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WO1992005593A1 - Method for manufacturing electrostrictive effect element - Google Patents

Method for manufacturing electrostrictive effect element Download PDF

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WO1992005593A1
WO1992005593A1 PCT/JP1991/001196 JP9101196W WO9205593A1 WO 1992005593 A1 WO1992005593 A1 WO 1992005593A1 JP 9101196 W JP9101196 W JP 9101196W WO 9205593 A1 WO9205593 A1 WO 9205593A1
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WO
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exposed
internal electrodes
plating
electrodes
electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP1991/001196
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takahiro Someji
Junichi Watanabe
Yoshiyuki Watanabe
Shigeru Jyoumura
Katsuhiko Kojyou
Kazuo Kazama
Kiyomi Tanaka
Original Assignee
Hitachi Metals, Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals, Ltd. filed Critical Hitachi Metals, Ltd.
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Publication of WO1992005593A1 publication Critical patent/WO1992005593A1/ja

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/063—Forming interconnections, e.g. connection electrodes of multilayered piezoelectric or electrostrictive parts
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Definitions

  • a thin plate made of an electromechanical conversion material such as an electrostrictive material or a piezoelectric material used for an ultrasonic motor or the like is used for an industrial robot.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a multilayer displacement element (hereinafter, sometimes referred to as an electrostrictive effect element) in which the displacement amount is increased by laminating a plurality of layers via internal electrodes. It selectively and highly reliably insulates the internal electrodes exposed on the side surfaces.
  • the laminated displacement element used for the displacement element used for the positioning mechanism of the XY stage, the braking brake, etc. is polarized by providing electrodes on a thin plate made of piezoelectric ceramic material processed into a predetermined shape. Later, a method of joining with an organic adhesive directly or via a thin metal is used.
  • the adhesive layer absorbs the displacement caused by the braking of the piezoelectric element depending on the use conditions, or the adhesive may be used in a high-temperature environment or when used for a long period of time. There are disadvantages such as deterioration.
  • a conventional laminated displacement element has, for example, a configuration shown in FIG.
  • reference numeral 41 denotes a thin plate formed of a piezoelectric ceramic material, and positive and negative internal electrodes 42 a and 42 b are alternately sandwiched and laminated to form a laminated body 4.
  • the inner electrodes 4 2a and 4 2b are formed such that one edge is exposed to the outside, and are connected to the outer electrodes 4 3a and 4 3b extending in the laminating direction, respectively. Connect lead wire 4 through 7.
  • FIG. 19 is a so-called full-electrode type in which the piezoelectric displacement efficiency is improved (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-58).
  • Japanese Patent Application Publication No. 196068 Japanese Patent Application Publication No. 196068.
  • FIG. 19 the same parts are indicated by the same reference numerals as in FIG. 18, but the internal electrodes 42a and 42b are formed so as to cover the entire surface of the thin plate 1 to reduce the required number of sheets. Lamination is performed in the same manner as described above.
  • an insulating material is formed at every other edge of the internal electrodes 42 a and 42 b (for example, only for the internal electrode 42 b).
  • a coating 44a is provided, and an external electrode 43a made of a conductive material is applied on the coating 44a.
  • the coating 44b is provided on the edge of the internal electrode (eg, 42a) where the coating 44a is not provided, and the external electrode 4 3b is deposited.
  • the operation of the above configuration is the same as that in FIG. 18 described above. In this case, since there is substantially no non-displacement portion, more uniform deformation can be obtained than in the configuration shown in FIG. 18, and stress concentration does not occur. Therefore, there is an advantage that a large amount of strain peculiar to the electromechanical conversion material can be obtained, and no destruction occurs upon deformation.
  • a so-called full-surface electrode structure having internal electrodes with the same cross-sectional area as that of the electrostrictive effect element Is effective.
  • special measures are required to electrically connect the internal electrodes of the same area as the element cross section every other layer in parallel.
  • the distance between adjacent electrodes is several 10 ⁇ to several 100 ⁇ , and the thickness of the exposed electrode is very small. Since it is about several mm, it is extremely difficult to take out electrodes (lead wires) every other layer.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-196681 discloses a method in which the end faces of the internal electrodes exposed on the side faces of such an electrostrictive material laminate are provided one by one by a plating.
  • An electrical connection method characterized by depositing a metal in a strip shape has been proposed.
  • FIG. 20 is a longitudinal sectional view of the electrostrictive effect element connected by the method. First, a method of manufacturing the electrostrictive element shown in FIG. 20 will be described. No.
  • a laminated body in which the electrostrictive materials 1 and 2 and the internal electrodes 3 and 4 are alternately laminated as shown in Fig. 1 is created by applying the multilayer ceramic capacitor manufacturing technology. Many internal electrodes 3 and 4 are exposed on the opposing side surfaces of the front and back surfaces, and two temporary external electrodes 1 3 formed on the other side surface (the other two opposing surfaces). , 14 alternately connected every other layer.
  • this laminate and the metal plate for the counter electrode are placed in a plating bath, and a DC voltage is applied from the metal plate for the counter electrode to the temporary external electrodes 13 and 14, a positive charge in the plating bath is obtained.
  • the metal ions thus deposited are deposited on the internal electrodes 3 and 4 to obtain deposited metals 5 and 6 as shown in FIG.
  • FIG. 22 is a partial cross-sectional view showing a laminate in which an insulating film 7 is applied on a deposited metal 5.
  • the insulators 7, 8 on the deposited metals 5, 6 are scraped off until the deposited metals 5, 6 are exposed.
  • FIG. 23 when external electrodes 9 are formed on the surface on which the deposited metal 5 and the insulating film 7 are applied, a large number of internal electrodes inside the element are connected to each other.
  • the portions excluding the small pieces with the temporary external electrodes at both ends become electrostrictive elements.
  • the element can be driven by applying a DC voltage between these temporary external electrodes.
  • a base metal is used as a plating material for connecting to an external electrode because the metal to be deposited must be ionized. Therefore, in the device having the above structure, when the device is exposed to a high temperature to form an insulating layer or an external electrode, the deposited metal is oxidized and cannot be electrically connected, or the wire is mechanically disconnected. In the worst case, there was a problem that cracks occurred in the insulating layer around the deposited metal due to volume expansion due to oxidation and the insulation resistance was reduced.
  • the present inventors have performed an external electrode forming process in a reducing atmosphere, but the electrostrictive material is also reduced at the same time. A new problem has arisen.
  • a method of depositing a noble metal that does not oxidize by plating can be considered.For example, silver has a problem of lowering the insulated resistance due to migration. A problem occurred.
  • an organic resin-based insulating layer and external electrodes that can be formed at a relatively low temperature, but there are concerns about problems such as long-term use or deterioration due to moisture, and a drop in mechanical strength at high temperatures. Is difficult to apply.
  • a sufficient insulating layer thickness cannot be obtained because the thickness of the insulating layer depends on the height of the metal projections due to the plating. That is, as shown in FIG. 24, assuming that the thickness of the insulating layer 7 is t and the distance between the internal electrode 3 having a polarity that is electrically different from that of the deposited metal 5 is W, the larger the distance W is, from the viewpoint of continuity. desirable. However, if the width of the deposited metal 5 is reduced for the purpose of increasing the distance W between the deposited metal 5 and the internal electrode 3, the height of the deposited metal 5 is also reduced, and a sufficient insulating layer thickness t cannot be obtained. On the other hand, as shown in FIG. 25, when the thickness of the deposited metal 5 is increased to increase the thickness t of the insulating layer 7, the width of the deposited metal 5 is increased, and the There is a problem that the distance W of 3 becomes small, and a sufficient absolute distance cannot be obtained.
