JP2016156825A

JP2016156825A - 圧電式デバイス

Info

Publication number: JP2016156825A
Application number: JP2016032301A
Authority: JP
Inventors: アブデルカダーアリアーヌ; Abdelkader Aliane; マリーヌガッリアーリ; Galliari Marine; ロラントゥールノン; Tournon Laurent
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2016-09-01
Also published as: EP3059772A1; FR3033087A1; US20160247999A1; EP3059772B1; US10090455B2; FR3033087B1

Abstract

【課題】高圧を測定するために圧力センサとして使用され得る圧電式デバイスを提供する。【解決手段】圧電式デバイスは、基板と、基板上に延びている少なくとも２つの電極と、基板及び電極上に延びている少なくとも１つの圧電性ストリップ片と、少なくとも電極の内の１つ及び圧電性ストリップ片上に延びて圧電性ストリップ片の両側で基板に接している少なくとも１つの導電性ストリップ片とを備えている。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、有機材料に基づく圧電式デバイス、特に圧力センサ、及びこのようなデバイスを製造する方法に関する。

特許出願である国際公開第2006／057987号パンフレットには、基板上に形成されて２つの相互嵌合された電極で覆われた有機材料製の圧電膜を備えた圧力センサが記載されている。圧力が基板に印加されると、機械的応力が圧電膜に加えられ、圧電膜に電荷を発生させる。電荷は電極によって回収されて、圧力を表す電気信号を与える。

国際公開第2006／057987号パンフレット

特許出願である国際公開第2006／057987号パンフレットに記載されている圧力センサの欠点は、圧力センサが、例えば水量計に使用するために特に10mbar（1,000 Pa）より高い高圧の測定に適合されていないことである。確かに、高い機械的応力が圧電膜に加えられると、基板からの圧電膜の分離及び／又は圧電膜からの電極の分離を引き起こす場合があり、圧力センサを動作不能にする。

実施形態の目的は、圧電式デバイス、特に有機圧電膜を備えた上記の圧力センサの欠点の全て又は一部を克服することである。

実施形態の別の目的は、圧電式デバイスが、特に10mbar（1,000 Pa）より高く、特に20bar （2MPa）までの高圧を測定するために圧力センサとして使用され得ることである。

実施形態の別の目的は、圧電式デバイスが低コストで製造され得るということである。

実施形態の別の目的は、圧電式デバイスが印刷技術によって少なくとも部分的に形成され得るということである。

実施形態の別の目的は、圧電式デバイスが可撓性の基板上に形成され得るということである。

従って、実施形態は、圧電式デバイスであって、
基板と、
該基板上に延びている少なくとも２つの電極と、
前記基板及び前記電極上に延びている少なくとも１つの圧電性ストリップ片と、
少なくとも前記電極の内の１つ及び前記圧電性ストリップ片上に延びており、前記圧電性ストリップ片の両側で前記基板に接している少なくとも１つの導電性ストリップ片と
を備えていることを特徴とするデバイスを提供する。

実施形態によれば、前記デバイスは、前記電極に少なくとも２つの貫通した空洞を更に備えており、
前記圧電性ストリップ片は前記空洞間に延びており、
前記導電性ストリップ片は、各空洞内に延びて前記基板に接している。

実施形態によれば、前記電極は夫々指状体を有しており、該指状体は相互嵌合されており、
前記圧電性ストリップ片は、前記基板及び前記指状体上に延びており、
前記導電性ストリップ片は、前記指状体及び前記圧電性ストリップ片上に延びており、
前記導電性ストリップ片は、前記圧電性ストリップ片の両側で前記基板に接している。

実施形態によれば、前記デバイスは、各指状体に少なくとも２つの貫通した空洞を備えており、
前記指状体毎に、前記圧電性ストリップ片は前記指状体の２つの隣り合う空洞間に延びており、
前記導電性ストリップ片は、前記指状体の内の1つの各空洞に延びて前記基板に接している。

