特許 7019306 ディスクドライブ用サスペンションための多層せん断モード型ＰＺＴマイクロアクチュエータ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-04

(45)【発行日】2022-02-15

(54)【発明の名称】ディスクドライブ用サスペンションための多層せん断モード型ＰＺＴマイクロアクチュエータ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G11B 5/596 20060101AFI20220207BHJP

   G11B 21/21 20060101ALI20220207BHJP

   G11B 21/10 20060101ALI20220207BHJP

   H01L 41/09 20060101ALI20220207BHJP

   H01L 41/083 20060101ALI20220207BHJP

   H01L 41/257 20130101ALI20220207BHJP

   H01L 41/297 20130101ALI20220207BHJP

   H01L 41/293 20130101ALI20220207BHJP

   H01L 41/047 20060101ALI20220207BHJP

【ＦＩ】

G11B5/596

G11B21/21 D

G11B21/10 N

H01L41/09

H01L41/083

H01L41/257

H01L41/297

H01L41/293

H01L41/047

【請求項の数】 19

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2017088500

(22)【出願日】2017-04-27

(65)【公開番号】P2017199449

(43)【公開日】2017-11-02

【審査請求日】2020-04-21

(31)【優先権主張番号】62/328,360

(32)【優先日】2016-04-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】15/496,607

(32)【優先日】2017-04-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517151084

【氏名又は名称】マグネコンプ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＧＮＥＣＯＭＰＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100121728

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 勝守

(74)【代理人】

【識別番号】100165803

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 修平

(72)【発明者】

【氏名】クエン， チー イー

【審査官】中野 和彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１５８６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２３０８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０２２０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１１８３０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ１１Ｂ ５／５９６

Ｇ１１Ｂ ２１／２１

Ｇ１１Ｂ ２１／１０

Ｈ０１Ｌ ４１／０９

Ｈ０１Ｌ ４１／０８３

Ｈ０１Ｌ ４１／２５７

Ｈ０１Ｌ ４１／２９７

Ｈ０１Ｌ ４１／２９３

Ｈ０１Ｌ ４１／０４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディスクドライブのためのサスペンションであって、
ロードビームと、
前記ロードビームに支持されるフレキシャと、
少なくとも第1マイクロアクチュエータと、を含み、
前記フレキシャは、ヘッドスライダが取り付けられ、データディスクが前記ヘッドスライダの下で移動するときに前記ヘッドスライダをピッチ及びロールにさせるように構成されているジンバルを含み、
前記第１マイクロアクチュエータは、第１面と、反対側の第２面とを有する多層ＰＺＴデバイスを含み、前記多層ＰＺＴデバイスの各層は、作動電圧によって作動される時、それのｄ１５モードで作動するように構成され、層は、前記各層が前記第１面が前記第２面に対するせん断において移動するように作動されたときに同じ方向に作用するように構成された、スタックとして構成されており、
前記多層ＰＺＴデバイスの前記第１面は、前記ロードビームに取り付けられ、前記ジンバルは、前記多層ＰＺＴデバイスの前記第１面と反対側の第２面に作動可能に接続される、
ことを特徴とするサスペンション。

【請求項2】

少なくとも第２マイクロアクチュエータをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のサスペンション。

【請求項3】

前記第２マイクロアクチュエータは、第２多層ＰＺＴデバイスを含み、前記第２多層ＰＺＴデバイスが、前記第２多層ＰＺＴデバイスの第１面と、前記第２多層ＰＺＴデバイス反対側の第２面とを有し、前記第２多層ＰＺＴデバイスの各層は、作動電圧によって作動される時、それのｄ１５モードで作動するように構成され、層は、前記各層が前記第２多層ＰＺＴデバイスの前記第１面が前記第２多層ＰＺＴデバイスの前記第２面に対するせん断において移動するように作動されたときに同じ方向に作用するように構成された、スタックとして構成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のサスペンション。

