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公開番号2025088076
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-11
出願番号2023202526
出願日2023-11-30
発明の名称圧電素子ユニット、圧電駆動装置、および圧電素子ユニットの製造方法
出願人セイコーエプソン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10N 30/20 20230101AFI20250604BHJP()
要約【課題】製造コストの上昇を抑え、複数の圧電素子間の導通をとる技術を提供する。
【解決手段】圧電素子ユニットは、第1主面と、第2主面と、第1主面と第2主面とを接続する端部とを有する半導体基板と、第1主面上に形成されている圧電素子と、圧電素子上に形成されている第1絶縁膜であって、端部上まで延在する第1絶縁膜と、第1絶縁膜上に形成され、圧電素子と電気的に接続されている配線層と、第2主面上に形成されている第2絶縁膜と、を備え、第1絶縁膜は、端部上に形成されている第1絶縁膜端部領域を有し、配線層は、第1絶縁膜端部領域上まで延在し、第1絶縁膜端部領域上に形成されている配線層端部領域を有し、端部は、第1主面と交差する端面と、端面と第2主面との間に、端面よりも外方に突出する突出部と、を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
圧電素子ユニットであって、
第１主面と、前記第１主面とは反対側に位置する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する端部とを有する半導体基板と、
前記第１主面上に形成されている圧電素子と、
前記圧電素子上に形成されている第１絶縁膜であって、前記端部上まで延在する第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成され、前記圧電素子と電気的に接続されている配線層と、
前記第２主面上に形成されている第２絶縁膜と、を備え、
前記第１絶縁膜は、前記端部上に形成されている第１絶縁膜端部領域を有し、
前記配線層は、前記第１絶縁膜端部領域上まで延在し、前記第１絶縁膜端部領域上に形成されている配線層端部領域を有し、
前記端部は、前記第１主面と交差する端面と、前記端面と前記第２主面との間に、前記端面よりも外方に突出する突出部と、を有する、圧電素子ユニット。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
請求項１に記載の圧電素子ユニットであって、
前記端面には、前記第１主面から前記第２主面に向かう方向に凹凸構造が並ぶスキャロップが形成されている、圧電素子ユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電素子ユニットであって、
前記突出部は、前記端面と前記突出部の先端とを接続する上面を有し、
前記上面は、前記端面と前記突出部との接続部から前記先端に向かって曲線を描くように湾曲している、圧電素子ユニット。
【請求項４】
請求項１に記載の圧電素子ユニットと、
前記圧電素子の振動により楕円運動する接触部と、
前記接触部により駆動される被駆動体と、を備える、圧電駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電駆動装置であって、
前記第２絶縁膜は、前記配線層端部領域上まで延在し、前記配線層端部領域上に形成されている第２絶縁膜端部領域を有する、圧電駆動装置。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電駆動装置であって、
前記配線層端部領域は、前記第１主面から前記第２主面に向かう方向における端面である配線端面を有し、
前記配線端面は、前記第２主面から前記第１主面に向かう方向に、前記第２主面よりも後退している、圧電駆動装置。
【請求項７】
請求項４から６のいずれかに記載の圧電駆動装置であって、
前記圧電素子ユニットを複数備え、
前記複数の前記圧電素子ユニットは、積層されている、圧電駆動装置。
【請求項８】
請求項７に記載の圧電駆動装置であって、
前記複数の前記圧電素子ユニットは、第１の前記圧電素子ユニットと、前記第１の前記圧電素子ユニットに積層される第２の前記圧電素子ユニットとを含み、
前記第１の前記圧電素子ユニットの前記圧電素子は、前記第２の前記圧電素子ユニットの前記圧電素子と対向している、圧電駆動装置。
【請求項９】
請求項４に記載の圧電駆動装置であって、
基板配線が形成されている回路基板をさらに備え、
前記回路基板は、前記端部に沿って配置され、前記基板配線は、前記配線層と電気的に接続されている、圧電駆動装置。
【請求項１０】
第１主面と、前記第１主面とは反対側に位置する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する端部とを有する半導体基板と、前記第１主面の上に形成されている圧電素子とを備える積層体を準備する準備工程と、
前記半導体基板の前記第１主面に第１溝を形成する第１溝形成工程と、
前記第１溝の底面に第２溝を形成する第２溝形成工程と、
前記圧電素子と、前記第１溝の第１露出面と、前記第２溝の第２露出面とを覆う第１絶縁膜を形成する第１絶縁膜形成工程と、
前記第１絶縁膜を覆う配線層を形成する配線層形成工程と、
前記第１主面と対向するように支持基板を配置して、前記積層体と前記支持基板とを接着剤を介して接着する支持基板接着工程と、
前記第２主面を研削して、前記第２溝を貫通させる研削工程と、
前記第２主面を処理面としてエッチングして、前記研削工程によって前記第２主面側に露出した前記配線層の配線端面を後退させるエッチング工程と、
前記第２主面と、前記配線端面とを覆うように、第２絶縁膜を形成する第２絶縁膜形成工程と、