実施形態によれば、前記圧電性ストリップ片は、ポリフッ化ビニリデン及び／又はポリフッ化ビニリデンの少なくとも１つの共重合体、特にポリフッ化ビニリデン、ポリ（フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン）、ポリ（フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン）及びこれらの重合体の内の少なくとも２つの混合物を含む群から選ばれた重合体を有している。

実施形態によれば、前記導電性ストリップ片は第１の有機材料から形成されている。

実施形態によれば、前記第１の有機材料は、90重量％を超える炭素を有している。

実施形態によれば、前記基板は第２の有機材料から形成されている。

実施形態によれば、前記第２の有機材料は、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド及びポリエーテルエーテルケトンを含む群から選ばれている。

実施形態によれば、前記空洞は夫々、前記基板の厚さの一部に亘って前記基板内に更に延びている。

前述及び他の特徴及び利点を、添付図面を参照して本発明を限定するものではない具体的な実施形態について以下に詳細に説明する。

圧力センサの実施形態を示す部分平面略図である。圧力センサの実施形態の垂直断面に沿った側断面図である。圧力センサの実施形態の垂直断面に沿った側断面図である。図1Aに示された圧力センサを製造する方法の実施形態のある工程後の図1Aと同様の図である。図1Bに示された圧力センサを製造する方法の実施形態のある工程後の図1Bと同様の図である。図1Cに示された圧力センサを製造する方法の実施形態のある工程後の図1Cと同様の図である。図1Aに示された圧力センサを製造する方法の実施形態のその後の工程後の図2Aと同様の図である。図1Bに示された圧力センサを製造する方法の実施形態のその後の工程後の図2Bと同様の図である。図1Cに示された圧力センサを製造する方法の実施形態のその後の工程後の図2Cと同様の図である。図1Aに示された圧力センサを製造する方法の実施形態のその後の工程後の図3Aと同様の図である。図1Bに示された圧力センサを製造する方法の実施形態のその後の工程後の図3Bと同様の図である。図1Cに示された圧力センサを製造する方法の実施形態のその後の工程後の図3Cと同様の図である。図1Aに示された圧力センサを製造する方法の実施形態のその後の工程後の図4Aと同様の図である。図1Bに示された圧力センサを製造する方法の実施形態のその後の工程後の図4Bと同様の図である。図1Cに示された圧力センサを製造する方法の実施形態のその後の工程後の図4Cと同様の図である。圧力センサの基板に印加される圧力に応じて図1A、図1B及び図1Cに示された実施形態に係る圧力センサによって与えられる電圧の変化を表す曲線を示す図である。別の実施形態に係る圧力センサの電極を示す平面図である。

同一の要素は様々な図面において同一の参照番号で示されており、更に様々な図面は正しい縮尺で示されていない。明瞭化のために、記載された実施形態の理解に有用な要素のみが示され詳述されている。特に、温度センサによって与えられる信号を処理するためのデバイスは当業者に公知であり、詳細に述べられていない。特に指定されていない限り、「およそ」、「略」及び「程度」の表現は10％の範囲内を意味し、好ましくは５％の範囲内を意味する。以下の記載では、「ポリフッ化ビニリデン（PVDF）に基づく」要素という表現は、少なくとも70モル質量％のフッ化ビニリデン（VDF ）単量体、場合によっては例えばトリフルオロエチレン（TrFE）又はテトラフルオロエチレン（TFE ）のような少なくとも70モル質量％の少なくとも別の単量体を有する共重合体を意味する。

圧力センサの形成に適した圧電式デバイスの実施形態を述べる。しかしながら、圧電式デバイスが、他の用途、例えば電力回収デバイスを形成するために使用されてもよいことは明らかである。

図1Aは、圧力センサ10の実施形態を示す部分平面略図であり、図1B及び図1Cは、圧力センサ10の実施形態の２つの垂直断面に沿った側断面図である。図1B及び図1Cの断面は垂直である。図1Aでは、圧力センサ10の一部の層が示されていない。更に、図1Aでは、別の要素で覆われた要素の輪郭が点線で示されている。