  • the present invention solves the above problems and proposes a method for selectively and highly reliably insulating internal electrodes.
  • the electrostriction effect layer and the internal electrode are alternately laminated, and two surfaces where the ends of the internal electrode are exposed (normally, these two surfaces are opposed to each other). Then, a laminate having the other two surfaces where the internal electrodes are exposed is formed every other layer, and the laminate is formed every other layer of the laminate. Temporary external electrodes are formed on the two surfaces where the internal electrodes are exposed.
  • metal is deposited every other layer on the exposed internal electrode on one surface of the laminate by plating, and then, similarly, using the other temporary external electrode as a cathode.
  • the metal is further deposited on the internal electrode exposed portion on the internal electrode exposed surface different from the surface on which the metal is deposited by plating.
  • an insulating film is formed on the surface subjected to the plating. Thereafter, part of the insulating film and part or all of the deposited metal are removed by appropriate means such as machining to expose the deposited metal or the end of the internal electrode. Finally, the external electrode is formed. Thereby, the internal electrodes are connected every other layer.
  • well-known mechanical processing for example, processing using a dicer
  • processing using a dicer can be applied as a means for removing the exposed portion of the inner electrode and the peripheral portion where no metal is deposited by plating. It has been found that more preferable shot blasting can be applied.
  • the electrostrictive material on the surface on which the temporary external electrodes are not provided is removed.
  • Means for projecting the internal electrode by partially removing it by etching can be employed. In this case Since the end of the internal electrode protrudes and the metal due to plating is deposited there, there is an advantage that the adhesion strength of the deposited metal is increased, and a more reliable element can be realized.
  • a method of removing metal projections deposited by plating may be employed.
  • an insulating film is formed.
  • polishing or the like is performed.
  • the metal protrusions are removed until the internal electrodes are eliminated, and the internal electrodes are exposed every other layer.
  • the external electrodes are formed, whereby the internal electrodes can be connected every other layer.
  • a part of the insulating film and a part of the deposited metal are removed by appropriate means such as machining to expose the deposited metal, and then the exposed deposited metal is removed.
  • the internal electrodes can be exposed every other layer, and finally, by forming the external electrodes, the internal electrodes can be connected every other layer.
  • the deposited metal that is a base metal is completely removed, an oxide film is not substantially formed even when the element is at a high temperature at the time of forming the external electrode, and the electrical contact failure due to the oxide and the mechanical Problems such as disconnection can be eliminated.
  • the plating height can be increased by performing plating on the internal electrode protruded by etching, so that a sufficient insulating layer thickness can be obtained, and at the same time, the internal electrode and the deposited metal can be formed. Since the bonding area is large, the bonding strength of the deposited metal can be improved. Furthermore, by performing the process of removing the non-metal deposited portion, the interface distance between the electrostrictive effect layer and the insulating layer, which leads to the internal electrode having a different electrical polarity from the deposited metal, can be substantially lengthened. improves. [Brief description of drawings]
  • FIG. 1 is a view showing an internal electrode pattern of an alternate electrode laminate block according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram in which the alternate electrode laminate block is plated every other layer.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a processing step in the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a processing step in the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a processing step in the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a processing step in the present invention.
  • FIG. 7 is a sectional view of a laminate according to the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of the alternate electrode laminate block after the surface to be plated is etched.
  • FIG. 9 is a diagram in which alternate layered laminates are plated every other layer.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a processing step in the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a processing step in the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic view showing a processing step in the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic view showing a processing step in the present invention.
  • FIG. 14 is a sectional view of a laminate according to the present invention.
  • FIG. 15 is a sectional view of a laminate according to the present invention.
  • FIG. 16 is a perspective view and a schematic cross-sectional view showing the processing steps (a) to (i) of the first embodiment.
  • FIG. 17 is an enlarged cross-sectional view showing the state near the external electrodes of the stacked displacement element formed according to the first embodiment.
  • FIG. 18 and FIG. 19 are schematic views of different conventional laminated displacement elements.
  • FIG. 20 is a sectional view of a laminate having a conventional structure.
  • FIG. 21 is a perspective view showing an alternate electrode laminate block having temporary external electrodes.
  • FIG. 22 is a schematic view showing a processing step of a laminate having a conventional structure.
  • FIG. 23 is a schematic view showing a processing step of a laminated body having a conventional structure.
  • FIG. 24 is a view for explaining a defect of the conventional structural element.
  • FIG. 25 is a view for explaining a defect of the conventional structural element.
  • FIG. 16 (a) to (i) are a perspective view and a schematic cross-sectional view, respectively, showing the processing steps in this embodiment.
  • a sheet made of an electromechanical conversion material for example, having a thickness of 100 / xm is cut to form a thin plate 21 having a side of, for example, 47 mm square as shown in FIG. 16 (a).
  • a platinum conductive paste or a silver-palladium paste on which the internal electrodes 22a (22b) are to be formed is printed, leaving 2 to 3 mm.
  • 100 thin plates 21 are alternately stacked to form a laminate 25.
  • it is sintered at a predetermined temperature to form a laminated body 25 having, for example, a side of 40 mm square as shown in FIG. 16 (c).
  • the alternating electrode portions 25a and 25b of the laminate 25 are cut at intervals of, for example, 5 mm so that the force of the alternate electrode portions 25a and 25b remains, and a block-like laminate 51 shown in FIG. Formed.
  • the edges of the internal electrodes 22a and 22b are exposed on the side surfaces other than the alternating electrode portions 25a and 25b of the block-shaped laminate 51.
  • 26 is a protective film. It is made of, for example, glass or silica, and is formed at the edge of the internal electrode 22a and in the vicinity thereof. Note that on the other opposing side surface, a similar protective film is formed on the end of the internal electrode 22b and in the vicinity thereof.
  • the protective film 26 can be formed by, for example, an electrophoresis method. That is, first, an adhesive tape or the like is attached to the side surface on the back side of the laminate 51 shown in FIG. 16 (e) to cover the exposed edges of the internal electrodes 22a and 22b. Next, a temporary external electrode (not shown) is provided on the alternating electrode portion 25a, and the laminate 51 is immersed in a suspension containing glass powder. A counter electrode plate (not shown) is placed in front of the side surface on the front side, and a DC voltage of, for example, 10 to 200 V is applied between the counter electrode plate and the temporary external electrode.
  • an adhesive tape or the like is attached to the side surface on the back side of the laminate 51 shown in FIG. 16 (e) to cover the exposed edges of the internal electrodes 22a and 22b.
  • a temporary external electrode (not shown) is provided on the alternating electrode portion 25a, and the laminate 51 is immersed in a suspension containing glass powder.
  • a counter electrode plate (not shown) is placed in front of
  • the positively charged glass powder receives a force due to the electric field generated from the counter electrode plate toward the edge of the internal electrode 22a, moves in the suspension, and moves along the edge of the internal electrode 22a. And adhere to its vicinity.
