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KR102120568B1 - 전기 기계 액추에이터를 제조하기 위한 제조 방법 및 전기 기계 액추에이터 - Google Patents

전기 기계 액추에이터를 제조하기 위한 제조 방법 및 전기 기계 액추에이터 Download PDF

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KR102120568B1
KR102120568B1 KR1020187003149A KR20187003149A KR102120568B1 KR 102120568 B1 KR102120568 B1 KR 102120568B1 KR 1020187003149 A KR1020187003149 A KR 1020187003149A KR 20187003149 A KR20187003149 A KR 20187003149A KR 102120568 B1 KR102120568 B1 KR 102120568B1
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KR
South Korea
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stack
insulating layer
layer
electrode layer
trench
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KR1020187003149A
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KR20180025929A (ko
Inventor
요르그 하우볼트
토마스 하인저
우도 크라이지히
안드레아스 렌크
안드레아스 마이너
Original Assignee
콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Publication date
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Publication of KR20180025929A publication Critical patent/KR20180025929A/ko
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Abstract

본 발명은 재료층(16)들 및 전극층(18)들의 스택(14)으로서 형성되고 스택의 주변 영역(20)에 절연층(30)이 도포되는 전기 구성 요소(12)가 제공되는 전기 기계 액추에이터(10)를 제조하기 위한 제조 방법에 관한 것이며, 상기 요소(12) 내 전극층(18)은 절연층 영역(44)을 제거함으로써 노출되고, 절연층 재료(52)를 위한 제1 제거율(RI)이 재료층 재료(54)의 제2 제거율(RW)보다 더 크도록 선택되며, 재료층 재료(54)의 제2 제거율(RW)이 전극층 재료(56)의 제3 제거율(RE)보다 더 크도록 선택된다. 본 발명은 또한 특히 이러한 제조 방법에 의해 제조된 전기 기계 액추에이터(10)에 관한 것이다.

Description

전기 기계 액추에이터를 제조하기 위한 제조 방법 및 전기 기계 액추에이터
본 발명은 전기 기계 액추에이터를 제조하기 위한 제조 방법 및 특히 이러한 제조 방법에 의해 제조된 전기 기계 액추에이터에 관한 것이다.
전기 기계 액추에이터는, 예를 들어 자동차를 위한 다양하고 상이한 형태의 엔진의 분사 밸브에 있는 작동 요소로서, 피에조 스택(piezo stack)의 형태로 종종 사용된다.
이러한 전기 기계 액추에이터는 통상적으로 전기장의 인가에 반응하는 복수의 재료층, 및 복수의 전극층을 가지며, 이러한 층들은 길이 방향 축을 따라서 교대로 적층되어 배열된다. 통상적으로, 이러한 스택은 스택에 있는 전극층들을 활성화할 수 있기 위하여 서로 마주하여 놓이는 2개의 주변 측면 상에서 전기적으로 접촉되어서, 스택 내에서 전기장을 형성하고, 그런 다음 재료층들이 확장에 의해 전기장에 반응한다.
전기장을 형성할 수 있도록, 2개의 인접한 전극층은 상이한 전위로 활성화되고, 즉, 접촉은 상이한 접촉 단자들에서 외향 방향으로 종료한다. 이러한 상이한 접촉을 실현할 수 있도록, 예를 들어 모든 제2 전극층만을 각각의 주변 측면까지 유도하는 반면, 다른 전극층은 각각의 경우에 이러한 각각의 주변 측면까지 연장되지 않는 것이 공지되어 있다.
그러나, 모든 전극층을 모든 측면에서 스택의 주변 측면까지 유도하는 것이 또한 공지되어 있으며, 이러한 것은 전기 기계 액추에이터의 작동, 공간 요구 및 전반적인 작동 거동에 대해 큰 이점을 가진다. 그러나, 여기에서, 외부 접촉 소자로부터의 모든 제2 전극층의 절연이 구현되는게 더욱 어렵기 때문에, 각각의 전극층의 전기 접촉은 더욱 어렵다. 예를 들어, 절연층은 이러한 스택 형성물의 경우에 사용되고, 그런 다음 모든 제2 전극층을 보다 명확히 접촉하기 위해 선택적으로 제거된다.
