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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024022559
(43)【公開日】2024-02-16
(54)【発明の名称】アクチュエーターユニット
(51)【国際特許分類】
B81B 3/00 20060101AFI20240208BHJP
B41J 2/14 20060101ALI20240208BHJP
【ＦＩ】
B81B3/00
B41J2/14 305
B41J2/14 611
B41J2/14 613
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023126647
(22)【出願日】2023-08-02
(31)【優先権主張番号】2211328.6
(32)【優先日】2022-08-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(71)【出願人】
【識別番号】516154934
【氏名又は名称】ザール テクノロジー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＸＡＡＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＩＭＩＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】100116850
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 隆行
(74)【代理人】
【識別番号】100165847
【弁理士】
【氏名又は名称】関 大祐
(72)【発明者】
【氏名】マルディロビッチ ピーター
(72)【発明者】
【氏名】ガードナー キャサリン
(72)【発明者】
【氏名】ヴェラ レオン アンドリュー
【テーマコード（参考）】
2C057
3C081
【Ｆターム（参考）】
2C057AF65
2C057AG41
2C057AG44
2C057AG91
2C057AP31
2C057AP51
2C057AP52
2C057AP53
2C057BA04
2C057BA14
3C081AA01
3C081BA22
3C081BA23
3C081BA32
3C081BA45
3C081BA48
3C081BA54
3C081CA13
3C081CA23
3C081CA26
3C081CA29
3C081CA31
3C081DA03
3C081DA08
3C081DA27
3C081DA30
3C081EA35
3C081EA41
(57)【要約】 （修正有）
【課題】応力および熱の分布の不均一を軽減し電気素子の信頼性を高めるアクチュエーターユニットを提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳデバイス用アクチュエーターユニットは、第一の表面を有する基材１１０と、基材の第一の表面１１０Ａに少なくとも部分的に設けられる膜１４０と、基材内に形成される流体チャンバーを備える流路であって、膜が流体チャンバーの壁のうちの一つを提供する、流路と、膜上に、および少なくとも部分的に流体チャンバーの上に設けられる電気素子１２０であって、電気素子が、膜上に配置され第一の電気配線に接続するための第一の電極１２１と、第一の電極上に配置されたセラミック部材１２３と、セラミック部材上に配置され第二の電気配線に接続するための第二の電極１２２と、を備え電気素子内の応力および熱の分布の不均一を軽減し、弱い部分の発生を最小限に抑え、電気素子の信頼性を高める周辺構造を備える。
【選択図】図４
【解決手段】ＭＥＭＳデバイス用アクチュエーターユニットは、第一の表面を有する基材１１０と、基材の第一の表面１１０Ａに少なくとも部分的に設けられる膜１４０と、基材内に形成される流体チャンバーを備える流路であって、膜が流体チャンバーの壁のうちの一つを提供する、流路と、膜上に、および少なくとも部分的に流体チャンバーの上に設けられる電気素子１２０であって、電気素子が、膜上に配置され第一の電気配線に接続するための第一の電極１２１と、第一の電極上に配置されたセラミック部材１２３と、セラミック部材上に配置され第二の電気配線に接続するための第二の電極１２２と、を備え電気素子内の応力および熱の分布の不均一を軽減し、弱い部分の発生を最小限に抑え、電気素子の信頼性を高める周辺構造を備える。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＭＥＭＳデバイス用アクチュエーターユニットであって、前記アクチュエーターユニットは、
－ 第一の表面を有する基材と、
－ 前記基材の前記第一の表面に少なくとも部分的に設けられる膜と、