圧力センサ10は、図1B及び図1Cの底部から最上部に、
２つの対向する面14, 16を有する基板12と、
基板12の表面14上に延びて基板12の表面14に接する２つの相互嵌合された電極18, 20であって、電極18は電極20に接しておらず、トラック24に接続された複数の平行な指状体22を有しており、電極20は、指状体22と平行にトラック28に接続された複数の指状体26を有しており、各指状体22は、場合によっては１つ又は２つの指状体22を除いて２つの指状体26間に配置されており、各指状体26は、場合によっては１つ又は２つの指状体26を除いて２つの指状体22間に配置されている電極18, 20と、
各指状体22, 26を完全に貫通して、基板12の厚さの一部に亘って表面14から基板12に延びる空洞30と、
指状体22, 26上及び指状体22と指状体26との間の基板12の表面14上に延びて、指状体22, 26及び基板12の表面14に接する有機圧電材料製の複数の平行な圧電性ストリップ片32であって、指状体22, 26に対して略垂直に方向付けられている圧電性ストリップ片32と、
指状体22, 26と平行に方向付けられている導電性有機材料製の複数の平行な導電性ストリップ片34であって、各導電性ストリップ片34は、指状体22又は指状体26の内の１つの上に延びており、前記指状体22, 26上に配置された圧電性ストリップ片32の部分及び圧電性ストリップ片32間の下にある前記指状体22, 26の一部を覆っている導電性ストリップ片34と、
導電性ストリップ片34、圧電性ストリップ片32、電極18, 20及び基板12を覆う封止層36（図1Aには不図示）と、
場合によっては封止層36を被覆する被覆体38（図1Aには不図示）であって、図1B及び図1Cにおける底部から最上部に接着層40、障壁層42及び保護層44を連続的に有する被覆体38と
を備えている。

基板12の厚さは、100 nm〜1,000 μm の範囲内であってもよく、好ましくは25μm 〜300 μm の範囲内であってもよい。基板12は撓まない基板又は可撓性基板であってもよい。可撓性基板は外力の作用下で変形してもよく、特に壊れたり裂けたりせずに曲がってもよい。撓まない基板の一例として、シリコン基板、ゲルマニウム基板又はガラス基板が挙げられる。可撓性基板の一例として、PEN （ポリエチレンナフタレート）、PET （ポリエチレンテレフタレート）、PI（ポリイミド）又はPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）の膜が挙げられる。基板12は可撓性膜であることが好ましい。そのため、基板12の厚さは100 nm〜10μm の範囲内であることが好ましい。

電極18, 20は、インジウムスズ酸化物から形成されてもよく、金属材料、特に銀、金、ニッケル、パラジウム、白金、アルミニウム、銅、チタン又はこれらの材料の内の少なくとも２つの合金若しくは混合物から形成されてもよく、導電性高分子、例えばポリ（3, 4−エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸塩）（PEDOT: PSS）から形成されてもよく、又はグラフェンから形成されてもよい。

電極18, 20の寸法は想定される用途に適合される。例として、各電極18, 20は、少なくとも２つの指状体、特におよそ５つの指状体を有してもよい。各指状体22, 26の長さは20μm 〜10,000μm の範囲内であってもよく、特におよそ4,000 μm であってもよい。各指状体22, 26の幅は20μm〜300 μm の範囲内であってもよく、特におよそ50μm であってもよい。電極18の指状体22と電極20の最も近い指状体26との間隔は、１μm 〜200 μm の範囲内であってもよく、例えばおよそ２μm であってもよい。各指状体22, 26の厚さは、10nm〜300 nmの範囲内であってもよく、例えばおよそ100 nmであってもよい。

空洞30は、平面図で円形状、楕円形状又は多角形状であってもよく、特に正方形状又は矩形状であってもよい。例として、空洞30は平面図で、長辺が10μm 〜900μm 、特におよそ300 μm であり、短辺が５μm 〜300 μm 、特におよそ100 μm である矩形状であってもよい。