DE 10 2006 003 070 B3은 예를 들어 대응하는 스택에 있는 전극층들을 접촉하기 위해, 절연층이 사전 결정된 위치들에서 제거되는 것을 기술한다.
그러나, 전기장에 반응하는 재료층들의 재료를 손상시키지 않는 동시에 전극층들을 어떻게 성공적으로 확실히 노출시키는지를 명시하고 있지 않다.
그러므로, 본 발명의 목적은 이러한 점에서 개선된 제조 방법을 제안하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징들의 조합을 가지는 제조 방법에 의해 달성된다.
특히 이러한 제조 방법에 의해 제조된 전기 기계 액추에이터는 대안적인 독립항의 요지이다.
본 발명의 유익한 구성은 종속항들의 요지이다.
전기 기계 액추에이터를 제조하기 위한 제조 방법에서, 먼저, 전기장의 인가에 반응하는 복수의 재료층, 및 복수의 전극층에 의해 형성되는 스택으로서 형성된 전기 구성 요소가 제공되며, 각각의 전극층은 2개의 재료층 사이에 배열된다. 그런 다음, 절연층은, 주변 영역에서 전극층들과 재료층들이 절연층에 의해 피복되는 방식으로 스택의 적어도 하나의 주변 영역에 정밀하게 도포된다. 그 후, 전극층들 중 적어도 하나는 스택의 길이 방향 축을 따라서 전극층에 인접한 절연층 영역들 및 전극층에 인접한 재료층 영역들을 국부적으로 제거하는 것에 의해 스택의 주변 영역에서 정밀하게 노출된다. 절연층 재료, 재료층 재료 및 전극층 재료가 선택되고, 절연층 영역 및 재료층 영역들을 제거하기 위한 제거 디바이스의 제거 파라미터들은 절연층 재료의 제1 제거율이 재료층 재료의 제2 제거율보다 더 크고 재료층 재료의 제2 제거율이 전극층 재료의 제3 제거율보다 더 크도록 설정된다.
제조 방법에서, 제거될 각각의 재료의 제거율에 영향을 미치는 파라미터들은, 절연층 재료가 노출될 전극층의 영역에서 완전히 제거되고, 노출될 전극층에 바로 인접한 재료층들의 부분적인 영역들이 마찬가지로 제거되도록 부응하여 설정된다. 이러한 경우에, 다양한 재료의 제거율은 바람직하게 절연층이 완전히 제거되고 재료층들이 단지 부분적으로 제거되고 전극층이 전혀 제거하지 않도록 설정된다.
이러한 방식으로, 노출될 각각의 전극층이 완전히 노출되어서, 스택의 주변 영역의 측면 상에서 그리고 인접한 재료층들과 접촉하는 전극층의 단부면들에서의 적어도 부분적으로 양호한 접촉이 가능한 것이 보장될 수 있다.
각각의 제거율에 영향을 미치는 파라미터들은 제거될 재료 및 제거를 수행하도록 사용되는 제거 디바이스의 제거 파라미터들이다.
바람직하게는, 절연층 재료, 재료층 재료 및 전극층 재료가 선택되고, 제거 디바이스의 제거 파라미터들은 스택의 길이 방향 축에 직각인 절연층 영역이 완전하게 제거되도록 그리고/또는 스택의 길이 방향 축에 직각으로 연장되는 재료층들의 폭의 10% 내지 20%의, 스택의 길이 방향 축에 직각인 재료층 영역들이 제거되도록 설정된다. 특히 바람직하게는, 전술한 파라미터들은 스택의 길이 방향 축에 직각으로 연장되는 전극층의 폭의 0% 내지 1%의, 스택의 길이 방향 축에 직각인 전극층이 제거되도록 설정된다.
즉, 절연층이 완전히 제거되는 방식으로 제거가 수행되고, 전극층에 인접한 재료층 영역들은 이러한 방식으로 적어도 주변 영역의 영역에서 재료층들에 인접한 전극층의 단부면들을 노출시키기 위하여 매우 약간 제거되며, 가능하면 전극층은 전혀 제거되지 않는다.
이러한 방식으로 전극층이 전극층에 인접한 재료층들로부터 돌출하여서, 외부로부터의 양호한 접촉이 가능하게 만들어지는 것이 유익하게 달성된다.