－ 前記基材内に形成される流体チャンバーを備える流路であって、前記膜が前記流体チャンバーの前記壁のうちの一つを提供する、流路と、
－ 前記膜上に、および少なくとも部分的に前記流体チャンバーの上に設けられる電気素子であって、前記電気素子が、
ｉ） 前記膜上に配置され、第一の電気配線に接続するための第一の電極と、
ｉｉ） 前記第一の電極上に配置されたセラミック部材と、
ｉｉｉ） 前記セラミック部材上に配置され、第二の電気配線に接続するための第二の電極と、を備え、
前記電気素子が、所定の電界が印加されると変形し、前記電気素子が、第一の方向に細長く、かつ前記第一の方向に離間して対向する二つの端部を有し、各端部は、一部が前記基材上に、一部は前記流体チャンバーの上に配置される、電気素子と、
－ 前記電気素子のそれぞれの対向する端部に配置される周辺構造であって、
両方の周辺構造は実質的に同じ弾性特性を有し、かつ流体チャンバーに対して配置され、所定の電界の印加時に前記電気素子の両端が実質的に同じ応力を受ける、周辺構造と、を備える、アクチュエーターユニット。
－ 第一の表面を有する基材と、
－ 前記基材の前記第一の表面に少なくとも部分的に設けられる膜と、
－ 前記基材内に形成される流体チャンバーを備える流路であって、前記膜が前記流体チャンバーの前記壁のうちの一つを提供する、流路と、
－ 前記膜上に、および少なくとも部分的に前記流体チャンバーの上に設けられる電気素子であって、前記電気素子が、
ｉ） 前記膜上に配置され、第一の電気配線に接続するための第一の電極と、
ｉｉ） 前記第一の電極上に配置されたセラミック部材と、
ｉｉｉ） 前記セラミック部材上に配置され、第二の電気配線に接続するための第二の電極と、を備え、
前記電気素子が、所定の電界が印加されると変形し、前記電気素子が、第一の方向に細長く、かつ前記第一の方向に離間して対向する二つの端部を有し、各端部は、一部が前記基材上に、一部は前記流体チャンバーの上に配置される、電気素子と、
－ 前記電気素子のそれぞれの対向する端部に配置される周辺構造であって、
両方の周辺構造は実質的に同じ弾性特性を有し、かつ流体チャンバーに対して配置され、所定の電界の印加時に前記電気素子の両端が実質的に同じ応力を受ける、周辺構造と、を備える、アクチュエーターユニット。
【請求項2】
前記周辺構造が、前記電気素子に対して、対称的で重なる関係で配置される、請求項１に記載のアクチュエーターユニット。
【請求項3】
各周辺構造が、前記第一の方向に延在する前記電気素子の中心線に対して対称である、請求項１または請求項２に記載のアクチュエーターユニット。
【請求項4】
前記周辺構造が、前記第一の方向に対して垂直に前記電気素子を横切って延在する前記電気素子の中心線に対して対称である、請求項１～３のいずれか一項に記載のアクチュエーターユニット。
【請求項5】
前記周辺構造のうちの少なくとも一つが、前記第二の電極と前記第二の電気配線との間の電気接続を形成する導電性材料を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のアクチュエーターユニット。
【請求項6】
前記アクチュエーターユニットが、前記電気素子と前記周辺構造との間に介在するパッシベーション層をさらに備える、請求項１～５のいずれか一項に記載のアクチュエーターユニット。
【請求項7】
両方の周辺構造が、前記第二の電極と前記第二の電気配線との間で電気接続を形成する導電性材料を備える、請求項１～６のいずれか一項に記載のアクチュエーターユニット。
【請求項8】
前記配線が、前記電気素子に重なり、前記電気接続の間に延在する接続部を備える、請求項７に記載のアクチュエーターユニット。
【請求項9】
前記周辺構造が、前記セラミック部材の前記熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のアクチュエーターユニット。
【請求項10】
前記周辺構造が、複数の層から形成される、請求項１～９のいずれか一項に記載のアクチュエーターユニット。
【請求項11】
追加の層は、前記電気素子に対向する前記周辺構造の面の反対側の前記周辺構造の面上の前記周辺構造上に設けられる、請求項１～１０のいずれか一項に記載のアクチュエーターユニット。
【請求項12】
前記追加の層は、パターン形成可能なポリマー材料を含む、請求項１１に記載のアクチュエーターユニット。
【請求項13】
請求項１～１２のいずれか一項に記載のアクチュエーターユニットを備える、液滴吐出ヘッド。
【請求項14】
請求項１３に記載の液滴吐出ヘッドを備える、液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の分野に関し、具体的には、ＭＥＭＳデバイス用の電気部品のアクチュエーターユニット、例えば、限定されないが、電気機械アクチュエーターに関する。液滴吐出ヘッドのアクチュエーター素子として特に有益な用途を見出すことができる。アクチュエーターユニットは、応力および熱の管理によって信頼性を向上させるのに特に有益である。
