Keramikanordnung 58 zur geschichteten Keramikanordnung 60 gebrannt (siehe 14).
  • Dann werden, wie in 14 dargestellt, die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b, die jeweils eine mehrschichtige Struktur aufweisen, jeweils auf den gegenüberliegenden Oberflächen der geschichteten Keramikanordnung 60, da auf den Oberfläche, auf denen die grünen Keramikplatten 72A, 72B angeordnet sind, ausgebildet. Die Anordnung wird anschließend gebrannt, um die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b fest mit der geschichteten Keramikanordnung 60 zu verbinden. Die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 ist gegebenenfalls auf nur einer Oberfläche der geschichteten Keramikanordnung 60 angeordnet.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 15A bis 19B ein Verfahren zur Ausbildung des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements 18a auf einer Oberfläche der geschichteten Keramikanordnung 60 im Detail erläutert. Das Verfahren zur Ausbildung des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements 18b ist identisch mit dem Verfahren zur Ausbildung des piezoelektrischen/elektrostriktiven Elements 18a und wird nachstehend nicht beschrieben.
  • Wie in 15A dargestellt wird eine erste Cermetschicht 160 aus beispielsweise Pt/Zirconiumoxid durch z.B. ein Siebdruckverfahren auf einer Oberfläche der geschichteten Keramikanordnung 60 ausgebildet. Danach wird eine zweite Cermetschicht 162 aus beispielsweise Pt/Zirconium etwa durch ein Siebdruckverfahren in einem Bereich ausgebildet, indem die erste Cermetschicht 160 geteilt ist (was dem in 11 dargestellten Spalt 40 entspricht). Die Dicke der ersten Cermetschicht 160 und der zweiten Cermetschicht 162 sind so gewählt, dass die erste Cermetschicht 160 und die zweite Cermetschicht 162 nach dem Brennen eine Dicke von etwa 1 μm bzw. 5 μm aufweisen.
  • Dann wird die Anordnung wie in 15B dargestellt bei einer Temperatur im Bereich von 1.000 bis 1.400°C 0,5 bis 3 Stunden lang gebrannt, wodurch die erste Cermetschicht 160 in die erste Schicht 140 (die erste Schicht des ersten Leiterbilds 50) und die zweite Cermetschicht 162 in die Isolierschicht 42 umgewandelt wird.
  • Dann wird, wie in 15C dargestellt, eine Pt-Paste 164 durch z.B. ein Siebdruckverfahren auf der ersten Schicht 140 ausgebildet. Die Dicke der Pt-Paste 164 ist so gewählt, dass die Dicke der Pt-Paste nach dem Brennen der Paste im Bereich von 2 bis 5 μm liegt.
  • Anschließend wird, wie in 16A dargestellt, die Anordnung bei einer Temperatur im Bereich von 1.000 bis 1.400°C 0,5 bis 3 Stunden lang gebrannt, wodurch die Pt-Paste 164 in die zweite Schicht 142 (die zweite Schicht des ersten Leiterbilds 50) umgewandelt wird.
  • Danach wird, wie in 16B dargestellt, eine dritte Cermetschicht 166 aus beispielsweise Pt/PZT durch z.B. ein Siebdruckverfahren auf der zweiten Schicht 142 ausgebildet. Die Dicke der dritten Cermetschicht 166 ist so gewählt, dass die dritte Cermetschicht 166 nach dem Brennen der Schicht eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 3 μm aufweist.
  • Eine PZT-Paste 168 wird durch beispielsweise ein Siebdruckverfahren als erste Schicht auf der dritten Cermetschicht 166 und auf der freiliegenden Isolierschicht 42 aufgebracht. Die Dicke der PZT-Paste 168 ist so gewählt, dass die PZT-Paste 168 nach dem Brennen der Paste eine Dicke im Bereich von 5 bis 25 μm aufweist.
