JP2003302302A - 定義された曲率を有するセラミック基板、その製造法および該基板の使用 - Google Patents

定義された曲率を有するセラミック基板、その製造法および該基板の使用

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロハイブリッド技術の範囲で使用され
るさらに改善されたセラミック基板を提供する。 【解決手段】 マイクロハイブリッド技術、多層セラミ
ック技術またはハイブリッド技術において使用される、
定義された曲率を有し、異なって定義された温度膨張率
を有する少なくとも2個のセラミック層が重なり合うよ
うに配置され、かつ互いに堅固に結合されたセラミック
基板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばマイクロハ
イブリッド技術の範囲で使用されるセラミック基板に関
する。
【0002】
【従来の技術】この種のセラミック基板は、一般に複数
の層で構成されている。そのために、同種のテープ層、
即ち同じ組成を有するテープ層が重なり合うように配置
され、貼り合わされ、かつ焼結される。テープ層は、通
常、酸化物ガラスの系、例えばAl、SiO
よびCaOの混合物からなる。セラミック基板のこの出
発物質は、焼結の際に化学的に変換され、その際に結晶
相、例えば結晶性珪酸塩灰長石(CaO・Al
2SiO)が形成される。実際に、こうして平らな多
層セラミック基板が製造される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、マイ
クロハイブリッド技術の範囲で使用されるさらに改善さ
れたセラミック基板を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、定義さ
れた曲率を有するセラミック基板を製造することが提案
されている。
【0005】特に好ましい使用において、本発明による
セラミック基板は、圧電抵抗型抵抗素子を有する圧力セ
ンサーまたは動力センサーのメンブラン素子として使用
される。そのために、本発明による湾曲されたセラミッ
ク基板は、測定すべき圧力または測定すべき動力がセラ
ミック基板の曲率によって制限されたバイアスに抗して
作用するように配置されている。好ましくは、本発明に
よるセラミック基板は、前記の使用のために、取付け面
とセラミック基板との間に空隙が介在する程度に平らな
取付け面に亘って配置されている。この場合、取付け面
は、空隙範囲を形成するだけでなく、セラミック基板の
ための機械的端部ストッパーとして使用されている。そ
れというのも、この取付け面は、測定すべき圧力または
測定すべき動力に耐えるからである。それによって、セ
ラミック基板の過剰負荷は、回避される。その上、平ら
な担体および本発明による湾曲されたセラミック基板か
らなるセンサー素子のこの種の構造の場合には、空隙の
縁部で破壊を招きうる圧力の高騰がまったく起こらな
い。その上、空隙を有するこの種のセンサー素子は、成
形セラミックを不用とすることができるので、簡単で安
価に実現させることができる。
【0006】原則的に、定義された曲率を有する本発明
によるセラミック基板を実現させるために異なる方法が
存在する。そのために、特に好ましい変法において、異
なる温度膨張率(temperatur coefficient of expansio
n-TCE)ではあるが、それぞれ定義されて調節された温
度膨張率を有する少なくとも2個のセラミック層が重な
り合うように配置され、例えば焼結によって互いに堅固
に結合される。こうして、基板の曲率は、極めて正確に
予め設定されうる。
【0007】個々のセラミック層の温度膨張率は、例え
ば簡単に種結晶を個々のセラミック層の出発物質に意図
的に混合することによって予め設定される。即ち、この
場合には、セラミック基板中にセラミック層が互いに組
み合わされ、即ち重なり合うように配置され、互いに結
合され、この場合このセラミック層は、組成の点で本質
的に異なっており、場合によってはむしろ異なる物質系
がこれに属する。即ち、例えば出発物質Al、P
bOおよびBを有するセラミック層は、出発物質
Al、SiOおよびCaOを有するセラミック
層と組み合わせることができる。Al、PbOお
よびBからなる混合物は、焼結の際に結晶性灰長
石、ゲーレナイトおよび/または珪灰石に変換され、一
方、Al 、SiOおよびCaOからなる混合物
は、焼結の際に結晶性珪酸塩灰長石に変換される。
【0008】前記したように、本発明による教示を有利
に構成させ、さらに形成させる異なる方法が存在する。
そのために、一面で特許請求の範囲、他面、図1につい
ての本発明の実施例の次の記載を指摘する。
【0009】
【実施例】図1に示された圧力センサー1は、平らな担
体2を含み、この担体は、変形されることなく予想すべ
き圧力に耐える程度の特性を有している。担体2は、例
えば金属またはセラミック基板から形成されていてよ
い。平らな基板2上には、メンブラン素子3が定義され
た曲率を有する本発明によるセラミック基板の形で取り
付けられており、したがって担体2とセラミック基板3
との間には、空隙4が存在する。空隙4から離れた、セ
ラミック基板3の面上には、回路5が配置されており、
この回路は、少なくとも1個の圧電抵抗型抵抗素子を含
み、例えばスクリーン印刷技術で実現されていてよい。
また、選択的に圧電抵抗型抵抗素子を有する回路は、空
隙に対向した、セラミック基板の面上に配置されていて
もよく、この場合には、この回路は、外部の作用から良
好に保護されている。
【0010】圧力センサー1は、測定すべき圧力が曲率
に制限された、メンブラン素子3のバイアスに抗して作
用し、メンブラン素子3の変形を惹起する程度に配置さ
れている。この場合、メンブラン素子3の曲率は、出発
状態での最大の曲率からストッパーでの最少の曲率に到
るまで変化し、この場合このストッパーは、担体2によ
って形成されている。また、メンブラン素子3の曲率で
圧電抵抗型抵抗素子の電気抵抗は変化する。更に、圧力
は、簡単に例えばホイートストンのブリッジ型回路を用
いて前記抵抗の変化を評価することによって測定されう
る。
【0011】この種のセンサー素子1の場合の最大の動
力の衝撃は、本質的にメンブラン素子3の幾何学的寸法
に依存する。最大で検出することができる動力の衝撃
は、厚さおよび幅の拡大ならびにセラミックの長さの縮
小によって増大する。即ち、センサー素子1は、小さく
敏感な測定範囲または大きな測定範囲の幾何学的設計に
相応して利用されることができる。
【0012】既述したように、メンブラン素子3は、定
義された曲率またはバイアスを有する本発明によるセラ
ミック基板である。この本発明によるセラミック基板
は、出発物質がそれぞれAl粉末および主にAl
、SiOおよびCaOからなるガラスフリット
である複数の層からなる。
【0013】このようなメンブラン素子の製造のため
に、本明細書中に記載された実施例において、種結晶の
僅かなドーピングを有する出発物質の2層と種結晶の多
量のドーピングを有する出発物質の2層とは、重なり合
うように積み重ねられ、貼り合わされる。種結晶のドー
ピングは、粉末状化された形でもたらされるセラミック
を混合することによって行なわれる。個々の層のドーピ
ングにおける差は、有利に0.5質量%までの大きさの
程度である。個々の層の結晶挙動は、なかんずくドーピ
ングによって定められ、このことは、一面で結晶の経過
に反映され、他面、僅かに個々の層の物質組成に反映さ
れる。また、それとともに、個々の層の温度膨張率TC
Eは、ドーピングによって定められる。それに応じて、
個々の層の温度膨張率、ひいては温度膨張率間の差は、
定義されたドーピングによって意図的に調節されること
ができる。0.5質量%までのドーピング量の差の場合
には、0.3・10−61/KまでのTCEの差を予想
することができる。
【0014】個々の層は、引続く焼結過程の間、出発物
質の化学変化を生じる。この場合には、結晶性珪酸塩灰
長石(CaO・Al・2SiO)が形成され
る。その他の点では、Alおよび残分のガラスフ
リットが残存する。種結晶の僅かなドーピングを有する
2つの層と種結晶の多量のドーピングを有する2つの層
の温度膨張率は異なるために、既に焼結後の冷却の際
に、バイメタルの場合と同様に基板の相応する曲率が生
じる。2層モデルに対して理論的に定められた、曲率の
値は、実験により定められた値と極めて良好に一致する
ことが判明した。
【0015】セラミック基板の焼結後、セラミック基板
の凸表面は、導体路用ペーストで印刷される。
【0016】最後に、圧力センサーの範囲でメンブラン
素子としての前記使用は、単に本発明によるセラミック
基板の使用の1例を表わすが、しかし、本発明は、この
使用に制限されるものではないことを述べておく。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による湾曲されたセラミック基板を使用
している圧力センサーを示す略図。
【符号の説明】
1 圧力センサー素子、 2 担体、 3 メンブラン
素子、 4 空隙、5 回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホルガー ヘーファー ドイツ連邦共和国 ゾネンビュール ホー エンツォレルンシュトラーセ 7 Fターム(参考) 2F049 AA01 BA01 CA01 CA07 DA01 2F055 AA40 BB20 CC02 DD09 EE18 FF21 GG12