【背景技術】
【0002】
本開示は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス用の電気部品用の電気素子を備えるアクチュエーターユニット、具体的には、電気機械アクチュエーターに関するが、これに限定されない。液滴吐出ヘッドのアクチュエーター素子として特に有益な用途を見出すことができる。
【0003】
液滴吐出ヘッドは、より従来型の用途、例えばインクジェット印刷、または３Ｄ印刷、または他の材料堆積、またはラピッドプロトタイピング技術であるかにどうかにかかわらず、現在も広く使用されている。したがって、液滴吐出ヘッドで使用される流体は、多くの場合、新しい基材に付着し、成膜される材料の機能性を高めるための新規な化学的特性を必要とする。
【0004】
様々な流体が、液滴吐出ヘッドによって堆積されることができる。例えば、液滴吐出ヘッドは、受容媒体、例えば紙あるいはカード、セラミックタイルまたは成形物品（例えば、缶、ボトル等）に向かって移動する液体の小滴を吐出し、画像を形成することができる。
【0005】
液体の小滴を使用して、構造体を構築でき、例えば、電気的に活性な流体を受容媒体、例えば回路基板の上に堆積させて、電気デバイスの試作を可能にし、または生物学的材料もしくは化学物質を含む溶液の液滴を受容媒体、例えばアッセイチューブのマイクロアレイ上に堆積させることができる。
【0006】
液滴堆積ヘッドは、受容媒体を使用しない用途に使用されることができる。例えば、温室ミストシステムの湿度を制御するために、液滴吐出ヘッドによって微細な蒸気およびミストを生成することができる。
【0007】
新たなおよび／またはますます困難な吐出および堆積用途に好適になるように、液滴吐出ヘッドは進化および特殊化し続けている。しかしながら、数々の開発が行われてきたが、液滴吐出ヘッドの分野における改善の余地が依然として存在する。具体的には、液滴吐出ヘッドの仕様がますます難しくなり、多くの場合、その構造および製造技術の改善が必要になる。
【0008】
ＭＥＭＳデバイスの電気素子は、一般的に、例えば、薄膜技術分野で公知の一つまたは複数の技術によって、第一の基材上に配置された一連の層の成膜によって製造される。柔軟な膜を得るために、通常、一つまたは複数の中間層が基材と電気素子との間に形成される。
【0009】
典型的な電気素子は、第一および第二の電極を形成する二つの導電層の間にセラミック部材が介在する構造を有することができる。セラミック部材は、例えば、強誘電体挙動を示すセラミック材料、例えば、圧電材料またはリラクサ／強誘電体クロスオーバー材料の薄膜であってもよい。通常使用されるセラミック材料としては、ペロブスカイト構造を有する鉛系セラミック、特にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ドープＰＺＴおよびＰＺＴ系固溶体が挙げられる。それらは、当該技術分野で公知のいくつかの成膜技術によって、例えば、スパッタリング、化学気相成長（ＣＶＤ）、化学溶液成長（ＣＳＤ）によって成膜されてもよい。
【0010】
近年、同様の成膜技術を使用した鉛フリー代替材料、例えば（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３系材料、（Ｂａ，Ｃａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３系材料、および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｋ）ＴｉＯ３系材料の開発に多大な努力が払われている。
【0011】
このような材料から形成される電気素子は、電気素子のいくつかの配列を収容する前記第一の基材、通常はウェーハ上に層ごとに成膜され、第一および第二の電極は、圧電またはリラクサ／強誘電体クロスオーバー材料の薄膜を支持する下部電極、およびセラミック部材を覆う上部電極を形成すると説明されることができる。
【0012】
第一の電極、つまり下部電極は、共通電極であってもよく、あるいはそれぞれが個別の電気素子に関連付けられた個別の電極配列を形成するようにパターン形成されてもよい。同様に、第二の電極、つまり上部電極は共通電極であってもよく、あるいはそれぞれが個別の電気素子に関連付けられた個別の電極配列を形成するようにパターン形成されてもよい。同様に、薄膜材料はパターン形成されても、されなくてもよい。したがって、個々の電気素子は、パターン形成されたセラミック材料薄膜、または二つ以上の電気素子に共通するパターン形成されていないセラミック材料薄膜の領域を備えることができる。電気素子の個々にアドレス可能な領域は、各電気素子の電極のうちの少なくとも一つをパターン形成することによって画成されることができる。