圧電性ストリップ片32はPVDFに基づく化合物から形成されてもよい。PVDFに基づく化合物は、PVDF重合体のみ、PVDFの単一の共重合体、PVDFの２以上の共重合体の混合物、又は、PVDF重合体及びPVDFの少なくとも１つの共重合体の混合物を有してもよい。PVDFの共重合体は、ポリ（フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン）（P(VDF-TrFE) ）、特にP(VDF_x-TrFE_100-x)（ここでｘは60〜80の実数であり、特におよそ70である）、ポリ（フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン）、ポリ（フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン−クロロフルオロエチレン）（P(VDF-TrFE-CFE）、又はポリ（フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレン）（P(VDF-TrFE-CTFE)）であることが好ましい。

PVDFに基づく化合物は充填剤を更に有してもよい。充填剤は、セラミック粒子、例えばチタン酸バリウム粒子（BaPiO₃）、ジルコン酸チタン酸鉛粒子（PbZrTiO₃又はPZT ）、チタン酸鉛粒子（PbTiO₃）又はタンタル酸リチウム粒子（LiTaO₃）に相当してもよい。PVDFに基づく化合物中の充填剤の重量濃度は、５％〜25％の範囲内であってもよい。

従って、化合物は、PVDF重合体及び少なくとも１つのセラミックの混合物、又はPVDFの少なくとも１つの共重合体及び少なくとも１つのセラミックの混合物を有してもよく、例えば混合物として、PVDF/BaTiO₃，P(VDF-TrFE)/BaTiO₃，P(VDF-TrFE-CTFE)/BaTiO₃，P(VDF-TrFE-CFE)/BaTiO₃，PVDF/PbZrTiO₃，P(VDF-TrFE)/PbZrTiO₃，P(VDF-TrFE-CTFE)/PbZrTiO₃，P(VDF-TrFE-CFE)/PbZrTiO₃，PVDF/PbTiO₃，P(VDF-TrFE)/PbTiO₃，P(VDF-TrFE-CTFE)/PbTiO₃，P(VDF-TrFE-CFE)/PbTiO₃，PVDF/LiTaO₃，P(VDF-TrFE)/LiTaO₃，P(VDF-TrFE-CTFE)/LiTaO₃，P(VDF-TrFE-CFE)/LiTaO₃が挙げられる。

各圧電性ストリップ片32の幅は20μm 〜300 μm の範囲内であってもよく、例えばおよそ100 μm であってもよい。２つの隣り合う圧電性ストリップ片32間の間隔は、10μm 〜500 μm の範囲内であってもよく、例えばおよそ400 μm であってもよい。各圧電性ストリップ片32の厚さは、100 nm〜10μm の範囲内であってもよく、例えばおよそ４μm であってもよい。

導電性ストリップ片34は、導電性の炭素材料から形成されてもよい。炭素材料は、80重量％を超える炭素、好ましくは90重量％を超える炭素を有する材料である。炭素材料は、カーボンインクの乾燥後に得られる生成物に相当してもよく、又は導電性グラフェンに若しくはカーボンブラック及び銀インクの混合物に相当してもよい。カーボンインクは、Creative Materialsによって製品名112-48で商品化されているカーボンインクであってもよい。炭素材料のヤング率は10GPa 未満であることが好ましい。各導電性ストリップ片34の単位面積当たりの抵抗は１Ω／□〜50Ω／□の範囲内である。導電性ストリップ片34を形成する材料は基板12に対する優れた接着性を有する。実施形態によれば、基板12に接着する導電性ストリップ片34の45度より大きい剥離角度に沿った剥離力は、25mmの接着幅に関して30Ｎより大きい。

各導電性ストリップ片34の長さは、指状体22, 26の長さと略同一であってもよく、例えば50μm 〜10,000μm の範囲内であってもよく、例えばおよそ4,000 μm であってもよい。各導電性ストリップ片34の幅は、指状体22, 26の長さと略同一であってもよく、例えば20μm 〜300 μm であってもよく、例えばおよそ100 μm であってもよい。各導電性ストリップ片34の厚さは、１μm 〜20μm の範囲内であってもよく、例えばおよそ４μm であってもよい。