  • the glass powder since no voltage is applied to the internal electrode 22 b, the glass powder does not adhere, and the protective film 26 can be formed only at the end of the internal electrode 22 a and in the vicinity thereof.
  • the laminate 51 is pulled up from the suspension, and the protective film 26 is fixed.
  • the fixing means of the protective film 26 may be fired after drying, but may be, for example, a temporary fixing method of glass using an instant adhesive or the like.
  • a protective film is formed on the back side surface by the same means as described above. That is, in FIG. 16 (e), after covering the side surface on the front side with an adhesive tape or the like, and installing a temporary external electrode (not shown) on the alternate electrode portion 25b shown in FIG. 16 (d), The laminate 51 is immersed in the suspension, a counter electrode plate (not shown) is placed in front of the back side, and a DC voltage is applied between the counter electrode plate and the temporary external electrode. Then, a protective film similar to the above is formed on the edge of the internal electrode 22b and in the vicinity thereof.
  • Protective film 26 is formed on the edges of internal electrodes 22a and 22b as above
  • the laminated body 51 thus obtained is subjected to a shot blast process. That is, a plurality of volume bodies 51 and crow beads or abrasive grains such as A123, SiC, Si02 are used, and a groove or a concave portion is formed by the impact of the abrasive grains.
  • the surface other than the protective film 26 is selectively polished by collision of abrasive grains and rubbing to form a curved concave portion 29.
  • an insulating material such as glass is applied or printed in the concave portion 29 to form an insulating layer 30.
  • FIG. 17 is an enlarged sectional view showing a state near the external electrode 23a of the stacked displacement element formed as described above.
  • the distance 10 between the outer electrode 23 a and the edge of the inner electrode 22 b existing through the insulating layer 30 is equal to the curved surface of the concave portion 29.
  • the lengths are along the length, and can be formed to be larger than the distance between the internal electrodes 22a and 22b, so that the insulation withstand voltage can be improved.
  • the concave portion 29 is formed substantially uniformly along the edges of the internal electrodes 22a and 22b, the creepage distance 10 can be formed substantially constant, and the laminated type having excellent reliability is provided. It can be a displacement element.
  • the material for forming the protective film covering the exposed portion of the internal electrode was glass or silica powder.
  • the material may be formed of other materials. What is necessary is just to have a function that remains without being removed in the step of selectively polishing the side surfaces other than the protective film.
  • the means for forming the concave portion for forming the insulating layer may be any means other than the shot blast processing, and may be any means capable of selectively polishing the side surface of the laminate other than the protective film.
  • the insulating layer can be deposited and the external electrodes can be installed in the block-shaped laminate before being made into a single element, the handling is easy and the processing efficiency can be improved. . Further, since the creeping distance between the electrodes is along the curved surface, it can be formed larger than the conventional one, and the insulation withstand voltage can be improved.
  • This slurry was formed into a sheet having a thickness of 100 ⁇ m on a Mylar film by a doctor blade method. This was peeled off from the film, and a platinum base was printed on one side in the pattern shown in FIG. 1 to obtain internal electrodes 3 and 4. Dozens of these are sequentially laminated and heated and pressed.
  • binder removal is performed, and firing is performed at 110 to 1250 ° for 1 to 5 hours to form a laminate in which internal electrodes are exposed alternately on both left and right sides as shown in FIG.
  • temporary external electrodes 13 and 14 were formed on both side surfaces.
  • the opposing surface is plated.
  • the composition of the plating solution is 300 g of nickel sulfate, 45 g of nickel chloride, and 45 g of boric acid per liter of pure water.
  • the laminated body and the nickel counter electrode were immersed in this plating solution, the temporary external electrode was connected to the negative side, the counter electrode was connected to the positive side, and DC current was applied at a current density of 40 A / dm2 for 20 minutes.
  • strips 5 of nickel plating having a height of 30 jum and a width of 40 ⁇ m are formed on the internal electrodes alternately.
  • nickel plating is also formed on the masked rear side surface by the same means as described above.
  • FIG. 2 is an external view of a laminate subjected to nickel plating. Number 5 in the figure indicates a nickel-like band-like precipitate.
  • an insulating material was applied to the surface subjected to the shot blasting and baked to form an insulating layer 7.
  • both sides are subjected to lapping to remove a part of the insulating layer 7 and the entire nickel plating 5. Due to this lapping, the terminals of the internal electrodes 3 and 4 are again exposed on the side surfaces of the laminated body every other layer.
  • the laminated block obtained in this manner is cut along a dotted line parallel to the temporary external electrode as shown in FIG. 6, and as a single element, the external electrodes 9, 10 are formed as shown in FIG. If provided, they can be connected to the corresponding internal electrodes 3 and 4. According to the present embodiment, it is possible to remove all the metal projections deposited by plating, and it is possible to eliminate problems such as poor electrical connection and mechanical disconnection due to oxidation of the metal projections. In addition, since a sufficient insulating layer thickness can be obtained, the absolute reliability of the device is greatly improved.
  • the upper and lower surfaces of the laminated body where the temporary external electrodes and the internal electrodes are not exposed are masked, and as shown in FIG. 8, the internal electrodes are protruded by etching the ceramics on the surface of the laminated body to be plated.
  • the ceramics were etched 10 ⁇ m by immersion in a 10% hydrochloric acid solution at 50 ° C for 60 minutes.
  • FIG. 9 is an external view of a laminate subjected to nickel plating
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view. Number 5 in the figure indicates a nickel band-like precipitate.
  • shot blasting was performed in the same manner as in Example 2 to form a concave removal portion 15 as shown in FIG. 11, and then, prior shot blasting was performed as shown in FIG. Apply insulating material 7 to the surface and bake. Further, as shown in FIG. 13, both sides are subjected to lapping to remove a part of the insulating layer 7 to expose the nickel plating 5.
  • the laminate block thus obtained was cut in the same manner as in Example 2 to form a single element, and then external electrodes 9 and 10 were provided as shown in FIG. , 4 can be connected.
  • the adhesion strength between the internal electrode and the deposited metal is large, and a sufficient insulating layer thickness can be obtained without growing the deposited metal at a high level, the absolute reliability of the element is greatly improved. I do.
  • a laminate is formed in which the external electrodes are exposed every other layer, and the temporary external electrodes 13 and 14 are formed on both side surfaces, and then the upper and lower surfaces of the laminate where the temporary external electrodes and the internal electrodes are not exposed are masked. Then, the internal electrodes are made to protrude by etching the ceramics on the surface of the laminate to be plated. The etching was performed by immersing in a 10% hydrochloric acid solution at 50 ° C. for 60 minutes. As a result, the ceramic was etched by 10 ⁇ m.
  • Example 2 Next, one of the etched side surfaces of the laminate was masked with a masking material, and the opposite surface was plated under the same conditions as in Example 2 to obtain a height of 50 wm and a width of 40 wm. Band deposits 5 of nickel plating of wm are formed every other layer on the internal electrode.
  • the surface on which the insulating layers 7 and 8 are formed is subjected to lapping to remove a part of the insulating layer 7 and expose the nickel plating 5.
  • the laminate was immersed in a 10% nickel chloride solution, the temporary external electrodes 13 and 14 were connected to the anode, the nickel counter electrode plate was connected to the cathode, and a current density of 30 AZ dm was used. A direct current voltage was applied for one minute, and the exposed deposited metals 5 and 6 of the laminate were removed by electrolytic etching.