특히 유익하게는, 상기 파라미터들은 제1 제거율이 제2 제거율보다 적어도 5배 크도록 설정된다. 유익하게, 상기 파라미터들은 제2 제거율이 제3 제거율보다 적어도 5배 크도록 설정된다.
대체로, 절연층 아래의 전극층을 노출시킬 때, 이중 선택성(double selectivity)이 달성되며, 즉, 절연층에 대한 제거율이 재료층들에 대한 제거율보다 더 크고, 동시에 재료층들에 대한 제거율이 전극층에 대한 제거율보다 더 큰 것이 달성된다.
제거율이 각각의 경우에 적어도 5배만큼 서로 다르면, 특히 높은 선택성이 달성될 수 있다.
유익하게, 폴리이미드가 절연층 재료로서 선택되고, 압전 세라믹(piezoceramic)이 재료층 재료로서 선택되고, 팔라듐과 혼합된 은이 전극층 재료로서 선택된다.
절연층의 재료로서 폴리이미드는 전기 구성 요소가 정상적으로 작동되는 작동 온도를 견딜 수 있는 플라스틱 절연체라는 이점을 가진다.
유익하게, 레이저, 특히 1㎰ 내지 15㎰의 펄스 길이를 가지는 피코초 레이저가 제거 디바이스로서 사용된다. 이러한 극초단 펄스 레이저(ultrashort pulse laser)의 사용은 재료층들, 전극층들 및 절연층 사이의 선택성을 적절하게 달성하기 위하여 레이저 파라미터들을 설정하는 것을 가능하게 한다.
피코초 레이저의 사용은, 동시에 전력 밀도가 전극층의 재료를 제거하는데 유익하게 충분하지 않더라도, 높은 전력 밀도가 극초단 펄스의 결과로서 달성될 수 있기 때문에 유익하다.
바람직하게는, 레이저의 파장은 절연층에 레이저의 레이저 조사를 가하는 것에 의해 절연층에서의 화학 결합이 파괴되도록 설정된다. 예를 들어, 폴리이미드가 절연층 재료로서 사용될 때, 330㎚ 내지 345㎚, 특히 343㎚의 파장이 설정된다. 절연층의 재료에서의 화학 결합의 파괴는, 플라즈마 형성으로 인해 가스 또는 미세한 입자로서 스택의 표면으로부터 낙하되도록 그렇게 작은 짧은 사슬 부분(short chain fragment)을 생성한다. 그러므로, 제거된 절연층의 재료는 예를 들어 퇴적물로서 퇴적되며, 세척 공정에 의해 나중에 용이하게 제거될 수 있다.
바람직하게는, 레이저의 레이저 펄스의 펄스 에너지는 1.2 μJ 내지 1.6 μJ의 범위로 설정된다. 또한 유익하게, 레이저의 레이저 조사의 초점 영역은 20㎛ 내지 60㎛의 범위로 설정된다.
이러한 언급된 유익한 값들은 전술한 선택성을 유발하는, 사용된 레이저의 전력 밀도의 설정을 허용한다.
바람직하게는, 레이저의 전력 밀도는 전극층들의 재료가 산화되지 않도록 설정된다.
바람직하게는, 레이저의 레이저 조사는, 특히 움직일 수 있는 미러들을 가지는 갈바노 스캐너의 도움으로 절연층 표면을 통과하여서, 절연층의 제거는 바람직하게 스트립의 단위(strip by strip)로 수행된다. 이러한 것은 레이저 조사가 스캐닝 방식으로 절연층 표면을 통과하고, 이에 의해 각각의 절연층의 노출은 절연층을 스캐닝하는 것에 의해 실현된다는 것을 의미한다.
바람직하게는, 레이저 조사는 절연층 표면 영역을 다수 회 통과한다.
이러한 것은 전극층의 노출이, 제거에 의해 절연층에 생성되는 필요한 형태의 트렌치(trench)를 생성하기 위해, 부분적으로 서로 이웃하여 놓이거나 또는 서로 적층될 수 있는 다수의 통로(pass)에 의해 실현될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 경우에, 레이저 조사는 바람직하게 생성된 트렌치의 폭이 전극층이 완전히 노출되는데 충분한 방식으로 절연층 표면을 통과한다.