【0013】
電気素子の駆動回路への電気接続は、電気素子の電極に直接接続される電気配線を使用して確実にすることができる。
【0014】
電極および電気配線の電気絶縁を確実にするために、電気素子の形成のさまざまな段階で、一つまたは複数の絶縁層またはパッシベーション層も成膜される。一つまたは複数の絶縁層またはパッシベーション層は、外部環境によって、または製造プロセスにおいてもしくは電気素子の動作中のいずれかに使用される化学物質によって引き起こされるケミカルアタックから電気素子のさまざまな機能を保護する。
【0015】
電気素子を外部環境、特に湿気や他の化学種からさらに保護するために、第二の基材、例えば、保護層、例えばキャッピング層が通常、第一の基材に結合される。第二の基材は、一つまたは複数の電気素子を収容するための凹部を備えてもよい。
【0016】
通常、複数の電気素子が基材の表面上に同時に形成される。複数の電気素子は、通常、アレイ状に配置される。
【0017】
電気素子が形成された後、例えば電気素子が形成される面とは反対の面から基材をエッチングすることによって、電気素子の下の基材にキャビティ、例えば流体チャンバーを設けることができる。柔軟な膜は、各流体チャンバーの壁のうちの一つを形成する。
【0018】
動作中、電気素子のセラミック部材は、第一および第二の電極を介する所定の電界の印加に応答して変形する。一般的に、電気素子は、一部が基材の上に、また一部が流体チャンバーの上に形成されるため、セラミック部材の変形により、電気素子の異なる位置に異なるレベルの応力が生じることになる。特に、流体チャンバーの上の電気素子の領域は、基材と流体チャンバーとの間の界面に位置する領域に比べて、より低い応力を受けることになる。これは、セラミック部材とともに変形する膜とは異なり、セラミック部材の変形の影響で基材自体が変形しないためである。これにより、電気素子のさまざまな構成要素が、互いに剥離したり、基材から剥離したりする可能性がある。
【0019】
信頼性の高い電気部品を提供する際の一つの課題は、電気素子が受ける応力を適切に管理することと、各電気素子が互いに対して対称に配置される位置、例えば、限定されないが、電気素子の特定の方向の両端に位置する領域で同じレベルの応力を受けるようにすることと、を確実にすることである。これにより、簡単に故障し、その結果電気素子の性能が損なわれ、そして電気部品の全体的な性能に影響を与える可能性のある、弱点の存在が減ることになる。
【0020】
いくつかの構成では、その一例が図１～３に示されており、アクチュエーターユニット２００は、基材１１０と、基材１１０の第一の表面１１０Ａ上および膜１４０上に形成される電気素子１２０と、を備える。電気素子は、厚さ方向５０５において、第一の（または下部）電極１２１と第二の（または上部）電極１２２との間に介在するセラミック部材１２３を備える。第二の電極１２２およびセラミック部材１２３は、パターン形成されている。図１に示すように、セラミック部材１２３（および電気素子１２０）は、第一の方向５１０に延在し、第二の電極１２２は、第二の電極１２２と接触するセラミック部材１２３の表面と実質的に同じ形状にパターン形成される。アクチュエーターユニット２００は、基材１１０内に形成された流体チャンバー１９５をさらに備える。場合によっては、セラミック部材１２３は、図１および図２に示すように、面取りされていてもよく、すなわち、傾斜した縁部を有していてもよい。
【0021】
電気素子１２０が作動し、セラミック部材１２３が対応する流体チャンバー１９５に向かって変形すると、流体チャンバーと基材１１０との間の界面に重なり合う電気素子の部分は、基材に固定されているため高い応力を受ける一方、流体チャンバー１９５の上の領域は変形することができる。これが、剥離による電気素子の故障を生じさせる可能性がある。
【0022】
この場合、第二の電極１２２は、素子１２０の一端で第二の電極１２２の上に形成されたビア１６１＿ａを通り、電気接続点１６１で第二の電極１２２に接続する電気配線１６０を介して駆動回路（図示せず）に接続する。これを図２に示し、これは図１で丸で囲んだアクチュエーターユニットの一部を示す。図２はさらに、電気素子１２０の様々な部分を保護するために、電気素子１２０がまた、一つまたは複数のパッシベーション層１５０および一つまたは複数の絶縁層１７０を備えることができることを示している。図３は、第一の方向５１０におけるアクチュエーターユニット２００の両端にある二つの領域の上面図を示す。分かりやすくするために、セラミック部材１２３およびパッシベーション層１５０は省略されている。
【0023】
いくつかの公知の構造（図示せず）では、第二の電極は、セラミック部材から離れる方向に、かつ電気接続が確立される基材のトップ上に延在するように設計されている。
【0024】