【請求項4】

前記多層ＰＺＴデバイスの前記第２面は、前記多層ＰＺＴデバイスが作動される時、前記第２面が前記ジンバルを移動させるためにせん断において移動するように構成されているように、前記ジンバルに作動可能に接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載のサスペンション。

【請求項5】

前記第２多層ＰＺＴデバイスの前記第１面は、前記ロードビームの一部に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項３に記載のサスペンション。

【請求項6】

前記第２多層ＰＺＴデバイスの前記第１面は、前記ロードビームに取り付けられ、
前記第２多層ＰＺＴデバイスの前記第２面は、前記多層ＰＺＴデバイス及び前記第２多層ＰＺＴデバイスが作動される時、前記第２面がせん断において反対方向に移動することにより前記ヘッドスライダを回転させるように、前記ジンバルに作動可能に接続される、
ことを特徴とする請求項３に記載のサスペンション。

【請求項7】

前記第１マイクロアクチュエータ及び前記第２マイクロアクチュエータは、前記サスペンションの対向する側方に配置され、前記ヘッドスライダと垂直に積み重ねられない、
ことを特徴とする請求項２に記載のサスペンション。

【請求項8】

多層せん断モード型圧電デバイスを製造する方法であって、
複数の圧電層のスタックを形成するステップと、
前記複数圧電層の圧電層ペアのそれぞれの間にそれぞれに配置された複数の導電層を形成するステップと、
第１極性を有する第１組の交互圧電層をポーリングするように、前記複数の圧電層の前記第１組の交互圧電層にわたって、第１方向に第１電界を印加するステップと、
前記第１極性と反対する第２極性を有する第２組の交互圧電層をポーリングするように、前記複数の圧電層の前記第２組の交互圧電層にわたって、第２方向に第２電界を印加するステップと、
第１電極を形成するために、前記第１組の交互圧電層上に前記導電層を電気的に一群とするように導電材料を供給するステップと、
第２電極を形成するために、前記第２組の交互圧電層上に前記導電層を電気的に一群とするように導電材料を供給し、前記第１電極と前記第２電極にわたって電位が印加されると、前記第１組の交互圧電層および前記第２組の交互圧電層がせん断において変形し、せん断における移動が、せん断において全体的に前記圧電デバイスが変形するように、アディティブ法で作用するステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。

【請求項9】

全ての前記導電層より少ない前記導電層は、前記複数の圧電層の端部に伸びる、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記第１組の交互圧電層上に形成される前記複数の導電層が電気的にアクセスすることができ、前記第２組の交互圧電層上に形成される前記複数の導電層が電気的にアクセスすることができるように、前記多層せん断モード型圧電デバイスの少なくとも１つの端部から材料が取り外されるステップをさらに含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項11】

複数の圧電層のスタックを形成し、前記複数の圧電層の圧電層ペアのそれぞれの間にそれぞれに配置された複数の導電層を形成した後、前記第１組の交互圧電層の端部に第１組の側電極を堆積するステップをさらに含み、
前記第１電界を印加するステップは、前記第１組の側電極にわたってポーリング電圧を印加するステップを含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項12】

前記第１組の交互圧電層上に形成される第１組の端部電極を取り外すステップと、
前記第２組の交互圧電層の端部に第２組の側電極を堆積するステップと、をさらに含み、
前記第２電界を印加するステップは、前記第２組の側電極にわたってポーリング電圧を印加するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

第１電界を印加するステップの後、前記第２組の交互圧電層の端部に側電極を堆積するステップをさらに含み、
前記第２電界を印加するステップは、前記側電極にわたってポーリング電圧を印加するステップを含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項14】

前記第１組の交互圧電層の端部に第１組の側電極を堆積した後、前記第１組の側電極が
取り外されるステップと、
前記第１組の側電極にわたってポーリング電圧を印加した後、前記第２組の交互圧電層の端部に第２組の側電極を堆積するステップと、をさらに含み
前記第２電界を印加するステップは、前記第２組の側電極にわたってポーリング電圧を印加するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記第１電界及び前記第２電界のそれぞれを印加するステップは、
選択された前記圧電層のそれぞれの端部に前記第１電極および前記第２電極を堆積するステップと、
前記第１電極及び前記第２電極は、ポーリング電圧に作動可能に接続され、これにより、前記複数の圧電層の選択されたものをポーリングすると、を含む
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項16】