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 定義された曲率を有するセラミック基
    板。
  2. 【請求項2】 異なって定義された温度膨張率(temper
    atur coefficient of expansion-TCE)を有する少なく
    とも2個のセラミック層を含む、請求項1記載のセラミ
    ック基板。
  3. 【請求項3】 定義された曲率を有するセラミック基板
    の製造法において、異なって定義された温度膨張率を有
    する少なくとも2個のセラミック層を重なり合うように
    配置し、互いに堅固に結合させることを特徴とする、定
    義された曲率を有するセラミック基板の製造法。
  4. 【請求項4】 個々のセラミック層の温度膨張率を個々
    のセラミック層の出発物質への種結晶の意図的な混合に
    よって予め設定する、請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 種結晶としてもたらされたセラミックを
    粉末状化された形で混合する、請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 個々のセラミック層の温度膨張率を出発
    物質の選択および/またはそれぞれのセラミック層の組
    成の選択によって予め設定する、請求項3記載の方法。
  7. 【請求項7】 出発物質Al、PbOおよびB
    を有する第1のセラミック層および出発物質Al
    、SiOおよびCaOを有する第2のセラミック
    層を重なり合うように配置し、互いに堅固に結合させ
    る、請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 マイクロハイブリッド技術、多層セラミ
    ック技術またはハイブリッド技術における請求項1また
    は2に記載のセラミック基板の使用。
  9. 【請求項9】 圧力センサー素子(1)または燃料セン
    サー素子の範囲でのメンブラン素子(3)としての請求
    項8記載の使用。
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