図２および図３の構造は、電気接続点１６１を基材１１０の上部ではなく電気素子１２０の上部に確立することにより、基材１１０上のスペースを節約し、電気部品の全体のサイズを低減することができる。これは、電気素子１２０をより緊密に詰め込むことができ、その結果、基材１１０上に形成できる電気素子１２０の数を増加できることを意味する。液滴吐出ヘッドの場合、これはより解像度が高くなる。
【0025】
一方、図２および図３に示すように、電気素子１２０のトップ上に電気接続点１６１が存在すると、電気素子１２０全体にわたる応力分布に不均一が生じる可能性があり、電気接続点１６１を有する領域は、電気接続点１６１によってもたらされるさらなる剛性の結果としてより高い応力を受け、第一の方向５１０におけるその反対側の領域に関して故障する可能性がより高い。
【0026】
電気素子１２０の良好な信頼性を確保するためには、電気素子１２０が受ける応力を管理して剥離のリスクを低減し、互いにほぼ対称である電気素子の領域が受ける応力ができるだけ類似していることが重要である。このようにして、応力がより均一に分散され、故障しやすい弱い部分の発生が減少する。
【0027】
上記のように、電気接続の存在も熱の分布に影響を与える可能性がある。電気接続点１６１に対応してホットスポットが形成され、電気素子１２０が熱破損しやすくなる可能性がある。したがって、熱分布が電気素子１２０全体にわたってできるだけ均一であることも重要である。
【0028】
本発明は、電気素子を備えるアクチュエーターユニットの改良された設計、電気素子内の応力および熱の分布の不均一を軽減し、弱い部分の発生を最小限に抑え、電気素子の信頼性を高める設計を提供する。
【発明の概要】
【0029】
本発明の態様を添付の独立請求項に記載し、本発明の特定の変形例を添付の従属請求項に記載する。
【0030】
本発明は、一態様では、ＭＥＭＳデバイス用アクチュエーターユニットであって、アクチュエーターユニットは、第一の表面を有する基材と、基材の第一の表面に少なくとも部分的に設けられる膜と、基材内に形成される流体チャンバーを備える流路であって、膜が流体チャンバーの壁のうちの一つを提供する、流路と、膜上に、および少なくとも部分的に流体チャンバーの上に設けられる電気素子であって、電気素子が、膜上に配置され第一の電気配線に接続するための第一の電極と、第一の電極上に配置されたセラミック部材と、セラミック部材上に配置され第二の電気配線に接続するための第二の電極と、を備え、電気素子が、所定の電界が印加されると変形し、電気素子が、第一の方向に細長く、第一の方向に離間する対向する二つの端部を有し、各端部は、一部が基材上に、一部が流体チャンバーの上に配置される、電気素子と、電気素子のそれぞれの対向する端部に配置される周辺構造であって、両方の周辺構造が実質的に同じ弾性特性を有し、流体チャンバーに対して配置され、所定の電界の印加時に電気素子の両端が実質的に同じ応力を受ける、周辺構造と、を備える、アクチュエーターユニットを提供する。
【0031】
本発明の第二の態様では、第一の態様によるアクチュエーターユニットを備える液滴吐出ヘッドを提供する。
【0032】
さらに、第二の態様による液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0033】
ここで図面を参照する。
【0034】
【0035】
図面では、全体を通して、類似の要素は、同様の参照符号で示される。図面は原寸に比例したものではなく、特定の特徴がより明瞭に見えるように誇張されたサイズで示されている場合があることに留意されたい。
【発明を実施するための形態】
【0036】
ここで、本発明の例示的な実施形態およびその変形例について、図４、５、６Ａ、６Ｂ、および６Ｃを参照して説明する。
【0037】
図４は、本発明の第一の態様によるアクチュエーターユニット１００の断面を示す。図５は、図４の円のうちの一つに示された部分の断面図を示し、図６Ａ、Ｂ、およびＣは、本発明の異なる実施形態による、図４のアクチュエーターユニットの両端に配置される部分の上面図を示す。
【0038】
ＭＥＭＳデバイス用のアクチュエーターユニット１００は、第一の表面１１０Ａを有する基材１１０と、基材１１０の第一の表面１１０Ａ上に少なくとも部分的に設けられる膜１４０と、基材１１０内に形成される流体チャンバー１９５を備える流路であって、膜１４０が流体チャンバー１９５の壁のうちの一つを提供する、流路と、膜１４０上に、かつ少なくとも部分的に流体チャンバー１９５の上に設けられる電気素子１２０と、を備える。電気素子１２０は、膜１４０上に配置され、かつ第一の電気配線（図示せず）に接続するための第一の電極１２１と、第一の電極１２１上に配置されるセラミック部材１２３と、セラミック部材１２３上に配置され、かつ、第二の電気配線１６０に接続する第二の電極１２２と、を備え、電気素子１２０が所定の電界の印加時に変形する。電気素子１２０は、第一の方向５１０に細長く、第一の方向５１０に離間する対向する二つの端部（図４では丸で囲み、図５でより詳細に、かつ図６Ａ～Ｃの上面図で示す）を有する。各端部は、一部が基材１１０上に、一部が流体チャンバー１９５の上に配置される。周辺構造１６８は、それぞれ電気素子１２０の第一の方向５１０の両端に配置され、両方の周辺構造１６８は、実質的に同じ弾性特性を有し、流体チャンバー１９５に対して配置され、電気素子１２０の両端は、所定の電界が印加された際に実質的に同じ応力を受ける。