  • Anschließend wird eine vierte Cermetschicht 170 aus beispielsweise Pt/PZT, die das zweite Leiterbild 24B bilden soll, durch z.B. ein Siebdruckverfahren auf der PZT-Paste 168 und einem Abschnitt 166a (der dem Abschnitt 24A des ersten Leiterbilds 50 entspricht) der freiliegenden dritten Cermetschicht 166 ausgebildet. Die Dicke der vierten Cermetschicht 170 ist so gewählt, dass die vierte Cermetschicht 170 nach dem Brennen der Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 3 μm aufweist.
  • Dann wird, wie in 16C dargestellt, die Anordnung bei einer Temperatur im Bereich von 1.000 bis 1.400°C 0,5 bis 3 Stunden lang gebrannt, wodurch die dritte Cermetschicht 166 in die dritte Schicht 144 (die dritte Schicht des ersten Leiterbilds 50), die PZT-Paste 168 in die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22A als erste Schicht und die vierte Cermetschicht 170 in das zweite Leiterbild 24B umgewandelt wird.
  • Danach wird, wie in 17A dargestellt, beispielsweise eine PZT-Paste 172 durch z.B. ein Siebdruckverfahren als zweite Schicht auf dem zweiten Leiterbild 24B und der freiliegenden piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22A als erste Schicht ausgebildet. Die Dicke der Pt-Paste 172 ist so gewählt, dass die Pt-Paste 172 nach dem Brennen der Paste eine Dicke im Bereich von 5 bis 25 μm aufweist.
  • Anschließend wird eine fünfte Cermetschicht 174 aus beispielsweise Pt/PZT, die das dritte Leiterbild 26B bilden soll, durch z.B. ein Siebdruckverfahren auf der PZT-Paste 172 und dem anderen Abschnitt 26A des ersten Leiterbilds 50 ausgebildet. Die Dicke der fünften Cermetschicht 174 ist so gewählt, dass die fünfte Cermetschicht 174 nach dem Brennen der Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 3 μm aufweist.
  • Dann wird die Anordnung, wie in 17B dargestellt, bei einer Temperatur im Bereich von 1.000 bis 1.400°C 0,5 bis 3 Stunden lang gebrannt, wodurch die PZT-Paste 172 in die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22B als zweite Schicht und die fünfte Cermetschicht 174 in das dritte Leiterbild 26B umgewandelt wird.
  • Danach wird, wie in 17C dargestellt, eine PZT-Paste 176 z.B. durch ein Siebdruckverfahren als dritte Schicht auf dem dritten Leiterbild 26B und der freiliegenden piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22B als zweite Schicht ausgebildet. Die Dicke der PZT-Paste 176 ist so gewählt, dass die PZT-Paste 176 nach dem Brennen der Paste eine Dicke im Bereich von 5 bis 25 μm aufweist.
  • Anschließend wird eine sechste Cermetschicht 178 aus beispielsweise Pt/PZT, die das vierte Leiterbild 24C bilden soll, durch z.B. ein Siebdruckverfahren auf der PZT-Paste 176 und dem freiliegenden zweiten Leiterbild 24B ausgebildet. Die Dicke der sechsten Cermetschicht 178 ist so gewählt, dass die fünfte Cermetschicht 178 nach dem Brennen der Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 3 μm aufweist.
  • Dann wird die Anordnung, wie in 18A dargestellt, bei einer Temperatur im Bereich von 1.000 bis 1.400°C 0,5 bis 3 Stunden lang gebrannt, wodurch die PZT- Paste 176 in die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22C als dritte Schicht und die sechste Cermetschicht 178 in das vierte Leiterbild 24C umgewandelt wird.
  • Danach wird, wie in 18B dargestellt, eine PZT-Paste 180 z.B. durch ein Siebdruckverfahren als vierte Schicht auf dem vierten Leiterbild 24C und der freiliegenden piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22C als dritte Schicht ausgebildet. Die Dicke der PZT-Paste 180 ist so gewählt, dass die PZT-Paste 180 nach dem Brennen der Paste eine Dicke im Bereich von 5 bis 25 μm aufweist.