前記第１電界及び前記第２電界のそれぞれを印加するステップは、
選択された前記複数の圧電層のそれぞれの端部に前記第１電極および前記第２電極が押し付けられるステップと、
前記第１電極及び前記第２電極にわたってポーリング電圧を印加し、これにより、選択された前記圧電層をポーリングすると、を含む
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項17】

前記複数の圧電層は、少なくとも４つの圧電層を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項18】

多層せん断モード型圧電デバイスを製造する方法であって、
少なくとも四つの圧電材料層のＺ方向の、隣接の前記圧電材料層の間にそれぞれに配置される複数の導電層を備えるスタックを含む未完成のデバイスを形成するステップと、
第１極性を有する奇数層をポーリングするために、一組の前記奇数層を形成する第１組の交互圧電材料層にわたって正のＸ方向に第１電界を印加するステップと、
前記第１極性と反対する第２極性を有し、前記奇数層とインタリーブされる偶数層をポーリングするために、一組の前記偶数層を形成する第２組の交互圧電材料層にわたって負のＸ方向に第２電界を印加するステップと、
奇数層上に導電層が電気的に接続され、それによって第１電極を形成するステップと、
偶数層上に導電層が電気的に接続され、それによって第２電極を形成するステップと、
前記第１電極と前記第２電極にわたって電位が印加されると、前記奇数層及び前記偶数層がせん断において変形し、
せん断における移動が、せん断において全体的に前記圧電デバイスが変形するように、アディティブ法で作用するステップと、を含む、ことを特徴とする方法。

【請求項19】

サスペンションのためのマイクロアクチュエータであって、
多層ＰＺＴデバイスを含み、前記多層ＰＺＴデバイスは、第１面と、反対側の第２面とを有し、前記第１面は前記第１面の少なくとも半分をしめる第１電極を含み、前記反対側の第２の面は前記第２面の少なくとも半分をしめる第２電極を含み、前記多層ＰＺＴデバイスは、前記第１電極を含む前記第１面が前記第２電極を含む前記反対側の第２面に対するせん断において移動するように構成され、前記多層ＰＺＴデバイスの各層は、作動電圧によって作動される時、それのｄ１５モードで作動するように構成され、層は、前記各層が前記第１面が前記第２面に対するせん断において移動するように作動されたときに同じ方向に作用するように構成された、スタックとして構成されている、
ことを特徴とするマイクロアクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の参照］
本出願は、２０１６年４月２７日に出願された米国仮出願第６２/３２８,３２０号の優先権利益を主張し、そのすべての内容が本明細書に参考として援用される。

【0002】

本発明は、ディスクドライブ用サスペンションの分野に関する。特に、ディスクドライブ用サスペンションのための多層せん断モード（シアモード）型ＰＺＴマイクロアクチュエータの分野に関する。

【背景技術】

【0003】

磁気ハードディスクドライブおよび光ディスクドライブのような他のタイプのスピニングメディアドライブは周知である。一般的なハードディスクドライブにおいて、回転データディスク上の正しいデータトラックにおける読み取り/書き込みヘッドを保持する部分は、サスペンションと呼ばれる。サスペンションは、アクチュエータアームに固定されたベースまたはベースプレートと、ベースに取り付けられるスプリング部または単に「スプリング」と、スプリングの端部に取り付けられるビーム部またはロードビームと、を一般的に含む。ビーム部は、それに取り付けられるフレキシャを有する。フレキシャは、ステンレス鋼金属支持層と、ポリイミドのような絶縁層と、銅または銅合金製の導電層と、を一般的に含む。絶縁層及び導電層は、金属支持層で回路を形成する。フレキシャは、レーザスポット溶接などによってロードビームに固定される固定部と、ジンバル部または単にジンバルと、を有する。ジンバルは、読み取り/書き込みデータトランスデューサを含むヘッドスライダを保持し、データディスクがヘッドスライダの下で移動するときにヘッドスライダが自由にピッチ及びロールにさせることを可能にし、それは、データディスク表面での僅かな凹凸およびディスク内の振動を可能にする。スライダは、回転ディスクによる風によって形成された空気軸受を介して、回転ディスクプラッタ上の正しい高さに維持される。