【0039】
図５に注目すると、図４の実施形態のアクチュエーターユニット１００の端部がより詳細に示されている。図５は、第一の表面１１０Ａを有する基材１１０と、壁の一つとして膜１４０を有する流体チャンバー１９５とを示す。基材の材料は特に限定されないが、例えば、基材１１０はシリコンウェーハであってもよい。膜１４０は、厚さ方向５０５に互いのトップ上に成膜された副層１４１および１４２から形成されることができる。副層１４１は、例えば、シリコンウェーハの熱酸化によって形成されるシリカ（ＳｉＯ２）を含んでもよい。副層１４２は、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）によって成膜されるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含んでもよい。当該技術分野で公知の他の任意の材料および／または成膜方法を使用して膜１４０を形成することができる。
【0040】
電気素子１２０は、膜１４０上に形成され、部分的に流体チャンバー１９５に、かつ部分的に基材１１０に重ねられる。第一の電極１２１は、例えば白金（Ｐｔ）で形成されてもよい。セラミック部材１２３は、例えば、ゾルゲル堆積によって成膜されたＮｂドープＰＺＴ（ＰＮＺＴ）を含むことができる。第二の電極１２２は、別のＰｔ電極であってもよい。あるいは、第二の電極１２２は、第一の電極１２１とは組成が異なっていてもよく、例えば、イリジウム（Ｉｒ）層と酸化イリジウム（ＩｒＯ２）層との組み合わせであってもよい。一つまたは複数のパッシベーション層１５０は、電気素子１２０上に設けられる。パッシベーション層１５２は、例えば、ＡＬＤによって成膜されたアルミナ層であってもよい。パッシベーション層１５３は、例えば、プラズマ増強化学気相成長（ＰＥ－ＣＶＤ）によって成膜されたシリカ層であってもよい。
【0041】
電気素子１２０は、第一の方向５１０における電気素子１２０の両端に配置される二つの周辺構造１６８を備える。両方の周辺構造１６８は本質的に同じ弾性特性を有し、その結果、電気素子１２０の両端部は、所定の電界の印加時に同じ応力を受ける。
【0042】
周辺構造１６８は、電気素子の上に対称的に配置される。それらは、一部は流体チャンバー１９５の上に、一部は基材１１０の上に延在する。
【0043】
図６Ａは、流体チャンバー１９５、および必要に応じてリストリクター１９４、下部電極１２１、上部電極１２２ならびに周辺構造１６８を備える、図４の実施形態の流路の上面図を示す。分かりやすくするために、セラミック部材１２３およびパッシベーション１５０は省略されている。図６Ａに示すように、周辺構造１６８は三葉状の形状を有するが、この形状は限定されるものではなく、他の形状が選択されてもよい。各周辺構造１６８の形状は、第一の方向５１０に沿った電気素子１２０の対称線ａに対して対称である。周辺構造１６８はまた、対称線ａに対して９０度回転した（すなわち垂直な）同一平面内の対称線ｂに対して対称的に配置されている。
【0044】
周辺構造１６８の形状は、電気素子１２０のそれぞれの端部に十分かつ均一に分布する剛性をもたらし、より高い応力を受ける電気素子の領域、すなわち流体チャンバー１９５と基材１１０との間の界面の領域を強化することによって、電気素子１２０の変形時の剥離の発生が低減される。これは、周辺構造１６８がこのような界面領域の上に対称的に延在することを確実にすることによって達成される。各周辺構造１６８は、端部を基材１１０に効果的に固定することによって、電気素子１２０の端部の十分な強度増加を確実にする程度まで基材１１０の上に延在することが好ましい。当業者は、基材１１０の上の周辺構造１６８の拡張が、電気素子１２０の全体の形状および所定の電界が印加された際のセラミック部材１２３の変形の程度に応じて、周辺構造１６８の形状に影響を与えることを理解するであろう。
【0045】
図６Ａの両方の周辺構造１６８は、好ましくは、同じ材料または複数の材料で形成される。各周辺構造１６８は、弾性特性を微調整するために、好ましくは異なる材料からなる複数の層で形成されてもよい。それらは、導電性材料で作製された少なくとも一つの層を備えていてもよい。導電性材料は、電気配線１６０と第二の電極１２２との間で電気接続することができる。熱伝導性でもある材料は、さらに、作動時に電気素子１２０によって発生する熱を放散するための経路を提供することによって熱管理に役立つであろう。これは、応力が最も高い電気素子１２０の端部でのホットスポットの発生を減らすことによって役立つ可能性がある。周辺構造１６８はまた、弾性特性および／または熱特性の微調整を支援することができる絶縁材料の層を含んでもよい。