封止層36は、ポリジメチルシロキサン（PDMS）又はポリ（メタクリル酸メチル）（PMMA）から形成されてもよい。封止層36の厚さは10μm 〜２mmの範囲内であってもよい。

接着層40は感圧接着剤（PSA ）であってもよい。感圧接着剤の例として、ポリアクリレート若しくはポリジエンに基づく接着剤、又はスチレン−イソプレン−スチレン（SIS ）若しくはスチレン−ブタジエン−スチレン（SBS ）のようなトリブロック重合体に基づく接着剤が挙げられる。封止層36を形成する材料のヤング率は１GPa 未満であることが好ましい。接着層40の厚さはおよそ25μm であってもよい。

障壁層42は、無機材料の少なくとも１つの層及び有機材料の少なくとも１つの層の積層体を有してもよい。無機材料の例として、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、及びこれらの化合物の内の少なくとも２つの混合物が挙げられる。有機材料の例として、ポリアクリレートが挙げられる。障壁層42の厚さは10nm〜500 nmの範囲内であってもよい。

保護層44は、PEN （ポリエチレンナフタレート）、PET （ポリエチレンテレフタレート）、PI（ポリイミド）又はPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）から形成された可撓性膜を有してもよい。保護層44の厚さは10μm 〜50μm の範囲内であることが好ましい。

作動中、圧力が基板12に印加されると、圧電性ストリップ片32は、基板12の表面14に平行な方向に沿って主に変形し、つまり、圧電性ストリップ片は主に{31}横モードに従って作動する。

各導電性ストリップ片34は、各導電性ストリップ片34と空洞30内の基板12との接触領域によって基板12に固定されている。そのため、各導電性ストリップ片34は、電極18, 20と基板12とに対する圧電性ストリップ片32の維持、及び基板12に対する指状体22, 26の維持に関係する。従って、圧電性ストリップ片32に加えられる機械的応力が高い場合、導電性ストリップ片34は、圧電性ストリップ片32及び／又は電極18, 20が分離する危険性を低下させる。圧力センサ10によって、特に10mbar（1,000 Pa）〜およそ20bar （２×10⁶ Pa）の範囲内の圧力を測定可能であってもよい。

圧力センサ10を製造する方法の実施形態を、図2A〜5Cに関連して述べる。

図2A、図2B及び図2Cは夫々、基板12上に電極18, 20を形成した後の図1A、図1B及び図1Cと同様の図である。電極18, 20を形成する材料に応じて、電極18, 20を形成する方法は、いわゆるアディティブ法に相当してもよく、例えば、電極18, 20を形成する材料を有する流体組成物又は粘性組成物の所望の位置における直接印刷によるアディティブ法に相当してもよく、例えばインクジェット印刷、写真製版法、シルクスクリーニング、フレキソ印刷、スプレー塗装又はドロップキャスト法によるアディティブ法に相当してもよい。電極18, 20を形成する材料に応じて、電極18, 20を形成する方法はいわゆるサブトラクティブ法に相当してもよく、この方法では、電極18, 20を形成する材料を構造全体に亘って成膜して、その後、使用されていない部分を例えばフォトリソグラフィ又はレーザアブレーションによって除去する。対象とする材料に応じて、構造全体に亘る成膜を、例えば液相成膜、カソードスパッタリング又は蒸着によって行ってもよい。スピンコーティング、スプレー塗装、写真製版法、スロットダイコーティング、ブレードコーティング、フレキソ印刷又はシルクスクリーニングのような方法を特に使用してもよい。実行される成膜法に応じて、成膜された材料を乾燥させる工程を行ってもよい。

電極18, 20を形成するために物理蒸着の工程を行う場合、本方法は、基板12の表面14に導電層を成膜する工程、及びこの導電層をエッチングして電極18, 20を画定する工程を有する。エッチングとしてフォトリソグラフィ工程を行ってもよい。例として、電極18, 20が金から形成される場合、エッチングはヨウ化カリウムを用いた化学エッチングであってもよい。特に、エッチング工程により、各指状体22, 26に開口46を形成して基板12の表面14の一部を露出させる。