【0004】

二段作動（ＤＳＡ）サスペンションにおいて、サスペンション全体を移動させるボイスコイルモータに加えて、サスペンションのどこかに配置されるアクチュエータは、ヘッドスライダの速く正確な位置決めのためにヘッドスライダの微動をもたらす。ＤＳＡサスペンションは、ベースプレート上、ロードビーム上、またはフレキシャのジンバル部上において、プッシュプル方法で作用するか、または、フレキシャのジンバル部で直接に作用する通常２つの圧電アクチュエータ又は１つのアクチュエータを取り付けることが提案される。そのようなアクチュエータは、特にアクチュエータがジンバル上に配置されるか、または、ジンバルで直接に作用する場合、ミクロアクチュエータまたはマイクロアクチュエータと呼ばれることがある。マイクロアクチュエータがジンバルに取り付けられ、又はジンバルで直接に作用するサスペンション設計は、ジンバル作動サスペンションまたはＧＳＡサスペンションと呼ばれることがある。

【0005】

他の材料は圧電特性を示し、圧電デバイスを製造するために用いられることがあるが、圧電デバイスは、多くの場合、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から製造される。一般に、圧電デバイスに関して、「ＰＺＴ」という用語は、省略形として使用されることが多い。本明細書ではこの簡略用語を使用するが、「ＰＺＴ」デバイスは厳密にチタン酸ジルコン酸鉛から製造される必要はないことが理解される。

【0006】

Ｈａｈｎらに発行され、本出願の譲受人に譲渡された米国特許第９,２１９,６２４号で、ＧＳＡサスペンションは、フレキシャの相対的に固定された部分からヘッドジンバルに、すなわち可撓性リボン状コネクタを介してフレキシャのジンバル部に延びるＰＺＴマイクロアクチュエータを有することを開示する。この特許は本明細書の圧電マイクロアクチュエータとジンバルの間の接続を含むフレキシャ構造のためにその全体が参考として援用される。

【0007】

より大きいトラック密度とより速く読み取り/書き込み速度の要求が続くにつれて、軽量、高速で応答性の高いＤＳＡサスペンション設計に依然として必要である。

【発明の概要】

【0008】

サスペンションためのマイクロアクチュエータが記載される。マイクロアクチュエータは、第１面及び反対側の第２面を有する多層ＰＺＴデバイスを含む。多層ＰＺＴデバイスの各層は、作動電圧によって作動される時、それのｄ１５モードで作動するように構成されている。層は、前記各層が前記第１面が前記第２面に対するせん断において移動するように作動されたときに同じ方向に作用するように構成された、スタック（積層体）として構成されている。

【0009】

本発明の実施形態の他の特徴および利点は、添付図面および以下の詳細な説明から明らかになろう。

【0010】

本発明の実施形態は、添付の図面の図に限定ではなく例として示す。図面中、同じ参照番号は同じ要素を示す。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の一実施形態による２つの多層せん断モードＰＺＴデバイスを用いるディスクドライブサスペンション先端部の斜めの上面図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態による多層せん断モードＰＺＴの斜視図である。

【図3】図３は、作動される時のデバイスのせん断モード変形を示す破線を有する多層せん断モードＰＺＴの側面図である。

【図4A-B】図４Ａ－Ｂは、図２のデバイスを製造する第１製造方法を示すプロセスフロー図を構成し、処理中の未完成のデバイスの側断面図を示す。

【図4C-D】図４Ｃ－Ｄは、図２のデバイスを製造する第１製造方法を示すプロセスフロー図を構成し、処理中の未完成のデバイスの側断面図を示す。

【図4E-F】図４Ｅ－Ｆは、図２のデバイスを製造する第１製造方法を示すプロセスフロー図を構成し、処理中の未完成のデバイスの側断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