특히 전술한 제조 방법에 의해 제조된 전기 기계 액추에이터는 전기장의 인가에 반응하는 복수의 재료층, 및 복수의 전극층에 의해 형성된 스택으로서 형성된 전기 구성 요소를 가진다. 각각의 전극층은 2개의 재료층 사이에 배열되고, 스택은 적어도 하나의 주변 영역에 절연층을 가진다. 스택의 길이 방향 축에 직각인 스택의 주변 영역에서 적어도 하나의 전극층을 노출시키기 위하여, 전극층에 인접한 절연층 영역의 절연층을 통해 완전히 연장되고, 전극층이 트렌치 내로 돌출하는 방식으로 전극층에 인접한 재료층들의 재료층 영역들 내로 스택의 길이 방향 축에 직각으로 연장되는 재료층들의 폭의 10% 내지 20%의 영역에서 연장되는 트렌치가 형성된다.
그러므로, 외부로부터 절연층을 통한 전극층의 확실한 접촉이 보장된다.
유익하게, 트렌치는 스택의 길이 방향 축에 직각인 경사 트렌치 벽들을 가지며, 트렌치는 스택 중심의 방향으로 절연층 표면으로부터 테이퍼진다. 경사 트렌치 벽들은 접촉을 위해 선택된 전도성 접착제가 외부로부터 트렌치 내로 잘 유동할 수 있으며, 그러므로 노출된 전극층의 유익하게 양호한 접촉이 실현될 수 있다는 이점을 가진다.
절연층에 있는 트렌치는 바람직하게 제1 트렌치 영역, 스택의 길이 방향 축을 따라서 전극층에 인접하여 배열된 제1 재료층에 있는 제2 트렌치 영역, 및 스택의 길이 방향 축을 따라서 전극층에 인접하여 배열된 제2 재료층에 있는 제3 트렌치 영역을 가진다. 제1 트렌치 영역, 제2 트렌치 영역 및 제3 트렌치 영역에 있는 트렌치 벽들은 스택의 길이 방향 축에 직각인 경사 방식으로 배열된다. 그러므로, 전체적으로, 트렌치는 유익하게 스택을 통한 길이 방향 단면에서 W의 형상을 가진다.
본 발명의 유익한 구성은 첨부된 도면에 기초하여 더욱 상세히 설명된다:
도 1은 스택으로서 형성된 전기 구성 요소를 가지는 전기 기계 액추에이터의 사시도;
도 2는 서로 마주하여 놓인 2개의 주변 영역의 각각에 절연층을 가지며, 절연층을 제거하기 위해 의도된 레이저가 존재하는, 도 1의 전기 구성 요소의 종단면도;
도 3은 부분적인 영역들에서 절연층이 제거된 도 2의 전기 구성 요소의 종단면도;
도 4는 도 1로부터의 전기 기계 액추에이터를 제조하기 위한 제조 방법의 단계의 개략도;
도 5는 레이저 조사에 의한 절연층의 제거가 도시되는, 도 2에 도시된 구성 요소의 부분적인 영역의 확대도;
도 6은 절연층에 외부 접촉이 추가로 가해진 도 3의 스택으로서 형성된 전기 구성 요소를 도시한 도면; 및
도 7은 도 5에 따른 레이저에 의한 제거에 의해 형성된 트렌치가 절연층 및 재료층들에서 볼 수 있는 도 6의 전기 구성 요소의 부분적인 영역을 도시한 도면.
도 1은 전기장의 인가에 반응하는 복수의 재료층(16), 및 각각의 전극층(18)이 2개의 재료층(16) 사이에 배열되는 방식으로 서로 교대로 적층되는 복수의 전극층(18)의 스택(14)으로서 형성되는 전기 구성 요소(12)을 가지는 전기 기계 액추에이터(10)를 도시한다. 접촉 핀(24)에 전기적으로 연결된 외부 전극(22)의 형태를 하는 적어도 하나의 외부 접촉 소자가 스택(14)의 주변 영역(20)에 적용된다. 접촉 핀(24)은 각각의 접촉된 전극층(18)에 전위를 보내기 위해 사용될 수 있다. 서로 인접한 전극층(18)들이 각각 상이한 전위를 받기 때문에, 재료층(16)들이 그 길이에서의 변경을 가능하게 하도록 이러한 방식으로 스택(14)에서 전기장을 발생시키기 위하여, 2개의 접촉 핀(24)이 존재하며, 이에 의해, 다른 전위가 각각 스택(14)에 인가된다.