  • Dann wird die Anordnung, wie in 19A dargestellt, bei einer Temperatur im Bereich von 1.000 bis 1.400°C 0,5 bis 3 Stunden lang gebrannt, wodurch die PZT-Paste 180 in die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22D als vierte Schicht umgewandelt wird.
  • Danach wird, wie in 19B dargestellt, beispielsweise ein Pt-Resinat 182, welches das fünfte Leiterbild 26C bilden soll, z.B. durch ein Siebdruckverfahren auf der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22D als vierte Schicht, dem freiliegenden dritten Leiterbild 26B und dem anderen Abschnitt 26A des ersten Leiterbilds 50 ausgebildet. Die Dicke des Pt-Resinats 182 ist so gewählt, dass das Pt-Resinat 182 nach dem Brennen des Resinats eine Dicke im Bereich von 0,3 bis 3 μm aufweist.
  • Dann werden eine Au-Paste 184 und eine Au-Paste 186, welche den Anschluss 28 bzw. den Anschluss 30 bilden sollen, z.B. durch ein Siebdruckverfahren auf dem Abschnitt 24A des freiliegenden Leiterbilds 50 und dem Ende des Pt-Resinats 182 aufgebracht.
  • Anschließend wird die Anordnung bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 1.000°C 0,5 bis 3 Stunden lang gebrannt, wodurch das Pt-Resinat 182 in das fünfte Leiterbild 26C und die Au-Paste 184 und die Au-Paste 186 in den Anschluss 28 bzw. den Anschluss 30 umgewandelt werden. Auf diese Weise wird, wie in 11 dargestellt, das mehrschichtige piezoelektrische/elektrostriktive Element 18a auf einer Oberfläche der geschichteten Keramikanordnung 60 ausgebildet. Das mehrschichtige piezoelektrische/elektrostriktive Element 18b wird ebenfalls durch dass gleiche Herstellungsverfahren auf der anderen Seite der geschichteten Keramikanordnung 60 ausgebildet.
  • Dann wird, die geschichtete Keramikanordnung 60, wie in 14 dargestellt, mit den darauf angeordneten piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 18a, 18b entlang der Schnittlinien C1, C2, C5 geschnitten, wodurch die Seiten und ein Spitzenende der geschichteten Keramikanordnung entfernt werden. So wird die in 10 dargestellte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 hergestellt. Die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 weist die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b auf dem Keramiksubstrat 16 und den beweglichen Abschnitten 20a, 20b mit den einander gegenüberliegenden Endflächen 34a, 34b auf.
  • Die geschichtete Keramikanordnung 60 kann zuerst entlang der Schnittlinien C1, C2 und dann entlang der Schnittlinie C5 oder zuerst entlang der Schnittlinie C5 und dann entlang der Schnittlinien C1, C2 durchtrennt werden. Alternativ dazu kann die geschichtete Keramikanordnung 50 gleichzeitig entlang der Schnittlinien C1, C2, C5 durchtrennt werden. Die Endflächen des Haltestücks 14 können ebenfalls abgeschnitten werden.
  • Danach wird die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 ultraschallgereinigt, um Bruchstücke zu entfernen, die eventuell während des Schneideverfahrens entstanden sind. Da die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 die gleiche Struktur aufweist wie das Leiterbild 110C der zweiten Ausführungsform, ist das erste Leiterbild 50 fest mit dem Keramiksubstrat 16 und der ersten piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22A verbunden. Weiters weist die erste piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22A keine Abschnitte auf, die über dem Spalt 40 im ersten Leiterbild 50 frei stehen, da der Spalt 40 mit der Isolierschicht 42 gefüllt ist. Deshalb wird verlässlich verhindert, dass sich die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22A ablöst, wenn die Anordnung bearbeitet oder gereinigt wird.