Ｈａｈｎらに発行された特許第９,２１９,６２４号に示されるＰＺＴは、ＰＺＴ材料の圧電係数ｄ_３１を用いる。つまり、デバイスの伸縮が印加電界の方向に対して垂直な方向にあるｄ_３１モードで作動した。せん断モード圧電係数ｄ_１５は係数ｄ_３１よりも大きいことが知られて、したがって、少なくとも理論的にｄ_１５モードで作動するＰＺＴは、アクチュエーション電圧の単位入力あたり、より大きなストローク長さを示すことができる。このようなデバイスの製造において、デバイスをポーリングすることを含む困難が生じる。ｄ_１５モードで作動する多層ＰＺＴが提案されたが、それらをポーリングすることを含むこれらのデバイスを製造する上でより大きな困難を呈する。米国出願第２００４/００６１９６９号に、多層せん断モード型ＰＺＴは示唆されているが、その製造プロセスは開示されていない。

【0013】

本発明の実施形態は、ｄ_１５モードで作動する多層せん断モード（シアモード）型ＰＺＴアクチュエータ、このようなデバイスを用いるサスペンション、およびこのような多層せん断モード型ＰＺＴデバイスの製造方法に関する。

【0014】

サスペンションにおいて、それらのｄ_１５モードで作動する２つの多層せん断モード型ＰＺＴマイクロアクチュエータは、サスペンションの比較的固定された部分に取り付けられ、ヘッドスライダが薄い柔軟なリボン状コネクタを介して取り付けられるサスペンションのジンバル部で作用する。ＰＺＴマイクロアクチュエータは、横方向および/または縦方向のいずれかにヘッドスライダから水平方向に離れるように、取り付けられる。それらはヘッドスライダと並置されず、ヘッドスライダと垂直に積み重ねられていないことを意味する。

【0015】

図４Ａ－４Ｆに対応する例示的な製造プロセスを以下に示す。

【0016】

４Ａ デバイスの端部まで伸びず、交互にオフセットされた電極を有する連続する層を有する多層ＰＺＴを製造する。

【0017】

４Ｂ 端部電極は奇数ＰＺＴ層と呼ばれる交互ＰＺＴ層の端部に配置され、これらの奇数層をＸ方向にポーリングする。

【0018】

４Ｃ 奇数ＰＺＴ層で電極を研磨又は切断する。

【0019】

４Ｄ 端部電極は偶数ＰＺＴ層の端部に配置され、これらの偶数層をＸ方向にポーリングする。

【0020】

４Ｅ 偶数ＰＺＴ層で電極を研磨又は切断する。次の電極が端部に露出するまで研磨または切断する。奇数層の上での電極はデバイスの左側で露出するが、偶数層の上での電極はデバイスの右側で露出する。

【0021】

４Ｆ インタリーブ櫛形電極を形成するために側電極を配置する。すなわち、左側電極は奇数ＰＺＴ層にわたって取り付けられるが、右側電極は偶数ＰＺＴ層にわたって取り付けられる。

【0022】

電極は、スパッタリング、化学気相成長（ＣＶＤ）および/または電着のような薄い金属層の堆積によって、ステップ４Ｂおよび４Ｄのように配置することができる。スパッタリングは、電着のような別の堆積ステップの後のシード層のスパッタリングであってもよい。それから、ポーリング電圧は、デバイスをポーリングするために、これらの電極に作動可能に接続される。

【0023】

あるいは、金属層を堆積させて端部電極を形成する代わりに、外部金属電極が単にＰＺＴ層の選択されたものの端部に押し付けることができ、それから、電極間に位置する関連のＰＺＴ層をポーリングするためにこれらの電極にわたって電圧差を加える。例えば、自身から伸びる多数の金属指（指状のもの）を有する櫛状のデバイスは、奇数ＰＺＴ層の端部に押し付けることができ、それから、奇数ＰＺＴ層を正のＸ方向にポーリングする電圧が印加される。次に、指は奇数層から偶数層に移動させられ、偶数層を負のＸ方向にポーリングする反対の電圧が印加される。