  • the laminate block thus obtained was cut in the same manner as in Example 2. Then, after forming a single element, if the external electrodes 9 and 10 are provided as shown in FIG. 15, it can be connected to the corresponding internal electrodes 3 and 4.
  • Table 1 shows the characteristics of the devices according to the conventional method and the present invention.
  • the remaining nickel plating is oxidized and there are internal electrodes that are not connected to the external electrodes. It is smaller than the element used.
  • all the metal projections deposited by plating can be removed, so that problems such as poor electrical connection and mechanical disconnection due to oxidation of the deposited metal can be eliminated. Furthermore, by plating the internal electrodes protruding by etching, the plating height can be increased.Thus, a sufficient insulating layer thickness can be obtained, and at the same time, the adhesion area between the internal electrodes and the deposited metal is large. Therefore, the adhesive strength of the deposited metal can be improved. Further, by performing groove processing using a shot blast or the like, the electrostrictive effect layer 1 and the insulating layer reaching the internal electrode 3 electrically different from the deposited metal 5 shown in FIGS. 24 and 25 are obtained. Since the interface distance W of No. 7 can be substantially lengthened, absolute reliability is improved.
  • a platinum paste was used as the internal electrode material, but a silver-palladium paste may be used.
  • band-like gold deposited on the laminate Nickel was used as the metal material, but any plating liquid other than nickel can be used as long as it is a plating liquid that does not damage the electrostrictive effect layer.Even if copper, iron, chromium, tin, etc. are used The effect was obtained. Further, an acid solution was used to project the internal electrodes. However, if an electrostrictive material can be selectively etched, for example, ion etching may be used. Further, although the electric field etching was used as a means for removing the deposited metal, a method other than the above embodiment may be used. For example, a chemical etching using an acid solution or the like, an ion etching or the like may be used.

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Description

明 細 書 電歪効果素子の製造方法
[技術分野]
本発明は、 産業用ロボッ トのァクチユエ一夕、 超音波モータ等に使用 される電歪材料あるいは圧電材料等の電気機械変換材料 （以下、 単に電 歪材料ということがある） からなる薄板を、 内部電極を介して複数枚積 層することにより、 変位量を増大させた積層型変位素子 （以下、 電歪効 果素子と称することがある） の製造方法に関するものであり、 特に、 積 層体側面に露出した内部電極を選択的にかつ高い信頼性で絶縁するもの である。
[背景技術〕
従来、 X— Yステージの位置決め機構や制動ブレーキ等に用いられて いる変位用素子に使用する積層型変位素子は、 所定の形状に加工した圧 電セラミック材料からなる薄板に電極を設けて分極した後、 直接若しく は薄い金属を介して有機系の接着剤で接合する方法が採用されている。 しかし上記のように接着剤を使用して積層したものは、 使用条件により 、 圧電素子の制動による変位を接着剤層が吸収したり、 高温の環境若し くは長期間の使用により接着剤が劣化する等の欠点がある。
このため、 最近では積層チップコンデンサ構造方式の積層型変位素子 が実用化されている。
従来の積層型変位素子は例えば図 1 8に示す構成になっている。 第 1 8図において、 4 1は圧電セラミック材料によって形成された薄板であ り、 正負の内部電極 4 2 a、 4 2 bを交互に挟着して積層し、 積層体 4 5を形成する。 内部電極 4 2 a、 4 2 bは各々一方の端縁部が外方に露 出するように形成し、 各々積層方向に延設した外部電極 4 3 a、 4 3 b と接続し、 はんだ 4 7を介してリード線 4 6を接続する。
以上の構成により、 外部電極 4 3 a、 4 3 bに正負の電圧を印加する と、 前記内部電極 4 2 a、 4 2 b間に電界が発生し、 薄板 4 1は圧電セ ラミツク材料の縦効果により厚さ方向に伸びて変位を生ずる。 しかしな がら、 このような構成のものにおいては、 側面に近い周辺部すなわち内 部電極 4 2 a、 4 2 bの重合しない部分は電界強度が小であるため、 変 形しないのみならず素子全体の変形を阻害するように働く。 従ってこの ような交互電極型のものでは、 電気機械変換材料固有の歪量を得ること ができず、 また変位部と非変位部との境界に応力集中が起こり、 高電圧 の印加若しくは長時間の電圧印加により、 素子が破壊するという欠点が ある。