  • Folglich ist es, wenn die geschichtete Keramikanordnung 60 geschnitten wird, nicht notwendig, die an die Anordnung angelegte Belastung während des Schneidevorgangs zu minimieren. Der Schneidevorgang dauert kürzer, was zu einem höheren Durchsatz führt.
  • Auch wenn die geschichtete Keramikanordnung 60 gereinigt wird, ist es nicht erforderlich, die an die Anordnung angelegte Belastung während des Reinigungsvorgangs zu minimieren. Der Reinigungsvorgang weist eine effizient verkürzte Dauer auf und braucht weniger Arbeitsstunden.
  • Nachstehend werden verschiedene Komponenten der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung beschrieben.
  • Wie oben beschrieben arbeiten die beweglichen Abschnitte 20a, 20b auf der Basis von Antriebskräften von den dünnen Platten 12a, 12b, und je nach Zweck der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10 können verschiedene Elemente an den beweglichen Abschnitten 20a, 20b befestigt sein.
  • Wenn die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 beispielsweise als Verschiebungsvorrichtung verwendet wird, ist eine Abschirmplatte eines optischen Verschlusses oder dergleichen an den beweglichen Abschnitten 20a, 20b befestigt. Wenn die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 als Mechanismus zur Positionierung eines Magnetkopfes eines Festplattenlaufwerks oder als Mechanismus zur Unterdrückung des Schwingens eines solchen Magnetkopfes eingesetzt wird, dann ist der Magnetkopf, ein Schieber mit dem Magnetkopf oder eine Aufhängung mit einem Schieber oder dergleichen zur Positionierung an den beweglichen Abschnitten 20a, 20b befestigt.
  • Das Haltestück 14 hält die dünnen Platten 12a, 12b und die beweglichen Abschnitte 20a, 20b. Wenn die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 beispielsweise zur Positionierung eines Magnetkopfes eines Festplattenlaufwerks verwendet wird, dann ist das Haltestück 14 an einem Trägerarm, der mit einem Schwingspulenmotor (VCM) oder einer fixierten Platte verbunden ist, oder einer Aufhängung, die mit dem Trägerarm verbunden ist, angebracht und fixiert. So ist die gesamte piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 gesichert. Wie in 10 dargestellt können die Anschlüsse 28, 30 zur Erregung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b mit Strom am Haltestück 14 angebracht sein.
  • Die beweglichen Abschnitte 20a, 20b und das Haltestück 14 sind nicht auf irgendwelche Materialien eingeschränkt, solang die Materialien steif sind. Vorzugsweise bestehen die beweglichen Abschnitte 20a, 20b und das Haltestück 14 aus Keramik, für welche das oben beschriebene Schichtverfahren für grüne Keramikplatten einsetzbar ist.
  • Genauer gesagt werden vorzugsweise Keramiken, die Zirconiumoxid (einschließlich stabilisiertem Zirconiumoxid), Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid oder Titanoxid als Hauptkomponente enthalten, oder Gemische aus den obigen Bestandteilen eingesetzt. Bezugsbeispiel sind Keramiken, deren Hauptkomponente Zirconiumoxid, insbesondere stabilisiertes Zirconiumoxid oder teilweise stabilisiertes Zirconiumoxid, ist. Diese Keramiken erhöhen die mechanische Festigkeit und Härte.
  • Die dünnen Platten 12a, 12b werden betätigt, wenn die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b verschoben werden. Die dünnen Platten 12a, 12b sind flexible dünnen Platten, und ihre Funktion besteht darin, eine Zug- oder Druckverschiebung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b, die auf ihren Oberflächen angeordnet sind, als Biegeverschiebung zu verstärken und die Biegeverschiebung auf die beweglichen Abschnitten 20a, 20b zu übertragen. Folglich können die dünnen Platten 12a, 12b aus einem flexiblen Material mit einer mechanischen Festigkeit sein, die groß genug ist, dass sie durch eine dadurch erzeugte Biegeverschiebung nicht brechen. Die Materialien der dünnen Platten 12a, 12b können im Hinblick auf die Reaktion und Funktionsfähigkeit der beweglichen Abschnitte 20a, 20b ausgewählt werden.