図3A、図3B及び図3Cは夫々、開口46と一致して基板12に開口48をエッチングする工程後の図2A、図2B及び図2Cと同様の図である。各開口48の深さは１μm 〜10μm の範囲内であってもよい。開口48のエッチングとしてフォトリソグラフィ工程を行ってもよい。開口46及び開口48は上記の空洞30を形成する。基板12がPEN から形成される場合、エッチングは酸素プラズマを使用したエッチングであってもよい。

図4A、図4B及び図4Cは夫々、圧電性ストリップ片32の形成後の図3A、図3B及び図3Cと同様の図である。本方法は、第１の液体組成物、場合によっては粘性組成物を成膜する工程と、その後のPVDFに基づく化合物を結晶させて圧電性ストリップ片32を形成する工程とを有する。

第１の液体組成物は、第１の溶剤と第１の溶剤に溶解したPVDFに基づく化合物とを有する。第１の溶剤は極性溶剤であることが好ましい。これによってPVDFに基づく重合体の溶解を改善し得ることが有利である。第１の溶剤は、紫外線を少なくとも部分的に、例えば200 nm〜400 nm間の波長範囲に亘って吸収し得ることが好ましい。実施形態によれば、第１の溶剤の蒸着温度は、110 ℃〜140 ℃の範囲内であり、好ましくは110 ℃〜130 ℃の範囲内であり、より好ましくは120 ℃〜130 ℃の範囲内である。第１の溶剤は、シクロペンタノン、ジメチルスルホキシド（DMSO）、ジメチルホルムアミド（DMF ）、ジメチルアセトアミド（DMAc）及びN-メチル-E- ピロリドン（NMP ）を含む群から選ばれてもよい。第１の溶剤はシクロペンタノンであることが好ましい。

第１の組成物は、１重量％〜30重量％、好ましくは10重量％〜25重量％、特にはおよそ20重量％のPVDFに基づく化合物と、70重量％〜99重量％、好ましくは75重量％〜90重量％、特にはおよそ80重量％の第１の溶剤とを有してもよい。第１の溶剤の重量濃度は、印刷技術の実施を可能にすべく第１の得られる組成物の粘性を調節すべく選択されていることが有利である。圧電性ストリップ片32を形成する方法は、上述したようないわゆるアディティブ法に相当してもよく、特にインクジェット印刷、シルクスクリーニング又はスプレー塗布によるアディティブ法に相当してもよい。圧電性ストリップ片32を形成する方法は、上述したようないわゆるサブトラクティブ法に更に相当してもよい。成膜法がシルクスクリーニング工程を有する場合、第１の組成物の粘性は５Pa.s〜30Pa.sの範囲内であってもよい。

PVDFに基づく化合物を結晶化させる工程として、100 ℃〜130 ℃の温度で10分間〜30分間アニールを行ってもよい。別の実施形態によれば、結晶化させる工程として、一連のUVパルス又は紫外閃光による第１の組成物の紫外線（UV）照射を行ってもよい。紫外線は、少なくとも部分的に200 nm〜400 nmの波長を有する放射線を意味する。実施形態によれば、UVパルスの継続時間は500 μs 〜２msの範囲内である。２つの連続的なUVパルス間の継続時間は１〜５秒であってもよい。紫外線のフルエンスは、10J/cm² 〜25J/cm² の範囲内であってもよい。UVパルスの数は特に、圧電性ストリップ片32の厚さによって決まる。例として、圧電性ストリップ片32の厚さが100 nmである場合、UVパルスの数は、10J/cm² 〜15J/cm² のフルエンスで１〜２の範囲内であってもよく、圧電性ストリップ片32の厚さが４μm 程度である場合、UVパルスの数は、17J/cm² 〜21J/cm²のフルエンスで２〜６の範囲内であってもよい。