上記欠点を改良したものとして、 第 1 9図に示すような積層型変位素 子があり、 圧電変位効率を向上させた所謂全面電極型と称されるもので ある （例えば特開昭 5 8 - 1 9 6 0 6 8号公報等参照） 。 第 1 9図にお いて同一部分は前記第 1 8図と同一の参照符号で示すが、 内部電極 4 2 a、 4 2 bは薄板 1の表面全域に及ぶように形成して、 所要枚数を前記 同様に積層する。 次に上記のようにして形成した積層体 4 5の一方の側 面において、 内部電極 4 2 a、 4 2 bの端縁に一層おきに （例えば内部 電極 4 2 bのみに） 絶縁材料からなる被覆 4 4 aを設けると共に、 被覆 4 4 aの上から導電性材料からなる外部電極 4 3 aを被着させる。 一方 積層体 4 5の他の側面においては、 上記被覆 4 4 aを設けなかった内部 電極 （例えば 4 2 a ) の端縁に前記と同様に被覆 4 4 bを設け、 その上 から外部電極 4 3 bを被着させるのである。 以上の構成による作用は前 記第 1 8図におけるものと同様であるが、 このような構成のものにおい ては実質的に非変位部が存在しないため、 第 1 8図に示す構成のものよ り均一な変形が得られ、 応力集中が発生しない。 従って電気機械変換材 料固有の大なる歪量を得ることができ、 変形に際しての破壊を発生する ことがないという長所がある。
上記の通り縦効果を利用した電歪効果素子の構造においては歪発生時 の応力集中を防ぐため、 電歪効果素子の断面積と同じ大きさの断面積の 内部電極をもつ、 いわゆる全面電極構造とすることが有効である。 また 、 低電圧で高い電界を発生させ大きな歪を得るためには内部電極相互の 間隔、 換言すれば電歪材料の厚さをできるだけ薄くすることが望ましく 、 現状では 1 0 0 μ m以下にすることが望まれている。 しかし、 素子断 面と同じ面積の内部電極を一層おきに電気的に並列接続するには特別の 工夫を必要とする。
すなわち、 積層コンデンサ一と同様の方法で作られた積層素子は、 隣 接する電極間の間隔が数 1 0 μ πιないし数 1 0 0 μ πιであり、 さらに露 出している電極の厚さは僅か数 M m程度であるため、 これから一層おき に電極 （リード線） を取り出すことは極めて困難である。
この問題を解決する方法として、 特開昭 6 0 - 1 9 6 9 8 1号公報に は、 このような電歪材料積層体の側面に露出した内部電極の端面に、 メ ツキにより一層おきに金属を帯状に析出させることを特徴とする電気的 接続方法が提案されている。
第 2 0図はその方法により接続した電歪効果素子の縦断面図である。 まず、 第 2 0図に示す電歪効果素子の製造方法について説明する。 第
2 1図に示すような電歪材料 1 、 2と内部電極 3、 4とを交互に積層し た積層体を積層セラミックコンデンサの製造技術を応用して作成する。 多数の内部電極 3、 4は表面と裏面の相対向する側面に露出しており、 また他の側面 （他の対向する 2面） に形成した 2つの仮設外部電極 1 3 、 1 4に一層おきに交互に接続している。 メツキ浴中にこの積層体と対 向電極用金属板とを設置し、 この対向電極用金属板から仮設外部電極 1 3、 1 4に向けて直流電圧を印加すると、 メツキ浴中のプラスに帯電し た金属イオンは内部電極 3、 4上に析出し第 2 0図に示すような析出金 属 5、 6が得られる。
次に析出金属 5、 6を形成した面に絶緣膜 7、 8を塗布する。 第 2 2 図は析出金属 5上に絶縁膜 7を塗布した積層体を示す部分横断面図であ る。
次に析出金属 5、 6上の絶縁物 7、 8を析出金属 5、 6が露出するま で削り落とす。 次いで第 2 3図に示すように析出金属 5及び絶縁膜 7を 施した面に外部電極 9を形成すると素子内部の多数の内部電極は一層お きに互いに接続される。 このような積層体を仮設外部電極 1 3、 1 4の 付いた面と平行な面で切断すると、 両端の仮設外部電極の付いた小片を 除く部分が電歪効果素子となる。 それらの仮設外部電極の間に直流電圧 を印加することにより素子を駆動することができる。
一般に電歪材料は、 酸化雰囲気で焼成されるため、 内部電極材料には 銀ノパラジューム系あるいは白金等の酸化しにくい貴金属が使用される
。 一方、 外部電極と接続するためのメツキ材料には、 析出させる金属を イオン化する必要があることから、 メツキ材料として卑金属が用いられ る。 従って、 上記構造の素子では、 絶縁層あるいは外部電極形成のため に素子を高温度下においた場合などに、 前記析出金属が酸化して電気的 導通がとれなくなったり、 機械的に断線するといつた不具合が生じ、 最 悪の場合、 酸化による体積膨張のため析出金属周辺の絶縁層にクラック が入り絶縁抵抗が低下するという問題があった。
上記問題を解決する方法として、 本発明者らは外部電極形成処理を還 元雰囲気中で行ってみたが、 電歪材料も同時に還元されてしまうという 新たな問題が発生した。 また酸化しない貴金属をメツキにより析出させ るという手段も考えられるが、 例えば銀ではマイグレーションによる絶 緣抵抗の低下という問題があり、 α金ゃパラジュ一ム等ではメッキ液に 電歪材料が侵されてしまうという問題が発生した。 また、 比較的低温で 形成できる有機樹脂系の絶緣層及び外部電極を用いることも考えられる が、 長期間の使用あるいは水分による劣化や、 高温での機械的強度の低 下といつた問題が懸念されるため適用は難しい。
また、 上記メツキにより析出した金属突起を利用する方法では、 絶縁 層の厚みがメツキによる金属突起の高さに依存するため、 十分な絶緣層 厚さを得ることができない。 すなわち、 第 2 4図に示すように、 絶縁層 7の厚みを t、 析出金属 5と電気的に極性の異なる内部電極 3の距離を Wとすると、 絶緣性の観点から距離 Wは大きい方が望ましい。 しかし、 析出金属 5と内部電極 3の距離 Wを大きくする目的で、 析出金属 5の幅 を小さくした場合、 析出金属 5の高さも低くなり、 十分な絶縁層厚さ t が得られない。 一方、 第 2 5図に示すように、 絶縁層 7の厚さ tを大き くするために、 析出金属 5を大きく成長させた場合、 析出金属 5の幅が 広くなり、 析出金属 5と内部電極 3の距離 Wが小さくなつてしまい、 十 分な絶緣距離が得られないという問題がある。
本発明は、 上記問題点を解決し、 内部電極を選択的にかつ高い信頼性 で絶縁する方法を提案するものである。
〔発明の開示〕
上記問題点を解決する方法として、 本発明では電歪効果層と内部電極 · を交互に積層し、 内部電極の端部が露出している 2つの面 （通常、 この 2つの面は対向するように作成される） と、 一層おきに内部電極が露出 している他の 2つの面を有する積層体を作成し、 該積層体の一層おきに 内部電極が露出している 2つの面に仮設外部電極を形成する。
次に、 一方の仮設外部電極を陰極として、 メツキにより該積層体の一 つの面の内部電極露出部に一層おきに金属を析出させ、 次いで同様にし て、 他方の仮設外部電極を陰極として前記メツキにより金属を析出させ た面とは異なる内部電極露出面の内部電極露出部にメツキにより一層お きに金属を析出させる。 次に前記メツキにより金属が析出されなかった 一層おきの内部電極露出部分およびその周辺部分を適当な手段により除 去した後、 該メツキを行った面に絶縁膜を形成する。 その後、 前記絶縁 膜の一部と析出金属の一部若しくは全部を機械加工等の適当な手段によ り取り除き前記析出金属または、 内部電極端部を露出させ、 最後に、 外 部電極を形成することにより、 内部電極を一層おきに接続するものであ る。