도 1의 본 실시예에서, 스택(14)은 소위 완전 활성 피에조 스택으로서 형성되며, 즉, 전극층(18)들은 모든 측면에서 스택 표면(26)까지 연장된다. 전극층들이 모든 측면에서 스택(14)의 주변 영역(20)까지 제공되는 완전 활성 압전 스택은, 적어도 동일한 확장 거동 또는 한층 더욱 큰 확장 거동이 완전 활성이 아닌 피에조 스택의 경우에서보다 작은 공간 요구로 달성될 수 있다는 이점을 가지며, 즉, 이러한 경우에, 전극층(18)들은 주변 영역(20)으로부터 스택(14)으로 역행하여 교대로 배열된다.
2개의 접촉 핀(24)을 통해 인가된 상이한 전위들 사이의 스파크오버(sparkover)를 피하도록, 통상적으로 절연층(30)은 적어도 특정 영역에서, 스택(14)의 주변 영역(20)에서 스택 표면(26)에 인가된다. 적어도 2개의 주변 영역(20)에서 이러한 절연층(30)을 가지는 스택(14)은 도 1에서 스택(14)의 길이 방향 축(32)을 따라서 나타나는 종단면도로 도 2에 도시된다.
외부로부터 전극층(18)을 접촉할 수 있도록, 부분적인 영역들에서, 즉 각각의 경우에 접촉하도록 의도된 전극층(18)이 스택 표면(26)까지 도달하는 어디에서도 절연층(30)을 제거하는 것이 필요하다.
그러므로, 이러한 명시된 부분적인 영역들에서 절연층(30)을 제거하기 위해 유익하게 사용되는 것은, 절연층(30) 상으로 레이저 조사(38)를 방출하고, 결과적으로 절연층 아래에 놓인 전극층(18)이 노출되도록 절연층을 제거하는 레이저(34), 특히 피코초 레이저(36)이다.
유익하게, 레이저 조사(38)는, 예를 들어, 갈바노 스캐너(40)의 도움으로 스캐닝 공정에 의해 절연층 표면(42)을 통과하여서, 절연층(30)이 스트립 단위로 제거된다.
절연층(30)이 의도된 영역에서 제거되면, 길이 방향 축(32)을 따라서 나타나는 종단면도로 도 3에 도시된 것과 같은 스택(14)이 형성된다.
절연층(30)을 제거하는 것에 의해 도 2 및 도 3에 대응하는 방식으로 수행되는 제조 방법에서, 스택(14)의 완전 활성 특성들이 유지되면 유익하다. 이러한 목적을 위하여, 절연층(30)이 제거될 때 가능한 전극층(18)이 손상되지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 동시에, 절연층(30)은 완전하게 제거되어서, 결과적으로 노출되는 전극층(18)의 양호한 접촉이 달성되도록 의도된다. 그러므로, 제조 방법의 경우에, 노출될 전극층(18)에 인접한 절연층 영역(44)이 가능한 완전히 제거되는 각각의 경우에, 제거될 재료들의 제거율을 결정하는 파라미터들을 선택하거나 또는 설정하는 것이 지금 제안된다. 동시에, 제거율은 스택(14)의 길이 방향 축(32)을 따라서 노출될 전극층(18)에 인접한 재료층 영역(46)들이 스택 표면(26)의 영역에서 또한 제거되어서, 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각으로 연장되는 노출될 전극층(18)의 단부면(48)이 적어도 스택 표면(26)의 영역에서 마찬가지로 노출되도록 의도된다. 이러한 것은 전극층(18)의 매우 양호한 접촉이 추후에 달성되는 것을 가능하게 한다.
각각의 경우에 제거될 재료의 제거율을 결정하는 파라미터들은 한편으로는 제거될 재료 자체의 물리적 특성이고, 다른 한편으로는 예를 들어 레이저(34)와 같은 대응하는 제거 디바이스(50)에서 설정될 수 있는 제거 파라미터이다.
이하, 전기 기계 액추에이터(10) 또는 전기 구성 요소(12)를 제조하는 제조 방법이 도 4에서의 개별 단계들의 개략적인 도시에 기초하여 다음에 설명된다.