【0046】
いくつかの実施形態では、周辺構造１６８の少なくとも一つは、第二の電極１２２と第二の電気配線１６０との間の接続点１６１において電気接続を形成する導電性材料を含む。好ましくは、第二の電気配線１６０は、図５および６Ａに示すように、例えばエッチングによってパッシベーション層１５０内に形成されたビア１６１＿ａを通って第二の電極１２２を駆動回路（図示せず）に接続する。パッシベーション層１５０は、電気素子１２０と少なくともビア１６１＿ａの周りの周辺構造１６８との間に介在する。図示の例では、パッシベーション層１５０は、電気素子１２０および電気配線１６０を保護し、第二の電気配線１６０を下部電極１２１から絶縁する複数の層１５１～１５２のスタックである。
【0047】
（例えば、図６Ａおよび６Ｃに示すように）周辺構造１６８および第二の電気配線１６０が電気素子の一端のみで直接接続される（同じ材料で形成される）場合、周辺構造１６８自体は、電気素子の近傍のアクチュエーター１２０の反対側の端部の周辺構造１６８と依然として同じ形状を有することが理解されよう。電気配線材料が流体チャンバー１９５と基材１１０との間の界面の領域から離れて配置されているため、接続された電気配線１６０の存在は、電気素子１２０の特定の端部で受ける応力に重大な影響を及ぼさないであろう。好ましい実施形態では、周辺構造１６８は電気配線１６０と同じ材料で作製されるため、それらは同じプロセス工程で形成され、製造プロセスに別のプロセス工程を追加する必要がない。好適な材料は、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）など、またはそれらの組み合わせである。電気配線の形成の前および／または後に、薄い接着層を成膜してもよい。第二の電気配線１６０および周辺構造１６８は、標準的なフォトリソグラフィおよびエッチングプロセスを使用して、スパッタリングとそれに続く金属層を所望の形状にパターニングすることによって形成されることができる。
【0048】
別のパッシベーション層１５１は電気素子１２０全体の上に成膜されてもよい。パッシベーション層１５１は、例えば、ＰＥ－ＣＶＤによって成膜されたシリカから作製されることができる。パッシベーション層１５１はまた、第二の電気配線１６０上にも成膜される。
【0049】
パッシベーション層１５１～１５３は、電気素子１２０の上で、例えばリソグラフィーによってエッチングされてもよい。これは、動作中の電気素子１２０の変位に及ぼすパッシベーション層１５０の任意の抑制効果を低減するのに特に有利である。
【0050】
連続絶縁層１７０も電気素子１２０の上に成膜されてもよい。絶縁層１７０は、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）によって厚さ方向５０５に互いのトップ上に成膜されたシリカ層とタンタラ層とのスタックであってもよい。絶縁層１７０は、電気素子１２０を外部環境からさらに保護することができ、ピンホールおよび他の欠陥を塞ぐことによってパッシベーション層１５０の堅牢性を向上させることができる。
【0051】
本発明のいくつかの実施形態では、その一例が図６Ａに示されている。第二の電極１２２は、高導電率を有する材料、例えば、限定されないが白金（Ｐｔ）および／または金（Ａｕ）で形成されることができる。
【0052】
別の実施形態では、その実施例を図６Ｂおよび６Ｃに示すが、第二の電極１２２は、比較的低い導電率の材料、例えばイリジウム（Ｉｒ）および酸化イリジウム（ＩｒＯ２）の二層から形成されてもよい。
【0053】
電極を形成する材料の選択は、導電性を部分的に犠牲にして、特定の要件、例えばセラミック部材等への良好な接着性を達成する材料の能力によって決定される場合がある。このような場合、電気接続の抵抗に対する第二の電極の寄与を低減する方法は、各第二の電極１２２と対応する第２の電気配線１６０との間に二つ以上の電気接続点１６１を設けることである。これらの実施形態では、両方の周辺構造１６８は、第二の電極１２２と第二の電気配線１６０との間の電気接続点１６１において電気接続を形成する導電性材料を含んでもよい。好ましい実施形態では、両方の周辺構造１６８は、第二の電気配線１６０と同じ材料で作製されている。
【0054】
二つの電気接続点１６１が第二の電極１２２の両端に設けられる場合、第二の電気配線１６０には、二つの電気接続点１６１の間に接続部１６２が設けられてもよい。図６Ｂの実施形態では、接続部１６２は、基材１１０上に、電気素子１２０に沿って第一の方向５１０に設けられる。別の実施形態では、図６Ｃに示すように、第二の電気配線１６０は、電気素子１２０に重なり、前記電気接続点１６１間に延在する接続部１６２を備える。