  • Die dünnen Platten 12a, 12b sollten vorzugsweise aus ähnlichen Keramiken bestehen wie die beweglichen Abschnitte 20a, 20b und das Haltestück 14. Besonders bevorzugt sind Materialien mit Zirconiumoxid, insbesondere stabilisiertem Zirconiumoxid oder teilweise stabilisiertem Zirconiumoxid, als Hauptkomponenten, da sie große mechanische Festigkeit und Härte aufweisen, auch wenn sie in Form von dünnen Platten vorliegen, und auch weil ihre Reaktivität mit den piezoelektrischen/elektrostriktiven Elektrodenmaterialien niedrig ist.
  • Das stabilisierte Zirconiumoxid und teilweise stabilisierte Zirconiumoxid sollten vorzugsweise durch Verbindungen, wie z.B. Yttriumoxid, Ytterbiumoxid, Ceroxid, Calciumoxid und Magnesiumoxid, stabilisiert oder teilweise stabilisiert sein. Zirconiumoxid kann durch den Zusatz einer dieser Verbindungen zu Zirconiumoxid oder durch den Zusatz einer Kombination aus diesen Verbindungen zu Zirconiumoxid stabilisiert werden.
  • Die obigen Verbindungen können in einer Menge von 1 bis 30 Mol-%, vorzugsweise 1,5 bis 10 Mol-%, in Bezug auf Yttriumoxid oder Ytterbiumoxid; 6 bis 50 Mol-%, vorzugsweise 8 bis 20 Mol-%, in Bezug auf Ceroxid; oder 5 bis 40 Mol-%, vorzugsweise 5 bis 20 Mol-%, in Bezug auf Calciumoxid oder Magnesiumoxid zugesetzt werden. Insbesondere bevorzugt ist die Verwendung von Yttriumoxid als Stabilisator. Wenn Yttriumoxid als Stabilisator verwendet wird, dann werden vorzugsweise 1,5 bis 10 Mol-%, noch bevorzugter 2 bis 4 Mol-%, Yttriumoxid zugesetzt.
  • Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder ein Übergangsmetalloxid können als Additiv, beispielsweise als Sintermittel, in einer Menge von 0,05 bis 20 Gew.-% zugesetzt werden. Wenn die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b gemäß einem Ansinter-Filmbildungsverfahren ausgebildet werden, dann werden vorzugsweise Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder ein Übergangsmetalloxid zugesetzt.
  • Um eine gewünschte mechanische Festigkeit und stabile kristalline Phase zu erhalten, sollte die mittlere Korngröße von Zirconiumoxid vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 3 μm, noch bevorzugter 0,05 bis 1 μm, liegen. Während die dünnen Platten 12a, 12b auch aus ähnlichen Keramiken bestehen können wie die beweglichen Teile 20a, 20b und das Haltestück 14, sollten die dünnen Platten 12a, 12b vorzugsweise aus einem Material bestehen, das im Wesentlichen identisch mit dem der beweglichen Teile 20a, 20b und des Haltestücks 14 ist, um so die Zuverlässigkeit der Verbindungsstellen und die mechanische Festigkeit der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10 zu erreichen und das Herstellungsverfahren zu vereinfachen.
  • Die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b weisen zumindest die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 und das Paar Elektroden 24, 26 zum Anlegen eines elektrischen Feldes an die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 auf und können in Form von unimorphen oder bimorphen piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen vorliegen. Vor allem mit den dünnen Platten 12a, 12b kombinierte unimorphe piezoelektrische/elektrostriktive Elemente sind besser, um hervorragende Stabilität der erzeugten Verschiebungen und eine Verringerung des Gewichts der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10 zu erreichen.
  • Wie in 10 dargestellt können die dünnen Platten 12a, 12b stark verschoben werden, wenn die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b an den Seiten der dünnen Platten 12a, 12b angeordnet sind.