제1 단계에서, 먼저, 절연층 재료(52), 재료층 재료(54) 및 전극층 재료(56)가 선택된다. 유익하게, 폴리이미드는 절연층 재료(52)로서 선택되고, 피에조 세라믹은 재료층 재료(54)로서 선택되고, 팔라듐과 혼합된 은이 전극층 재료(56)로서 선택된다.
다음 단계에서, 재료층 재료(54) 및 전극층 재료(56)가 서로 교대로 적층되는 스택(14)이 제공된다. 그 후, 절연층 재료(52)는 절연층(30)을 형성하기 위하여 이러한 방식으로 제공된 스택(14)의 주변 영역(20)에 도포된다. 주변 영역(20)에서, 절연층(30)은 전극층(18)들, 및 이러한 주변 영역(20)에 인접한 재료층(16)들 모두를 포함한다.
다음 단계에서, 레이저(34)는 사전 결정된 제거 파라미터들이 설정되고, 그런 다음 최종 단계에서, 전극층(18)들은 레이저 조사(38)의 도움으로 선택적으로 제거된다.
레이저 파라미터들은 이중 선택성, 즉 재료층 재료(54), 전극층 재료(56), 및 절연층 재료(52) 사이의 선택성이 달성되는 방식으로 선택된다. 이중 선택성은 여기에서 절연층 재료(52)에 대한 제1 제거율(RI)이 재료층 재료에 대한 제2 제거율(RW)보다 더 높고, 동시에 재료층 재료(54)의 제2 제거율(RW)이 전극층 재료(56)에 대한 제3 제거율(RE)보다 더 높다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 레이저 파라미터들은 절연층 재료(52)의 제1 제거율(RI)이 재료층 재료(54)의 제2 제거율(RW)의 적어도 5배만큼 크고, 재료층 재료(54)의 제2 제거율(RW)이 전극층 재료(56)의 제3 제거율(RE)의 적어도 5배만큼 크도록 설정된다.
그 목적은 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각인 절연층 영역(44)을 완전히 제거함과 동시에, 스택 표면(26)으로부터 스택 중심(62)까지 취해진, 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각으로 연장된 각각의 재료층(16)의 폭(BW)의 10% 내지 20%의 영역에서 노출될 전극층(18)에 바로 인접하여 배열된 재료층 영역(46)을 제거하는 것이다. 동시에, 그 목적은 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각으로 연장되는 전극층(18)의 폭(BE)의 0% 내지 1%의 영역에서 가능한 전극층(18)을 전혀 제거하지 않거나 또는 최대한 제거하지 않는 것이다.
레이저(34)의 파라미터들은 전술한 선택성이 레이저(34)의 대응하는 전력 밀도를 통해 설정되도록 설정된다. 전력 밀도는 이 경우에 예를 들어 레이저(34)의 펄스 에너지, 펄스 지속 기간 및 초점 영역으로부터 얻어진다.
1㎰ 내지 15㎰ 범위에 있는 펄스 길이 또는 펄스 지속 시간을 가지는 피코 초 레이저(36)가 유익하게 사용된다. 이러한 것은 높은 전력 밀도가 발생되는 것을 가능하게 하여, 절연층(30)의 완전한 제거를 보장한다. 펨토초 레이저(femtosecond laser)의 사용은 더 높은 전력 밀도를 발생시킬 것이며, 그런 다음 또한 전극층(18)의 제거로 이어질 수 있으며, 이는 바람직하지 않다. 유익하게, 피코초 레이저(36)의 파장은 절연층(30)에서의 화학 결합이 파괴되도록, 예를 들어 330 ㎚ 내지 345 ㎚의 파장으로 설정된다. 레이저(34)의 레이저 펄스의 펄스 에너지는 유익하게 1.2 μJ 내지 1.6 μJ이다.
도 5는 도 2의 스택(14), 절연층 표면(42) 상에 초점이 맞춰진 레이저 조사(38)의 상세를 도시한다. 레이저 조사(38)의 유익한 초점 영역은 이 경우에 약 20㎛ 내지 60㎛이다. 그 결과, 도 5에서 점선으로 도시된 바와 같이, 절연층(30)의 완전한 제거가 달성되고, 노출될 전극층(18)에 인접하여 배열된 재료층(16)은 단지 표면적으로, 예를 들어 그 폭(BW)의 10% 내지 20%만 제거된다.