【0024】

ポーリングプロセスで用いられる電極が堆積されるか、ＰＺＴ層の端部に一時的のみに押し付けられるかにかかわらず、ポーリング後の結果は、インタリーブ層を有する多層ＰＺＴデバイスは正のＸ方向および負のＸ方向に交互にポーリングされる。

【0025】

本発明の例示的な実施形態は、同様の番号が同様の部分を示す図面を参照して以下にさらに説明される。図面は縮尺通りではない場合があり、特定の構成要素は、一般化された形態または概略的な形態で示され、明確さと簡潔のために商業的名称で示される。

【0026】

図１は、本発明の一実施形態による２つの多層せん断モード（シアモード）ＰＺＴデバイス１００ａ、ｂを用いるディスクドライブサスペンション１０の先端部の斜めの上面図である。サスペンション１０は、ロードビーム２と、フレキシャ６と、読み取り/書き込み磁気トランスデューサが搭載されるヘッドスライダ８とを含む。ＰＺＴデバイス１００ａ、ｂへの電気的接続は、説明を明確にするために省略される。ＰＺＴデバイス１００の下側は、ロードビーム２の一部に固定され、ＰＺＴデバイス１００ａ、ｂの上側のそれぞれは対応の接触パッド６０ａ、ｂに固定され、該接触パッド６０ａ、ｂのそれぞれがフレキシャ６のジンバル部にコネクタ６２ａ、ｂによって作動可能に接続される。様々な実施形態では、コネクタ６２ａ、６２ｂは、薄く柔軟なリボン状コネクタである。このようなサスペンションの機械的構造は、本出願の譲受人に譲渡され、本明細書中に参考として援用されるＨａｈｎらの米国特許第９,２１９,６２４号にさらに詳しく記載されている。

【0027】

様々な実施形態によれば、ＰＺＴデバイス１００ａ、ｂのそれぞれは、せん断において移動するように構成されている。ＰＺＴデバイス１００ａ、ｂが作動される時、ＰＺＴデバイス１００ａ、ｂの両方は、一方のデイバイの上面または面がより遠位の方向に移動し、他方のデイバイの上面または面がより近位の方向に移動するようにせん断において移動する。したがって、２つのＰＺＴデバイスは、プッシュプル方式でタンデムに作動する。このように、ジンバル７に取り付けられたヘッドスライダ８は、ＰＺＴデバイスの作用により回転される。この回転により、ヘッドスライダ８内に埋め込まれた読み取り/書き込みトランスデューサ（別個に図示せず）は、回転磁気媒体データディスク（図示せず）の表面を横切って放射状に移動して、これらのトランスデューサを所望のデータトラック上に正確に位置決めする。

【0028】

図２は、本発明の一実施形態による多層せん断モードＰＺＴデバイス２００の斜視図である。ＰＺＴデバイス２００は、負電極５０と、正電極５４と、ＰＺＴ層２０２ａ、ｂ、ｃ間に伸びる電極の指２０４ａ、ｂを備えて櫛状にインタリーブされる負電極と正電極の指を有する複数のＰＺＴ層２０２ａ、ｂ、ｃと、を含む。

【0029】

図３は、作動される時のデバイスのせん断モード変形を示す破線３０２を有する、例示的な実施形態による多層せん断モードＰＺＴデバイス３００の側面図である。

【0030】

図４Ａ～図４Ｆは、様々な実施形態による、ＰＺＴデバイスを製造する例示的な第１製造方法を示すプロセスフロー図を構成し、処理中の未完成のデバイス２０の側断面図を示す。