  • Die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 besteht vorzugsweise aus Piezokeramiken. Die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 kann aber auch aus elektrostriktiven Keramiken, ferroelektrischen Keramiken oder antiferroelektrischen Keramiken bestehen. Wenn die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 zur Positionierung eines Magnetkopfes eines Festplattenlaufwerks eingesetzt wird, dann besteht die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 vorzugsweise aus einem Material mit einer kurzen Dehnungsvorgeschichte, vorzugsweise aus einem Material mit einem elektrischen Koerzitivfeld von 10 kV/mm oder weniger, da die Linearität der Beziehung zwischen der Verschiebung der beweglichen Abschnitte 20a, 20b und der Ansteuerspannung oder Ausgangsspannung wichtig ist.
  • Spezifische Materialien, die für die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 eingesetzt werden, sind Keramiken, die Bleizirconat, Bleititanat, Bleimagnesiumniobat, Bleinickelniobat, Bleizinkniobat, Bleimanganniobat, Bleiantimonstannat, Bleimanganwolframat, Bleicobaltniobat, Bariumtitanat, Natriumbismuttitanat, Kaliumnatriumniobat und Strontiumbismuttantalat alleine oder in Kombination enthalten.
  • Genauer gesagt sind Materialien, die als Hauptkomponenten Bleizirconat, Bleititanat, Bleimagnesiumniobat oder Natriumbismuttitanat enthalten, bevorzugt, weil sie eine hohe elektromechanische Kopplungskonstante und eine hohe piezoelektrische Konstante aufweisen, niedrige Reaktivität mit den dünnen Platten (Keramiken) 12a, 12b, wenn die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 gebrannt wird, besitzen und eine stabile Zusammensetzung bereitstellen.
  • Zu diesen Materialien können, alleine oder in Kombination, Lanthan, Calcium, Strontium, Molybdän, Wolfram, Barium, Niob, Zink, Nickel, Mangan, Cer, Cadmium, Chrom, Cobalt, Antimon, Eisen, Yttrium, Tantal, Lithium, Eismut, Stannum usw. hinzugefügt werden.
  • Wenn beispielsweise Lanthan oder Strontium zu Bleizirconat, Bleititanat und Bleimagnesiumniobat, welche Hauptkomponenten darstellen, zugesetzt wird, ist es möglich das elektrische Koerzitivfeld und die piezoelektrischen Eigenschaften einzustellen.
  • Materialien, die leicht verglast werden können, wie z.B. Siliciumdioxid usw., sollten nicht zugesetzt werden, weil diese Materialien dazu neigen, mit dem piezoelektrischen/elektrostriktiven Material zu reagieren, seine Zusammensetzung zu ändern und seine piezoelektrischen Eigenschaften zu beeinträchtigen, wenn die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 erhitzt wird.
  • Die Elektroden 24, 26 der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a; 18b bestehen vorzugsweise aus einem Metall, das bei Raumtemperatur fest ist und hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Die Elektroden 24, 26 können beispielsweise aus ei nein Metall wie Aluminium, Titan, Chrom, Eisen, Cobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Niob, Molybdän, Ruthenium, Palladium, Rhodium, Silber, Stannum (Zinn), Tantal, Wolfram, Iridium, Platin, Gold, Blei oder dergleichen oder aus einer Legierung aus einigen dieser Metalle bestehen. Alternativ dazu können die Elektroden 24, 26 aus einem Cermet, das eines der oben genannten Metalle oder eine Legierung aus einigen dieser Metalle enthält, und dem gleichen Material wie die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 oder die dünnen Platten 12a, 12b, das in dem Metall oder in der Legierung dispergiert ist, bestehen.