각각의 전극층(18)이 노출되면, 외부 전극(22)은 그런 다음 도 6에 도시된 바와 같이 예를 들어 도전성 은을 도포하는 것에 의해 도포될 수 있다.
도 7은 전극층(18)의 노출에 의해 생성된 트렌치(58)가 절연층(30), 및 중간 전극층(18)에 인접하여 배열되는 재료층(16)에서 보여질 수 있는 도 6의 상세를 도시한다. 이러한 트렌치(58)는 절연층(30)을 통해 완전히 연장되고, 또한 노출된 전극층(18)에 인접하여 배열된 재료층(16)의 폭(BW)을 따라서 10% 내지 20% 연장된다. 그 결과, 전극층(18)은 트렌치(58) 내로 연장된다. 트렌치의 트렌치 벽(60)들은 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각인 경사 방식으로 배열된다. 트렌치(58)는 절연층 표면(42)으로부터 스택 중심(62)의 방향으로 테이퍼진다.
트렌치(58)는 절연층(30)에 있는 제1 트렌치 영역(64), 전극층(18)에 인접한 하나의 재료층(16)에 있는 제2 트렌치 영역(66), 및 노출된 전극측(18)에 인접한 다른 재료층(16)에 있는 대응하는 제3 트렌치 영역(68)으로 특정되는 3개의 트렌치 영역을 가진다. 개별 트렌치 영역(64, 66, 68)의 모든 트렌치 벽(60)이 길이 방향 축(32)에 직각인 경사 방식으로 배열되어서, 접촉을 위해 사용되는 도전성 접착제는 전체 트렌치(58) 내로 잘 유동될 수 있으며, 결과적으로 노출된 전극층(18)의 양호한 접촉이 실현될 수 있다. 대체로, 트렌치(58)는 W에 대응하는 형상을 가진다. 이러한 W 형상은 특히 개별 재료의 특정 선택 및 레이저(34)의 제거 파라미터들의 설정에 의해 달성되어서, 전체적으로 이중 선택성은 특정의 상이한 제거율(RI, RW 및 RE)에 의해 달성된다.

Claims (11)

  1. 전기 기계 액추에이터(10)를 제조하기 위한 제조 방법으로서,
    (a) 전기장의 인가에 반응하는 복수의 재료층(16) 및 복수의 전극층(18)에 의해 형성되는 스택(14)으로서 형성된 전기 구성 요소(12)를 제공하는 단계로서, 각각의 전극층(18)은 2개의 재료층(16) 사이에 배열되는, 상기 전기 구성 요소(12)를 제공하는 단계;
    (b) 주변 영역(20)에서, 상기 전극층(18)들과 상기 재료층(16)들이 절연층(30)에 의해 피복되는 방식으로 상기 스택(14)의 적어도 하나의 주변 영역(20)에 상기 절연층(30)을 도포하는 단계; 및
    (c) 상기 스택(14)의 길이 방향 축(32)을 따라서 상기 전극층(18)에 인접한 절연층 영역(44) 및 상기 전극층(18)에 인접한 재료층 영역(46)들을 국부적으로 제거하는 것에 의해 상기 스택(14)의 상기 주변 영역(20)에서 상기 전극층(18)들 중 적어도 하나를 노출시키는 단계를 포함하되,
    절연층 재료(52), 재료층 재료(54) 및 전극층 재료(56)가 선택되고, 상기 절연층 영역(44) 및 상기 재료층 영역(46)들을 제거하기 위한 제거 디바이스(50)의 제거 파라미터들은 상기 절연층 재료(52)의 제1 제거율(RI)이 상기 재료층 재료(54)의 제2 제거율(RW)보다 더 크고, 상기 재료층 재료(54)의 제2 제거율(RW)이 상기 전극층 재료(56)의 제3 제거율(RE)보다 더 크도록 설정되는, 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연층 재료(52), 상기 재료층 재료(54) 및 상기 전극층 재료(56)가 선택되고, 상기 제거 디바이스(50)의 제거 파라미터들은, 상기 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각인 상기 절연층 영역(44), 상기 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각으로 연장되는 상기 재료층(16)들의 폭(BW)의 10% 내지 20%의, 상기 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각인 재료층 영역(46)들, 및 상기 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각으로 연장되는 상기 전극층(18)의 폭(BE)의 0% 내지 1%의, 상기 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각인 상기 전극층(18), 중 적어도 하나가 제거되도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 절연층 재료(52), 상기 재료층 재료(54) 및 상기 전극층 재료(56)가 