第１の組成物の照射中、電極18, 20は第１の組成物を通過した紫外線の一部を反射することが有利である。これによって、第１の組成物によって受ける紫外線の量を増やすことが可能である。第１の組成物の第１の溶剤は紫外線を少なくとも部分的に吸収することが有利である。これによって、UVに基づく化合物の加熱を改善して、焦電特性及び圧電特性を有し得る相である結晶相βの形成を容易にすることが可能になる。120 ℃〜130 ℃で生じる結晶相βの形成前に第１の溶剤があまりにも速く蒸着することを避けるために、第１の溶剤の蒸着温度は110 ℃より高いことが有利である。照射工程により、50重量％を超える、好ましくは80重量％を超える第１の組成物の第１の溶剤を蒸着させることが好ましい。

図5A、図5B及び図5Cは夫々、導電性ストリップ片34を形成する工程後の図4A、図4B及び図4Cと同様の図である。本方法は、第２の液体組成物、場合によっては粘性組成物を成膜する工程と、その後の乾燥させて導電性ストリップ片34を形成する工程とを有してもよい。第２の液体組成物は、第２の溶剤と第２の溶剤に溶解した炭素材料に基づく化合物とを有する。第２の溶剤は、圧電性ストリップ片32を形成する材料と化学的に反応しないように選択される。第２の溶剤は、シクロヘキサン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、酢酸エチル及びキシレンを含む群から選択されてもよい。

第２の組成物は、５重量％〜30重量％の炭素化合物と85重量％〜70重量％の第２の溶剤とを有してもよい。第２の溶剤の重量濃度は、印刷技術の実施を可能にすべく第２の得られる組成物の粘性を調節すべく選択されることが有利である。導電性ストリップ片34を形成する方法は、上述したようないわゆるアディティブ法に相当してもよく、特にインクジェット印刷、シルクスクリーニング又はスプレー塗布によるアディティブ法に相当してもよい。第２の組成物から作られる導電性ストリップ片34を形成する方法は、上述したようないわゆるサブトラクティブ法に更に相当してもよい。第２の組成物を乾燥させる工程として、90℃〜130 ℃の温度で10分間〜30分間アニールを行ってもよい。

製造方法の実施形態のその後の工程として、前の工程で得られた構造体上に封止層36を形成する工程を有してもよい。封止層36をシルクスクリーニングによって成膜してもよい。アニール工程を、例えば60℃〜80℃の温度で30分間〜数時間行ってもよい。

ある用途では、特に圧力センサ10が水溶性流体に置かれる場合、圧力センサ10の湿度に対する保護を改善することが望ましい場合がある。そのため、製造方法の実施形態では、封止層36に被覆体38を接合する更なる工程を有してもよい。保護層44及び障壁層42を備えた積層体は別々に形成され、接着層40によって、例えばカレンダ工程によって封止層36に接合されてもよい。

ある用途では、PVDFに基づく圧電性ストリップ片32の圧電特性を向上させるために、連続的な電場を、20V/μm 〜80V/μm の強度で25℃又は例えば80℃〜100 ℃のより高い温度で２分間以上圧電性ストリップ片32に加えてもよい。別の実施形態によれば、PVDFに基づく圧電性ストリップ片32の圧電特性を、圧電性ストリップ片32にコロナ処理を施すことにより向上してもよい。

図６は、基板12に印加される圧力に応じて圧力センサ10の電極18, 20間で測定される電圧の変化を表す曲線C を示す図である。曲線C は、以下の寸法及び構造を有する圧力センサ10に関して得られた。

基板12はPEN から形成されており、125 μm の厚さを有する。
電極18, 20は金から形成されており、30nmの厚さを有し、５つの指状体を夫々有しており、指状体は夫々、4,000 μm の長さ及び300 μm の幅を有し、平面図で長辺が300 μm であり短辺が100 μm である矩形状の複数の空洞30を有している。
圧電性ストリップ片32はP(VDF₃₀-TrFE₇₀) から形成されており、４つの圧電性ストリップ片32が互いに200 μmの間隔を置いて配置されており、100 μm の幅及び４μm の厚さを有する。
導電性ストリップ片34はカーボンインクから形成されており、４μm の厚さを有する。