  • Das Material der Elektroden 24, 26 wird je nach Verfahren zur Ausbildung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22 gewählt. Wenn die Elektrode 24 beispielsweise auf den dünnen Platten 12a, 12b ausgebildet wird und danach die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 durch Brennen auf der Elektrode 24 ausgebildet wird, dann besteht die Elektrode 24 vorzugsweise aus einem Metallmaterial mit einem hohen Schmelzpunkt, wie z.B. Platin, Palladium, einer Platin-Palladium-Legierung, einer Silber-Palladium-Legierung oder dergleichen, das sich durch die Temperatur, bei der die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 gebrannt wird, nicht verändert.
  • Nachdem die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 ausgebildet wurde, kann die Elektrode 26 bei einer niedrigen Temperatur als äußerste Schicht auf der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22 ausgebildet werden. Folglich kann die Elektrode 26 aus einem Material mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wie z.B. Aluminium, Gold, Silber oder dergleichen bestehen.
  • Die Dicke der Elektroden 24, 26 steht in Bezug zum Ausmaß der Verschiebungen in den piezoelektrischen/elektrostriktiven Elementen 18a, 18b. Folglich kann eine Elektrode, die nach den Brennen der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht 22 ausgebildet wird, vorzugsweise aus einer organometallischen Paste bestehen, die nach dem Brennen in einen dichten und dünnen Film umgewandelt werden kann, wie z.B. aus einer Goldresinatpaste, einer Silberresinatpaste oder dergleichen.
  • Die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung 10 der erfindungsgemäßen Ausführungsform kann als verschiedene Sensoren verwendet werden, einschließlich eines Ultraschallsensors, Beschleunigungssensors, Winkelgeschwindigkeitssensors, Stoßsensors, Massensensors usw. Die Empfindlichkeit des Sensors kann leicht eingestellt werden, indem die Größe eines Objekts verändert wird, das zwischen den Endflächen 34a, 34b oder den dünnen Platten 12a, 12b befestigt ist.
  • Beim Verfahren zur Herstellung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Vorrichtung 10 können die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b neben dem oben beschriebenen Siebdruckverfahren auch durch ein Dickfilmbildungsverfahren (Eintauchen, Überziehen oder Elektrophorese) oder ein Dünnfilmbildungsverfahren (Ionenstrahl, Sputtern, Vakuumverdampfen, Ionenplattieren, Gasphasenabscheidung (CVD), Plattieren usw.) auf der Oberfläche der geschichteten Keramikanordnung ausgebildet werden.
  • Durch die Ausbildung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b gemäß einem Dickfilmausbildungsverfahren oder einem Dünnfilmausbildungsverfahren können die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b und die dünnen Platten 12a, 12b ohne Klebstoff miteinander verbunden werden. Es ist möglich, die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit zu erhöhen und die Integration zu vereinfachen.
  • Vorzugsweise werden die piezoelektrischen/elektrostriktiven Elemente 18a, 18b gemäß einem Dickfilmbildungsverfahren ausgebildet. Wenn die piezoelektrische/elektrostriktive Schicht 22 gemäß dem Dickfilmbildungsverfahren ausgebildet wird, dann kann sie unter Einsatz einer Paste, einer Aufschlämmung oder einer Suspension oder Emulsion, die hauptsächlich aus piezoelektrischen Keramikteilchen oder -pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 0,01 bis 5 μm, vorzugsweise 0,05 bis 3 μm, besteht, als Film ausgebildet werden, und durch Brennen des so ausgebildeten Films können gute piezoelektrische/elektrostriktive Eigenschaften erreicht werden.
  • Das Elektrophoreseverfahren ist dahingehend von Vorteil, dass mit sehr hoher Dichte Filme mit hoher Formgenauigkeit hergestellt werden können. Das Siebdruckverfahren ist effektiv, um das Herstellungsverfahren zu vereinfachen, da es die gleichzeitige Ausbildung von Filmen und Strukturen erlaubt.