【0031】

図４において、多層ＰＺＴデバイスは、カプトン（Ｋａｐｔｏｎ、登録商標）搭載テープのような基板１１上にアディティブ法を用いて形成され、その結果、当技術分野で知られている技術を含む技術によってスタックを形成するために、ＰＺＴ材料の多数の層１２、１４、１６、１８が互いの上に積み重ねられる。ＰＺＴデバイスのいくつかの実施形態は、ＰＺＴ材料の少なくとも４つの層を含む。導電材料層２２、２４、２６、２８は、一般的に堆積された金属であり、それぞれのＰＺＴ材料層の上にそれぞれに配置される。様々な実施形態によれば、堆積された金属層は最終的にデバイスの電極の一部となる。説明を明確にするために、ＰＺＴ材料層２２、２４、２６、２８の間の隙間２３、２５、２７は充填されていないものとして示されている。いくつかの実施形態によれば、間隙は、ＰＺＴ材料層２２、２４、２６、２８が堆積されると同時に、ＰＺＴ材料によって一般に充填される。埋め込まれないそれらの層を表示すると、デバイスの異なる層を明確にするのに役立つ。図４に示すような未完成の多層スタックは、一般に、未完成のＰＺＴデバイス２０と呼ばれる。

【0032】

説明のため、図４Ａに示すような未完成のデバイス２０を参照し、図面の下側から第1ＰＺＴ層１２と、図面の下側から第３のＰＺＴ層１６と、を奇数ＰＺＴ層と呼ばれ、図面の下側から第２ＰＺＴ層１４と、図面の下側から第４のＰＺＴ層１８と、を偶数ＰＺＴ層と呼ばれる。

【0033】

導電層２８がＰＺＴ層１８の上に形成され、図４Ａを示すようにＰＺＴ層１８の上にわたって配置されながら、導電層２２、２４、２６は、隣接の圧電層の間に配置される。例えば、導電層２２は、隣接の圧電層１２、１４の間に配置される。いくつかの実施形態によれば、全ての導電層２２、２４、２６、２８より少ない導電層は、未完成のデバイス２０の側面に伸びる。特に、図４Ａ～４Ｆを示すような実施形態において、導電層２２、２４、２６、２８のいずれも、デバイスの側面に伸びない。

【0034】

図４Ｂにおいて、側端電極３２及び３４は、第１ＰＺＴ層１２に加えられ、側端電極３６及び３８は、第３のＰＺＴ層１６に加えられた。それらの側端電極３２、３４、３６、３８は、例えば、マスキング及びスパッタリングによって配置され得る。側端電極３２、３４及び側端電極３６、３８は、正のポーリング方向の矢印４３および４５によって示されるように、ＰＺＴ材料をポーリングするのに十分な正のＸ方向の電界を生成するために、各電極対３２、３４および３６、３８にわたってポーリング電圧を印加することにより、未完成のデバイス２０をポーリングするために用いられる。

【0035】

代替的に、奇数ＰＺＴ層１２、１６に側端電極３２、３４及び側端電極３６、３８が形成される代わりに、導電指がそれらの層の側端に押し付けることができ、それらの層をポーリングする電界を誘導するために導電指にポーリング電圧が印加される。

【0036】

図４Ｃにおいて、側端電極３２、３４及び側端電極３６、３８は、切断（ダイシング）又は、研磨若しくはレーザーアブレーションなどによるアブレーションのような当技術分野で知られている技術を含む技術によって、取り外される。

【0037】

図４Ｄにおいて、側端電極４２、４４及び側端電極４６、４８は、偶数ＰＺＴ層に加えられ、それらの偶数層は、奇数ＰＺＴ層１２、１６と反対方向にポーリングされる。

【0038】

図４Ｅにおいて、デバイスの端部は、ＰＺＴ層１２、１４、１６、１８のすべてが同一の広がりを持つように切断、研磨、または他の方法でアブレーションされる。図示のように、このステップは、関連するＰＺＴ層１２、１４、１６、１８の端部に加えられた側端電極４２、４４及び側端電極４６、４８を取り外す。しかし、それらの電極を全面にまたは完全に取り外すことが厳密に必要ではない。