本発明において、 メツキにより金属が析出されなかった一層おきの内 部電極露出部分およびその周辺部分を除去する手段としては、 周知機械 加工、 例えばダイサーによる加工等が適用できるが、 本発明者らは、 よ り好ましいショッ トブラスト加工が適用できることを見出した。
すなわち、 アルミナ （A 1 2 0 3 ) 、 炭化シリコン （S i C ) 、 酸化 シリコン （S i 0 2 ) 、 等の砥粒を使用し、 砥粒の衝撃によりニッケル メツキ 5、 6以外の表面が選択的に研磨されて第 3図に示すように曲面 状の凹部 1 5を形成する。
上記の構成により、 メツキによる金属突起の高さが低くても、 前記凹 部を深く形成することにより十分な絶縁層厚さを得ることが出来る。 上記本発明において、 仮設外部電極を形成した積層体を準備した後、 前記仮設外部電極を設けなかった面 （実質的に全ての内部電極の端部が 露出している面） の電歪材料をエッチングにより部分的に除去すること により内部電極を突出させる手段を採用することができる。 この場合に は、 内部電極端部が突出し、 そこにメツキによる金属が析出するため、 析出金属の接着強度が大きくなる等の利点があり、 より信頼度の高い素 子を実現できる。
また、 本発明ではメツキにより析出した金属突起を取り除く方法を採 用することもできる。
その手段の一-^ ^として、 本発明においては、 前述したように機械的加 ェ等により、 金属突起の間の部分を取り除き凹部を形成した後、 絶緣膜 を形成するが次に、 研磨等により前記金属突起部分がなくなるまで削り 、 内部電極を一層おきに露出させ、 その後、 外部電極を形成することに より、 内部電極を一層おきに接続することができる。
また、 他の手段として絶縁膜を形成した後、 前記絶縁膜の一部と析出 金属の一部を機械加工等の適当な手段により取り除き前記析出金属を露 出させ、 次に露出した析出金属を溶解させて取り除くことにより内部電 極を一層おきに露出させ、 最後に、 外部電極を形成することにより、 内 部電極を一層おきに接続することもできる。
上記本発明によれば、 卑金属である析出金属は全て取り除かれるため 、 外部電極形成時に素子を高温度下においても実質的に酸化膜が生成せ ず、 酸化物による電気的接触不良や、 機械的断線といった不具合をなく すことが出来る。
また、 本発明によればエッチングにより突出した内部電極にメツキを 行うことによりメツキ高さを高くすることが出来るので、 充分な絶縁層 厚さを得ることが出来ると同時に、 内部電極と析出金属の接着面積が大 きくなるため、 析出金属の接着強度も向上させることができる。 さらに 、 金属非析出部を除去する加工を行うことにより、 析出金属と電気的に 極性の異なる内部電極に至る電歪効果層と絶縁層の界面距離を実質的に 長くできるので、 絶緣信頼性が向上する。 [図面の簡単な説明]
第 1図は本発明における交互電極積層体プロックの内部電極パターン を示す図である。
第 2図は交互電極積層体プロックに一層おきにメツキを行った図であ る。
第 3図は本発明における加工工程を示す略図である。
第 4図は本発明における加工工程を示す略図である。
第 5図は本発明における加工工程を示す略図である。
第 6図は本発明における加工工程を示す略図である。
第 7図は本発明における積層体の断面図である。
第 8図は交互電極積層体プロックのメツキを施す面をエッチングした 後の斜視図である。
第 9図は交互電極積層体プロヅクに一層おきにメッキを行った図であ る。
第 1 0図は本発明における加工工程を示す略図である。
第 1 1図は本発明における加工工程を示す略図である。
第 1 2図は本発明における加工工程を示す略図である。
第 1 3図は本発明における加工工程を示す略図である。
第 1 4図は本発明における積層体の断面図である。
第 1 5図は本発明における積層体の断面図。
第 1 6図は第 1実施例の加工工程 （a ) 〜 （ i ) を示す斜視図および 模式断面図である。
第 1 7図は第 1実施例により形成した積層型変位素子の外部電極近傍 の状態を示す拡大断面図である。
第 1 8図と第 1 9図は、 それぞれ異なる従来例の積層型変位素子の模 式図である。 第 2 0図は従来の構造の積層体の断面図。
第 2 1図は仮設外部電極を有する交互電極積層体プロックを示す斜視 図。
第 22図は従来構造の積層体の加工工程を示す略図。
第 23図は従来構造の積層体の加工工程を示す略図。
第 24図は従来構造素子の不具合を説明する図。
第 2 5図は従来構造素子の不具合を説明する図。
[発明を実施するための最良の形態〕
以下、 実施例に従い本発明を詳細に説明する。
[実施例 1〕
第 1 6図 （ a) ないし （ i ) は夫々本実施例における加工工程を示す 斜視図および模式的断面図である。
まず、 電気機械変換材料からなる例えば厚さ 1 00 /xmのシートを切 断して第 1 6図 （ a ) に示すような例えば 1辺 47 mm角の薄板 2 1を 形成し、 一方の縁辺に 2〜3 mmを残して内部電極 22 a ( 22 b) を 形成すべき白金導電ペース卜若しくは銀一パラジウムペーストを印刷す る。 上記薄板 2 1を第 1 6図 （b ) に示すように交互に例えば 1 00枚 積層して積層体 2 5を形成する。 この積層体 2 5を脱バインダー後、 所 定温度で焼結して第 1 6図 （c ) に示すような例えば 1辺 40mm角の 積層体 25とする。 次にこの積層体 2 5の交互電極部 25 a、 25 b力 残存するように、 例えば幅 5mmの間隔で切断し、 第 1 6図 （d) に示 すようなブロック状の積層体 5 1に形成する。 このブロック状の積層体 5 1の交互電極部 2 5 a, 2 5 b以外の側面には、 内部電極 22 a， 2 2 bの端縁が露出している。 第 1 6図 （ e ) において 2 6は保護膜であ り、 例えばガラス若しくはシリカ等からなり、 内部電極 2 2 aの端縁お よびその近傍に形成したものである。 なお対向する他の側面においては 、 内部電極 2 2 bの端緣およびその近傍に同様の保護膜を形成する。 上記保護膜膜 2 6を形成するには、 例えば電気泳動法によることがで きる。 すなわちまず第 1 6図 （e ) に示す積層体 5 1の裏側の側面部に 粘着テープ等を粘着して内部電極 2 2 a , 2 2 bの露出端縁を被覆する 。 次に交互電極部 2 5 aに仮設外部電極 （図示せず） を設置し、 積層体 5 1をガラス粉末を含む懸濁液中に浸漬する。 対向電極版 （図示せず） を表側の側面部の前に設置し、 この対向電極板と前記仮設外部電極との 間に例えば 1 0〜2 0 0 Vの直流電圧を印加する。 これにより正に帯電 したガラス粉末は対向電極板から内部電極 2 2 aの端縁に向って発生し た電界によって力を受け、 懸濁液中を移動して内部電極 2 2 aの端縁お よびその近傍に付着する。 なおこの場合内部電極 2 2 bには電圧が印加 されていないため、 ガラス粉末は付着せず、 内部電極 2 2 aの端緣およ びその近傍にのみ保護膜 2 6を形成することができる。 次に積層体 5 1 を懸濁液中から引上げて、 保護膜 2 6を定着させる。
保護膜 2 6の定着手段としては、 乾燥後焼成してもよいが、 例えば瞬 間接着剤等によるガラスの仮固定方法によってもよい。 次に裏側の側面 部にも上記と同様の手段によって保護膜を形成する。 すなわち第 1 6図 ( e ) において表側の側面部を粘着テープ等によって被覆し、 第 1 6図 ( d ) に示す交互電極部 2 5 bに仮設外部電極 （図示せず） を設置した 後、 積層体 5 1を前記懸濁液中に浸漬し、 対向電極板 （図示せず） を裏 側の側面部の前に設置し、 対向電極板と仮設外部電極との間に直流電圧 を印加し、 内部電極 2 2 bの端縁およびその近傍に前記同様の保護膜を 形成するのである。