【0055】
図６Ｂに示す例では、上記のように、電気配線材料は、電気素子１２０が変形する場合に高い応力を受ける、流体チャンバー１９５と基材１１０との間の界面の領域から離れて配置されているため、周辺構造１６８を第二の電気配線１６０に接続する電気配線材料の存在は、電気素子１２０の端部が受ける応力に影響を及ぼさないことが理解されよう。
【0056】
すでに説明したように、周辺構造１６８は、所定の電界が印加された際に電気素子によって発生する熱の管理を支援するのにも有用であることができる。したがって、いくつかの実施形態では、前記周辺構造１６８は、セラミック部材１２３の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料、例えば金属、金属の組み合わせ、合金、ポリマー、樹脂等を含むが、これらに限定されない。
【0057】
電気素子１２０の端部をさらに強化するために、電気素子に対向する周辺構造１６８の面とは反対の周辺構造１６８の面上の周辺構造１６８上に追加の層（図示せず）を設け、電気素子１２０の端部を封止することができる。
【0058】
好ましい実施形態では、追加の層は、流体チャンバー１９５と基材１１０との間の界面の領域が受ける応力を最小限に抑えるのに十分な剛性を与える材料を含む。追加の層は、例えば、硬化性ポリマー材料を含んでもよい。一実施形態では、追加の層は、環ひずみを示す重合性アルケン、例えばシクロブテンを含む。環状アルケンは具体的には、ベンゾシクロブテンまたはビスベンゾシクロブテン、例えば商標Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ（ＢＣＢ）で入手可能なものを含むことができる。別の実施形態では、追加の層は、部分的に硬化性の重合性エポキシドを含む。好適である部分的に硬化可能なエポキシドとしては、ノボラックエポキシド、例えばＳＵ８ネガティブフォトレジストとして知られるものが挙げられる。さらに別の実施形態では、追加の層は、部分的に硬化したポリイミド、例えば、部分的に硬化した脂肪族ポリイミドまたは芳香族ポリイミドを含む。好適なポリイミドには、ＨＤ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ（例えば、ＰＩ－５８７８Ｇ）の商標で利用可能なものが挙げられる。好ましい実施形態では、追加の層は、パターン形成可能なポリマー材料、例えばＢＣＢを含むが、これに限定されない。
【0059】
追加の層の材料は、当該技術分野で公知の任意の方法、例えば印刷、リソグラフィーおよびスタンピングによって、電気素子１２０の端部領域上に局所的に設けられ、その後硬化させることができる。
【0060】
あるいは、追加の層の材料は、第一の表面１１０Ａ全体上に、および電気素子または素子１２０内に層として設けられ、部分的または完全に硬化およびパターン形成され、不必要な領域から、例えば、第二の電極１２２の上の領域から除去されることができる。
【0061】
いくつかの実施形態では、追加の層はまた、第一の基材をキャッピング層に結合するために使用される結合層でもある。これらの実施形態では、追加の層の厚さは、結合時に、追加の層または結合層が結合力の印加により変形する場合、追加の層の材料は周辺構造１６８を覆うが、パッシベーション１５０が除去された上部電極１２２の領域は覆わないように、制御されることが重要である。
【0062】
本発明の第二の態様では、上記のようなアクチュエーターユニットを備える液滴吐出ヘッドが提供される。
【0063】
図７は、本発明の一実施形態による液滴吐出ヘッド４００を示しており、ノズルプレート１９６は、電気素子１２０が形成される面と対向する流体チャンバー１９５の面に、厚さ方向５０５に設けられる。ノズル１９７は、流体チャンバー１９５から流体液滴を吐出させるために、ノズルプレート１９６内に形成される。第二の基材１０３は、電気素子１２０用の凹部１０６を画成する。このような凹部１０６は、流体チャンバー１９５ならびに第一の方向５１０で流体チャンバー１９５の両端にある入口通路１３１および出口通路１３２内の流体が、凹部１０６に入るのを防ぐために、液密で封止されることができる。
【0064】
さらに、本発明の第二の態様による液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置が提供される。
【0065】
上記の実施形態およびその変形例は、本発明による改良された電気部品を達成するために、具体的な用途要件に応じて、単独でまたは組み合わせて使用されることができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】