선택되고, 상기 제거 디바이스(50)의 제거 파라미터들은, 상기 제1 제거율(RI)이 상기 제2 제거율(RW)보다 적어도 5배 크거나, 상기 제2 제거율(RW)이 상기 제3 제거율(RE)보다 적어도 5배 크거나, 상기 제1 제거율(RI)이 상기 제2 제거율(RW)보다 적어도 5배 크고 상기 제2 제거율(RW)이 상기 제3 제거율(RE)보다 적어도 5배 크도록, 설정되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 폴리이미드가 상기 절연층 재료(52)로서 선택되고, 압전 세라믹이 상기 재료층 재료(54)로서 선택되며, 팔라듐과 혼합된 은이 상기 전극층 재료(56)로서 선택되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 레이저(34)가 상기 제거 디바이스(50)로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 레이저(34)의 파장, 레이저 펄스의 펄스 에너지 및 레이저 조사(38)의 초점 영역 중 적어도 하나가, 상기 파장은 상기 절연층(30)에 상기 레이저(34)의 레이저 조사(38)를 가하는 것에 의해 상기 절연층(30)에서의 화학 결합이 파괴되도록 330㎚ 내지 345㎚의 파장으로, 상기 펄스 에너지는 1.2 μJ 내지 1.6 μJ의 범위로, 상기 초점 영역은 20㎛ 내지 60㎛의 범위로, 설정되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 레이저(34)의 레이저 조사(38)는, 갈바노 스캐너(40)의 도움으로 절연층 표면(42)을 통과하고, 상기 레이저 조사(38)는 절연층 표면 영역(42)을 다수회 통과하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  8. 전기장의 인가에 반응하는 복수의 재료층(16), 및 복수의 전극층(18)에 의해 형성되는 스택(14)으로서 형성된 전기 구성 요소(12)를 구비하고, 각각의 전극층(18)은 2개의 재료층(16) 사이에 배열되며, 상기 스택(14)은 적어도 하나의 주변 영역(20)에 절연층(30)을 가지는, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 의해 제조되는 전기 기계 액추에이터(10)로서,
    상기 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각인 상기 스택(14)의 상기 주변 영역(20)에서 적어도 하나의 전극층(18)을 노출시키기 위하여, 상기 전극층(18)에 인접한 절연층 영역(44)의 상기 절연층(30)을 통해 완전히 연장되고, 상기 전극층(18)이 트렌치(58) 내로 돌출하는 방식으로 상기 전극층(18)에 인접한 재료층(16)들의 재료층 영역(46)들 내로 상기 스택(14)의 길이 방향 축(38)에 직각으로 연장되는 상기 재료층(16)들의 폭(BW)의 10% 내지 20%의 영역에서 연장되는 상기 트렌치(58)가 형성되는, 전기 기계 액추에이터(10).
  9. 제8항에 있어서, 상기 트렌치(58)는 상기 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각으로 경사 트렌치 벽(60)들을 가지며, 상기 트렌치(58)는 스택 중심(62)의 방향으로 절연층 표면(42)으로부터 테이퍼지는 것으로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계 액추에이터(10).
  10. 제9항에 있어서, 상기 트렌치(58)는 상기 절연층(30)에 있는 제1 트렌치 영역(64), 상기 스택(14)의 길이 방향 축(32)을 따라서 상기 전극층(18)에 인접하여 배열된 제1 재료층(16)에 있는 제2 트렌치 영역(66), 및 상기 스택(14)의 길이 방향 축(32)을 따라서 상기 전극층(18)에 인접하여 배열된 제2 재료층(16)에 있는 제3 트렌치 영역(68)을 가지며, 상기 제1 트렌치 영역(64), 상기 제2 트렌치 영역(66) 및 상기 제3 트렌치 영역(68)에 있는 상기 트렌치 벽(60)들은 상기 스택(14)의 길이 방향 축(32)에 직각으로 경사진 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계 액추에이터(10).
  11. 제5항에 있어서, 1㎰ 내지 15㎰의 펄스 길이를 가지는 피코초 레이저(36)가 상기 제거 디바이스(50)로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
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