前記接着剤を除去する接着剤除去工程と、を備える、圧電素子ユニットの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧電素子ユニット、圧電駆動装置、および圧電素子ユニットの製造方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、複数の半導体素子が積層されて構成されているデバイスにおいて、半導体素子同士を電気的に接続させるために、ＴＳＶ（Through-silicon via）の技術が用いられている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－８１９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、デバイスの製造にＴＳＶの技術を用いる場合、製造工程の工程数は、多くならざるを得ず、製造コストを下げることが難しい。この課題は、半導体素子だけでなく、圧電素子にも共通する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、圧電素子ユニットが提供される。この圧電素子ユニットは、第１主面と、前記第１主面とは反対側に位置する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する端部とを有する半導体基板と、前記第１主面上に形成されている圧電素子と、前記圧電素子上に形成されている第１絶縁膜であって、前記端部上まで延在する第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に形成され、前記圧電素子と電気的に接続されている配線層と、前記第２主面上に形成されている第２絶縁膜と、を備え、前記第１絶縁膜は、前記端部上に形成されている第１絶縁膜端部領域を有し、前記配線層は、前記第１絶縁膜端部領域上まで延在し、前記第１絶縁膜端部領域上に形成されている配線層端部領域を有し、前記端部は、前記第１主面と交差する端面と、前記端面と前記第２主面との間に、前記端面よりも外方に突出する突出部と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
圧電素子ユニットの斜視図である。
圧電素子ユニット積層体の断面図である。
圧電素子ユニットの製造工程のフローチャートである。
準備工程から第２溝形成工程までを説明する図である。
第１絶縁膜形成工程から研削工程までを説明する図である。
アッシング工程から接着剤除去工程までを説明する図である。
第２実施形態に係る圧電駆動装置の構成を示す説明図である。
図７のVIII-VIII線断面図である。
圧電素子ユニットの概略構成を示す平面図である。
配線層のパターンを示す平面図である。
図９のXI-XI線断面図である。
図１０のXII-XII線断面図である。
図９のXIII-XIII線断面図である。
振動アクチュエーターの製造工程のフローチャートである。
振動アクチュエーターの電気的構成を示す説明図である。
駆動信号および検出信号の波形を示す図である。
圧電素子ユニットの変形の様子を説明する図である。
第３実施形態に係るロボットを示す説明図である。
圧電駆動装置の他の実施形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．圧電素子ユニットの構造：
図１は、圧電素子ユニット６の斜視図である。図２は、圧電素子ユニット６を積層し、回路基板４を接合した圧電素子ユニット積層体１００６の断面図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印は、他の図においても、図示の方向が図１と対応するように適宜、図示してある。以下の説明において、方向の向きを特定する場合には、各図において矢印が指し示す方向を「＋」、その反対の方向を「－」として、方向表記に正負の符合を併用する。なお、図１以降に示された模式図は、圧電素子ユニット６の技術的特徴をわかりやすく示すための図であり、各部の寸法を正確に示すものではない。
【０００８】
圧電素子ユニット６は、半導体基板２０と、圧電素子４０と、第１絶縁膜５０と、第２絶縁膜６０と、配線層７０と、上絶縁膜８０とを備える。半導体基板２０は、第１主面２１と、第１主面２１とは反対側に位置する第２主面２２と、第１主面２１と第２主面２２とを接続する端部２３とを有する。半導体基板２０として、シリコン基板、炭化ケイ素基板、化合物半導体基板などを用いることができる。本実施形態では、半導体基板２０として、シリコン基板が用いられている。半導体基板２０は、第１主面２１に形成された酸化膜と、第２主面２２に形成された酸化膜とを含んでいるが、図１ではこの酸化膜の図示は省略されている。図２以降の図についても同様に半導体基板２０が含む酸化膜の図示は省略されている。以下の説明において、第１絶縁膜５０と、第２絶縁膜６０と、圧電素子４０を構成する各層と、配線層７０と、上絶縁膜８０とを総称して「層」という場合がある。第１主面２１における、層の積層方向がＺ方向である。
【０００９】
端部２３は、第１主面２１と交差する端面としての第１端面２３ａと、突出部２４とを有する。ここで、本開示において「交差」とは、２つの面が実際に交わる場合と、２つの面のそれぞれの延長された仮想面が交差する場合とを含む。突出部２４は、第１端面２３ａと第２主面２２との間に配置されている。突出部２４は、第１端面２３ａよりも外方に突出している。突出部２４は、上面としての第２端面２３ｂと、突出部２４の先端としての第３端面２３ｃとを含む。第２端面２３ｂは、第１端面２３ａと第２端面２３ｂとを接続している。突出部２４が形成されていることにより、後に詳述するように、圧電素子ユニット６に、回路基板４を接着するための接合剤８の接合力を向上させることができる。
【００１０】
第１端面２３ａのＺ方向の長さは、数十μｍから数百μｍ程度である。本実施形態では、半導体基板２０の厚さは、６０μｍ程度である。また、第１端面２３ａのＺ方向の長さと、第２端面２３ｂのＹ方向の長さと、第３端面２３ｃのＺ方向の長さとは、いずれも３０μｍ程度である。なお、第１端面２３ａから第３端面２３ｃのそれぞれの長さはこれに限定されない。
（【００１１】以降は省略されています）

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