上記のように内部電極 2 2 a、 2 2 bの端縁に各々保護膜 2 6を形成 した積層体 5 1をショッ トブラス卜加工する。 すなわち複数個の体積体 5 1 とカラスビーズまたは A 1 2 0 3 、 S i C、 S i 0 2 等の砥粒を使 用し、 砥粒の衝撃により溝若しくは凹部を形成する。 このショッ トブラ スト加工により、 第 1 6図 （ f ) に示すように、 保護膜 2 6以外の表面 が砥粒の衝突および摺擦により選択的に研磨されて曲面状の凹部 2 9を 形成する。 次に第 1 6図 （g ) に示すように前記凹部 2 9内にガラス等 の絶縁材料を塗布若しくは印刷して、 絶縁層 3 0を形成する。 更に第 1 6図 （11 ) に示すように、 両側面部にラッピング加工を施して、 保護 膜 2 6および絶緣層 3 0の一部を除去する。 このラッビング加工により 、 内部電極 2 2 a、 2 2 bの端縁が再び積層体 5 1の側面部に 1層おき に露出されるから、 第 1 6図 （ i ) に示すように外部電極 2 3 a、 2 3 bを設ければ、 対応する内部電極 2 2 a、 2 2 bとを接続できる。
第 1 7図は上記のようにして形成した積層型変位素子の外部電極 2 3 a近傍の状態を示す拡大断面図である。 第 1 7図から明らかなように、 外部電極 2 3 aと絶緣層 3 0を介して存在する内部電極 2 2 bの端縁部 との間の沿距離 1 0 は、 凹部 2 9の曲面に沿う長さとなり、 内部電極 2 2 a、 2 2 b間の距離より大に形成することができ、 絶緣耐圧を向上さ せることができるのである。 また凹部 2 9は内部電極 2 2 a、 2 2 bの 端縁に沿って略均等に形成されるため、 沿面距離 1 0 も略一定に形成す ることができ、 信頼性に優れた積層型変位素子とすることができる。 本実施例においては、 内部電極の露出部を被覆する保護膜を形成する 材料をガラス若しくはシリカの粉末とした例について記述したが、 これ ら以外の材料によって形成してもよく、 要するに以後の工程である保護 膜以外の側面を選択的に研磨する工程において除去されることなく残存 する機能を有するものであればよい。 また保護膜の形成手段として電気 泳動法による例を示したが、 これに限定されず、 例えばスクリーン印刷 等の他の手段によってもよい。 更に絶緣層を形成すベき凹所の形成手段 は、 ショッ トブラスト加工以外の手段によってもよく、 積層体の保護膜 以外の側面を選択的に研磨し得る手段であればよい。
本実施例では、 単素子とする前のプロック状の積層体の状態において 絶緣層の被着および外部電極の設置等を行ない得るため、 取扱いが容易 であると共に、 加工能率を向上させることができる。 また電極間の沿面 距離が曲面に沿長さであるため、 従来のものより大に形成することがで き、 絶緣耐圧を向上させ得る。
[実施例 2]
まず、 P b (Z r、 T i ) 03 -P b (Mg、 Nb) 03 を主成分と する電歪材料粉末に、 有機パインダ一として PVB、 可塑剤として BP B G、 有機溶剤としてトリクレンを各々添加して混合し、 スラリーを作 成した。 このスラリ一をドクターブレード法によりマイラ一フィルム上 に厚さ 1 00 μ mのシート状に形成した。 これをフィルムから剥離し、 図 1に示すパターンでその片面に白金ベース卜を印刷し内部電極 3、 4 とした。 これを順次数十枚積層して加熱圧着する。 その後、 脱バインダ —を行い、 1 1 00〜 1 250°〇で 1〜5時間焼成して、 第 21図に示 すように、 左右両側面において内部電極が一層おきに露出した積層体を 作成し、 前記両側面に仮設外部電極 1 3、 14を形成した。
次に、 前記積層体の仮設外部電極の付いていない側面のうち一方をマ スキング剤によりマスキングした後、 対向面にメツキを行う。
メツキ液の組成は、 純水 1 リッ トルに対して、 硫酸ニッケル 300 g 、 塩化ニッケル 45 g、 ほう酸 45 g、 である。 このメツキ液中に前記 積層体及びニッケル製対向電極を浸漬し、 仮設外部電極をマイナスに、 対向電極をプラスに接続し、 電流密度 40 A/dm2 で 20分間直流電 圧を印加することにより、 高さ 3 0 ju m、 幅 4 0 μ mのニッケルメツキ の帯状析出物 5が内部電極上に一層おきに形成される。
次に、 マスキングを施した裏側の側面にも、 上記と同様の手段によつ てニッケルメッキを形成する。
第 2図はニッケルメツキを行った積層体の外観図である。 図中番号 5 は二ッケルの帯状析出物を示す。
次に、 内部電極 3、 4の端緣に各々ニッケルメツキ 5、 6を形成した 積層体をショッ 卜ブラス卜加工する。 例えば 4 0 0番 A l 2 0 3 砥粒を 使用し、 6 0秒間ショッ トブラス卜することにより、 l O O /z mの深さ の凹部が得られた。
次に、 第 4図に示すように前記ショヅ 卜ブラス卜加工を行った面に絶 縁材料を塗布し、 焼き付けることにより絶緣層 7を形成した。
さらに、 第 5図に示すように、 両側面部にラッピング加工を施して絶 緣層 7の一部及びニッケルメツキ 5の全部を除去する。 このラッピング 加工により、 内部電極 3、 4の端緣が再び積層体の側面に一層おきに露 出される。
このようにして得られた積層体ブロックを第 6図に示すように仮設外 部電極に平行な点線部分で切断し、 単素子としてから、 第 7図に示すよ うに外部電極 9、 1 0を設ければ、 対応する内部電極 3、 4と接続でき る。 本実施例によれば、 メツキにより析出させた金属突起を全て取り 除くことが出来、 前記金属突起の酸化による電気的接続不良や機械的断 線といった不具合をなくすことができる。 また、 十分な絶縁層厚さを得 ることができるため、 素子の絶緣信頼性が大幅に向上する。
[実施例 3〕
実施例 2と同様な方法により、 まず第 2 1図に示すような、 左右両側 面において内部電極が一層おきに露出した積層体を作成し、 前記両側面 に仮設外部電極 1 3、 1 4を形成した。
次に、 仮設外部電極および内部電極の露出していない積層体上下面を マスキングし、 図 8に示すように積層体のメツキを施す面のセラミック スをエックングすることにより内部電極を突出させる。 エッチングは 5 0 °Cの塩酸 1 0 %溶液に 6 0分間浸析することにより、 セラミックスが 1 0 μ mエッチングされた。
次に、 前記積層体の仮設外部電極の付いていない側面のうち一方をマ スキング材によりマスキングした後、 実施例 2と同じ条件で対向面にメ ツキを行い、 同様にして裏側の側面にもメツキを行う。
第 9図はニッケルメツキを行った積層体の外観図、 第 1 0図は部分断 面図である。 図中番号 5はニッケルの帯状析出物を示す。
次に、 実施例 2と同様にしてショッ トブラスト加工を行ない第 1 1図 に示すように凹状除去部 1 5を形成し、 次いで第 1 2図に示すように前 期ショヅ 卜ブラスト加工を行った面に絶縁材料 7を塗布し、 焼き付ける 。 さらに、 図 1 3に示すように、 両側面部にラッピング加工を施して絶 縁層 7の一部を取り除きニッケルメツキ 5を露出させる。
このようにして得られた積層体プロックを実施例 2と同様にして切断 し、 単素子とした後第 1 4図に示すように外部電極 9、 1 0を設ければ 、 対応する内部電極 3， 4と接続できる。
本実施例によれば、 内部電極と析出金属の接着強度が大きく、 かつ析 出金属を高く成長させることなく十分な絶縁層厚さを得ることができる ため、 素子の絶緣信頼性が大幅に向上する。
[実施例 4 ]