【0039】

図４Ｆにおいて、電極は、それぞれの導電層と電気的に接触させるために、デバイスの端部に配置される。特に、負（-）電極と呼ばれる第１電極５０は、当技術分野で知られている技術を含む技術を用いて、デバイスの右側の追加の堆積金属によって電気的に互いにグループにまとめる導電層２４、２８を含む。また、正（+）電極と呼ばれる第２電極５４は、デバイスの左側の追加の堆積金属によって電気的に互いに電気的にグループにまとめる導電層２２、２６を含む。第１電極５０および第２電極５４の追加により、デバイスは完成したＰＺＴデバイス１００になる。様々な実施形態によれば、基板１１は、当技術分野で知られている技術を含む技術によって、完成したＰＺＴデバイス１００から取り外される。

【0040】

代替の実施形態は、図４Ｆに示すようなデバイスの端部の代わりに第１電極５０および第２電極５４をそれぞれ形成するために、図４Ｅに示すようなデバイスを参照して、デバイスの表面およびデバイスの背面で電極を配置することを含む。具体的に、図４Ｅを参照して、説明のため、未完成のデバイス２０の水平方向はＸ軸であり、Ｙ軸はページから出ている。図４Ｅに示すように、本明細書に記載される技術を含む技術によって、第１電極５０は、未完成のデバイス２０の表面に配置され、第２電極は、Ｙ軸に沿って未完成のデバイスの反対側に、すなわち、デバイスの背面に配置される（図４Ｅに示せず）。未完成のデバイス２０は、本明細書に記載される技術を含む技術によって、さらに処理することができる。

【0041】

例示的なＰＺＴデバイス２００を図２に示す。作動電圧が電極５０および５４にわたって印加されると、ＰＺＴ層２０２ａ、ｂ、ｃのそれぞれは、ｄ_１５モードでせん断において変形する。図３に示すポーリング方向矢印３０８、３１０、３１２に示すように、交互のＰＺＴ層は反対方向にポーリングされ、かつ、電極に印加される作動電圧によって引き起こされる電界の極性は、交互に反対の方向にあるので、デバイスのＰＺＴ層２０２ａ、ｂ、ｃのそれぞれは、せん断において同じの方向に変形する。その結果、図３にＰＺＴデバイス３００によって示されるように、デバイス全体がせん断において変形する。つまり、せん断モード変形を示す破線３０２によって示されるように、デバイスの上面または第１面３０４は、デバイスの下面または第２面３０６に対してせん断において移動する。圧電係数ｄ_１５は圧電係数ｄ_３１よりも高いので、上面３０４の水平変位は、従来のｄ_３１モードで動作する同様のサイズのＰＺＴデバイスの水平変位よりも大きいと予想される。

【0042】

本明細書および特許請求の範囲の「上」、「下」、「上側」、「下側」、およびＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向などの用語は、特定の空間的または重力的方向ではなく、互いに対する相対的な部分の空間的関係を示す便宜上の用語であることが理解される。従って、アセンブリが、図面に示され、かつ明細書に記載される特定の向きに向けられるか、その方向または任意の他の回転変動から上下反転されるかどうかにかかわらず、用語は、構成部品のアセンブリを包含することが意図される。

【0043】

本明細書の用語「本発明」は、単一の必須要素または要素群を有する単一の発明のみが提示されることを意味すると解釈されるべきではないことが理解される。同様に、「本発明」という用語は、多数の別個の技術革新を包含し、該別個の技術革新のそれぞれが、別個の発明とみなされ得ることも理解される。本発明は、その好ましい実施形態および図面に関連して詳細に説明されたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の様々な適応および修正が達成され得ることは、当業者には明らかであろう。例えば、電極は必ずしも金属層である必要はなく、導電性エポキシのような他の導電性材料であってもよい。また、本明細書で説明した例示的な４層デバイスを含み、２、３、４、５、６またはそれ以上のＰＺＴ層を有するデバイスを製造するために、本明細書に記載のプロセスを用いることができる。よって、上述した詳細な説明および添付の図面は、本発明の範囲を限定するものではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの適切に解釈される法的同等物からのみ推測されるべきであることを理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A-B】

【図4C-D】

【図4E-F】