曲線C は、少なくとも２bar （0.2MPa）の圧力までの圧力センサ10の適切な動作を示している。

図７は、電極50, 52の別の実施形態の部分平面略図である。電極50, 52は、上述した電極18, 20の全ての要素を有しており、指状体22, 26毎に指状体22, 26に接続された複数のピン54を更に有しており、ピン54は、ピンが接続されている指状体及び隣り合う指状体間で平行に延びている。ピン54は互いに接続されていない。各ピン54は、圧電性ストリップ片32の内の１つで部分的に覆われている。実施形態によれば、各電極50, 52は、指状体22, 26毎に圧電性ストリップ片32の数と同数のピン54を有している。ピン54によって、圧電性ストリップ片32で生成される電荷の電極52, 50による回収を向上させることができる。

具体的な実施形態が述べられている。様々な変更、調整及び改良が当業者に想起される。特に、上記の実施形態では、空洞は基板の厚さの一部に亘って基板12に延びているが、空洞30は、基板12内に達するのではなく基板12の表面まで達することができる。そのため、導電性ストリップ片34は各空洞30内の基板12の表面14に固定されている。

このような変更、調整及び改良は、本開示の一部であることが意図されており、本発明の趣旨及び範囲内であることが意図されている。従って、先の記載は単なる一例であり、限定することを意図されていない。本発明は、以下の特許請求の範囲及びこの均等物に定義されているように限定されるだけである。

本出願は、2015年２月23日に出願された仏国特許出願第15／51520 号明細書の優先権を主張しており、その内容全体が、特許法で許容可能な最大限に至るまで参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

圧電式デバイスであって、
基板と、
該基板上に延びている少なくとも２つの電極と、
前記基板及び前記電極上に延びている少なくとも１つの圧電性ストリップ片と、
少なくとも前記電極の内の１つ及び前記圧電性ストリップ片上に延びており、前記圧電性ストリップ片の両側で前記基板に接している少なくとも１つの導電性ストリップ片と
を備えていることを特徴とするデバイス。
前記電極に少なくとも２つの貫通した空洞を更に備えており、
前記圧電性ストリップ片は前記空洞間に延びており、
前記導電性ストリップ片は、各空洞内に延びて前記基板に接していることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
前記電極は夫々指状体を有しており、該指状体は相互嵌合されており、
前記圧電性ストリップ片は、前記基板及び前記指状体上に延びており、
前記導電性ストリップ片は、前記指状体及び前記圧電性ストリップ片上に延びており、
前記導電性ストリップ片は、前記圧電性ストリップ片の両側で前記基板に接していることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
各指状体に少なくとも２つの貫通した空洞を備えており、
前記指状体毎に、前記圧電性ストリップ片は前記指状体の２つの隣り合う空洞間に延びており、
前記導電性ストリップ片は、前記指状体の内の1つの各空洞に延びて前記基板に接していることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
前記圧電性ストリップ片は、ポリフッ化ビニリデン及び／又はポリフッ化ビニリデンの少なくとも１つの共重合体、特にポリフッ化ビニリデン、ポリ（フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン）、ポリ（フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン）及びこれらの重合体の内の少なくとも２つの混合物を含む群から選ばれた重合体を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のデバイス。
前記導電性ストリップ片は第１の有機材料から形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のデバイス。
前記第１の有機材料は、90重量％を超える炭素を有していることを特徴とする請求項６に記載のデバイス。
前記基板は第２の有機材料から形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載のデバイス。
前記第２の有機材料は、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド及びポリエーテルエーテルケトンを含む群から選ばれていることを特徴とする請求項８に記載のデバイス。
前記空洞は夫々、前記基板の厚さの一部に亘って前記基板)内に更に延びていることを特徴とする請求項２又は４に記載のデバイス。