実施例 3と同様にまず第 2 1図に示すような、 左右両側面において内 部電極が一層おきに露出した積層体を作成し、 前記両側面に仮設外部電 極 1 3、 1 4を形成し、 次に仮設外部電極および内部電極の露出してい ない積層体上下面をマスキングし、 積層体のメツキを施す面のセラミッ クスをエッチングすることにより内部電極を突出させる。 エッチングは 、 5 0 °Cの塩酸 1 0 %溶液に 6 0分間浸漬することにより行った。 これ により、 セラミックスが 1 0 μ mエッチングされた。
次に、 前記積層体のエッチングを行った側面のうちの一方をマスキン グ材によりマスキングした後、 実施例 2と同じ条件で対向面にメツキを 施すことにより、 高さ 5 0 w m、 幅 4 0 w mのニッケルメツキの帯状析 出物 5が内部電極上に一層おきに形成される。
次に、 マスキングを施した裏側の側面にも、 上記と同様の手段によつ てニッケルメッキを形成することにより実施例 2と同様に第 9図および 第 1 0図に示した構成の積層体が得られる。
次に、 実施例 3と同様にして 6 0秒間ショッ トブラストを行うことに より、 約 1 2 0 μ πιの溝が形成された。 上記溝加工を行うことにより、 第 2 4図および第 2 5図に示した析出金属 5と電気的に極性の異なる内 部電極 3に至る電歪効果素子 1 と絶緣層 Ίの界面距離 Wを実質的に長く できるので、 絶緣信頼が向上する。
さらに、 第 1 3図に示すように、 前記絶縁層 7、 8を形成した面にラ ッピング加工を施して絶縁層 7の一部を取り除きニッケルメツキ 5を露 出させる。
次に、 上記積層体を 1 0 %塩化ニッケル溶液に浸潰し、 前記仮設外部 電極 1 3、 1 4を陽極に、 ニッケル製対向電極板を陰極に接続し、 電流 密度 4 0 A Z d mで 3 0分間直流電圧を印加し、 上記積層体の露出した 析出金属 5、 6を電解エッチングにより取り除いた。
このようにして得られた積層体プロックを実施例 2と同様にして切断 し、 単素子とした後、 図 1 5に示すように外部電極 9、 1 0を設ければ 、 対応する内部電極 3、 4と接続できる。
従来法および本発明による素子の特性を表 1に示す。 従来法により図 9に示す構成と同様に作成した素子では、 残留しているニッケルメツキ が酸化し、 外部電極と接続されなかった内部電極があるため、 静電容量 および変位量ともに、 本発明を用いた素子に比べ小さくなっている。
〔表 1 ]
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本実施例によれば、 メツキにより析出させた金属突起を全て取り除く ことが出来るので、 前記析出金属の酸化による電気的接続不良や機械的 断線といった不具合をなくすことが出来る。 さらに、 エッチングにより 突出した内部電極にメツキを行うことによりメッキ高さを高くすること が出来るので、 充分な絶縁層厚さを得ることが出来ると同時に、 内部電 極と析出金属の接着面積が大きくなるため、 析出金属の接着強度も向上 させることができる。 さらに、 ショッ トブラス卜等による溝加工を行う ことにより、 第 2 4図および第 2 5図に示した析出金属 5と電気的に極 性の異なる内部電極 3に至る電歪効果層 1と絶縁層 7の界面距離 Wを実 質的に長くできるので、 絶緣信頼性が向上する。
上記各実施例では、 内部電極材として白金ペーストを用いたが、 銀一 パラジームペーストを用いても良い。 また、 積層体上に析出した帯状金 属材料としニッケルを用いたが、 電気メツキ可能で、 かつ電歪効果層を 侵さないメツキ液の物ならばニッケル以外の物でも可能であり、 銅、 鉄 、 クロム、 錫などを用いても同様の効果が得られた。 また、 内部電極を 突出させるために酸溶液を用いたが、 電歪材料を選択的にエッチング出 来るものならば、 例えばイオンエッチング等によってもよい。 さらに、 析出金属を取り除く手段として電界エッチングを用いたが、 上記実施例 以外の方法を用いてもよく、 例えば酸溶液等による科学ェッチングゃ、 イオンエッチング等によってもよい。

Claims

請 求 の 範 囲
( 1 ) 電気機械変換材料からなる薄板と導電材料からなる内部電極と を各々複数個交互に積層して異なる平行側面に内部電極が露出した積層 体を形成する工程と、 一方の側面における内部電極とその近傍に 1層お きに保護膜を形成する工程と、 他方の側面における前記内部電極以外の 内部電極とその近傍に保護膜を形成する工程と、 上記積層体の保護膜以 外の側面を選択的に研磨する工程と、 前記保護膜を除去する工程とを含 むことを特徴とする積層型変位素子の製造方法。
( 2 ) 電歪材料と内部電極とが交互に積層され、 内部電極の端部が露 出している 2つの対向する面と、 一層おきに內部電極が露出している 2 つの対向する面を有する積層体を作成し、 該積層体の一層おきに内部電 極が露出している 2つの対向する面に仮設外部電極を形成し、 一方の仮 設外部電極を陰極としてメツキにより該積層体の一つの面の内部電極露 出部に一層おきに金属を析出させた後、 他方の仮設外部電極を陰極とし て、 当該積層体のメツキを析出させた前記面および内部電極と異なる内 部電極露出部にメツキにより金属を析出させ、 該メツキを行った面にお いて、 メツキで覆われていない部分を選択的に除去して凹部を形成し、 該凹部に絶縁膜を形成し、 その後前記絶縁膜の一部と析出金属の全部を 取り除き内部電極を露出させた後、 該露出した内部電極を接続する外部 電極を形成することを特徴とする電歪効果素子の製造方法。
( 3 ) 電歪材料と内部電極とが交互に積層され、 内部電極の端部が露 出している 2つの面と、 一層おきに内部電極が露出している他の 2つの 面を有する積層体を作成し、 該積層体の一層おきに内部電極が露出して いる 2つの面に仮設外部電極を形成した後、 前記仮設外部電極を形成し なかった面のセラミックスをエッチングすることより内部電極を突出さ せ、 一方の仮設外部電極を陰極として、 メツキにより該積層体の一^つの 面の内部電極露出部に一層おきに金属を析出させた後、 他方の仮設外部 電極を陰極として、 当該積層体のメッキを析出させた面と異なる内部電 極露出部にメツキにより金属を析出させ、 該メツキを行った両面におい て、 メツキで覆われていない部分を選択的に除去して凹部を形成し、 該 凹部に絶縁膜を形成し、 その後前記絶縁膜および析出金属の一部を取り 除き前記析出金属を露出させた後、 該露出した析出金属を接続する外部 電極を形成することを特徴とする電歪効果素子の製造方法。
( 4 ) 電歪材料と内部電極とが交互に積層され、 内部電極の端部が露 出している 2つの対向する面と、 一層おきに内部電極が露出している 2 つの対向する面を有する積層体を作成し、 該積層体の一層おきに内部電 極が露出している 2つの対向する面に仮設外部電極を形成した後、 他の 対向する 2側面をエッチングすることにより、 内部電極を突出させ、 一 方の仮設外部電極を陰極として、 メツキにより該積層体の一つの面の内 部電極露出部に一層おきに金属を析出させた後、 他方の仮設外部電極を 陰極として、 当該積層体のメツキを析出させた面及び内部電極、 と異な る内部電極露出部にメツキにより金属を析出させ、 前記メツキの行われ なかった内部電極の突出部分およびその周辺部分を除去し、 該メツキを 行った面において、 メツキで被われていない部分に絶縁膜を形成し、 そ の後前記絶縁層の一部を取り除き前記析出金属を露出させ、 該露出した 析出金属を取り除く ことにより内部電極を一層おきに露出させた後、 外 部電極を形成することを特徴とする電歪効果素子の製造方法。
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