  • Die geschichtete Keramikanordnung kann durch einen mechanischen Vorgang, wie z.B. Schneiden, Drahtsägen oder dergleichen, oder durch einen Laserstrahl-Bearbeitungsvorgang unter Einsatz eines YAG-Lasers, Excimer-Lasers oder dergleichen oder durch einen Elektronenstrahl-Bearbeitungsvorgang getrennt werden.
  • Die erfindungsgemäße piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung kann als aktive Vorrichtung eingesetzt werden, einschließlich für unterschiedliche Wandler, unterschiedliche Aktuatoren und Vibratoren, Resonatoren, Oszillatoren und Diskriminatoren für Übertragungs- oder Spannungsversorgungsanwendungen, und auch als Sensor, einschließlich eines Ultraschallsensors, Beschleunigungssensors, Winkelgeschwindigkeitssensors, Stoßsensors, Massensensors usw. Insbesondere kann die piezoelektrische/elektrostriktive Vorrichtung für unterschiedliche Aktuatoren zur Verschiebung, Positionierung und Winkeleinstellung verschiedener Präzisionskomponenten von optischen und Präzisionsvorrichtungen eingesetzt werden.

Claims (7)

  1. Leiterplatte, umfassend: ein Keramiksubstrat (112, 16); und ein Leiterbild (114, 50), das als eine Elektrodenschicht auf dem Keramiksubstrat (12, 16) angeordnet ist; wobei das Leiterbild (114, 50) Spalte (120, 40) aufweist, die mit einer Isolierschicht (122, 42) aus Cermet gefüllt sind; gekennzeichnet durch eine auf dem Leiterbild (114, 50) angeordnete piezoelektrische/elektrostriktive Schicht (116, 22).
  2. Leiterplatte nach Anspruch 1, worin die Isolierschicht (122, 42) eine Cermetschicht umfasst, die ein Material der Elektrodenschicht enthält.
  3. Leiterplatte nach Anspruch 1, worin die Isolierschicht (122, 42) eine Cermetschicht umfasst, die ein Material der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht (116, 22) enthält.
  4. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Leiterbild (114, 50) und die Isolierschicht (122, 42) jeweilige Seiten aufweist, die als luftkontaktierende Flächen nach außen hin freigelegt sind.
  5. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Keramiksubstrat (16) ein Haltestück (14) und einen in Schwingung versetzbaren Abschnitt (12a, 12b) umfasst, der an das Haltestück (14) angrenzt und dünner als das Haltestück (14) ist, wobei sich das Leiterbild (50) von dem in Schwingung versetzbaren Abschnitt (12a, 12b) zum Haltestück (14) hin erstreckt und die Isolierschicht (42) auf dem Haltestück (14) angeordnet ist.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit einem Keramiksubstrat (112, 16) und eines Leiterbilds (114, 50), das als eine Elektrodenschicht auf dem Keramiksubstrat (112, 16) ausgebildet ist, folgende Schritte umfassend: Formen eines Rohmaterials, das ein Keramikmaterial enthält, und Brennen des geformten Rohmaterials zum Keramiksubstrat (112, 16); und Ausbilden eines ersten Cermets, das ein elektrisch leitfähiges Material enthält, welches das Leiterbild (114, 50) ausbildet, und eines zweiten Cermets, welches die Isolierschicht (122, 42) ausbildet und ein Material einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht (116, 22) enthält, die anschließend ausgebildet werden soll, auf dem Substrat (112, 16) mit einem Druckverfahren, wobei das zweite Cermet Spalte im Leiterbild (114, 50) ausfüllt, und anschließendes Brennen des ersten Cermets und des zweiten Cermets, um das Leiterbild (114, 50) und die Isolierschicht (122, 42) auf dem Keramiksubstrat (112, 16) herzustellen; und Ausbilden einer Paste aus einem piezoelektrischen/elektrostriktiven Material auf dem Leiterbild mit einem Druckverfahren und Brennen der Paste zur Ausbildung der piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht auf dem Leiterbild.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das elektrisch leitfähige Material ein Material der Elektrodenschicht ist.
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