JP4933031B2 - テープおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、テープおよびその製造方法に関する。
圧電セラミックスを用いたテープ及び製造方法が知られている。
米国特許第5,585,136号明細書 米国特許第6,071,795号明細書
圧電セラミックスの重大な欠点は、材料の脆性のため薄く大きな(数センチメートル〜数十センチメートル規模の)シート状に構成するのが困難なことである。
本発明のテープは、第1の可撓導電層と、第1の導電層に対向して配置した第2の可撓導電層とを含む。センサ、アクチュエータ、またはトランスデューサのうちの少なくとも1つからなる複数の素子を、第1の可撓導電層と第2の可撓導電層との間に配置し、かつ両導電層上に接合する。センサ、アクチュエータ、またはトランスデューサのうちの少なくとも1つからなる複数の素子の周囲には絶縁材を挿入する。第1および第2の可撓導電層に電気接点網を接続して、可撓検出検査テープに電力および制御信号を付与する。
テープであって、少なくとも部分的に可撓性のある第1の導電層と、少なくとも部分的に可撓性があり、前記第1の導電層に対向して配置される第2の導電層と、前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に配置され接合されるセンサ、アクチュエータ、またはトランスデューサのうちの少なくとも1つからなる複数の素子と、前記第1の導電層と前記第2の導電層とに接続し、前記可テープに電力および制御信号を印加する電気接点網とを含むことを特徴とする。
上記テープにおいて、前記複数のセンサ、アクチュエータ、またはトランスデューサは、分類されグループとして制御されると好適である。
上記テープにおいて、前記センサ、アクチュエータ、またはトランスデューサのうちの少なくとも1つは、多様な異なる幾何学的形状に形成されると好適である。
上記テープにおいて、前記センサ、アクチュエータ、またはトランスデューサのうちの少なくとも1つは、前記センサ、アクチュエータ、またはトランスデューサの密度が不均一となるように前記テープ上に配置された複数のセンサ、アクチュエータ、またはトランスデューサであると好適である。
上記テープにおいて、前記第1の導電層および前記第2の導電層の少なくともいずれかは、前記センサ、アクチュエータ、またはトランスデューサのうちの少なくとも1つの形状および分布に対応してパターニングしたメタライゼーション層を有するポリマーテープであると好適である。
上記テープにおいて、前記センサ、アクチュエータ、またはトランスデューサの少なくとも1つのうち、ある素子は圧電素子を含む1つの機能セラミック材料から構成され、他の素子は1つ以上の他の機能セラミック材料から構成されると好適である。
上記テープにおいて、前記複数のアクチュエータ、センサ、またはトランスデューサは、堆積工程によって形成した反強磁性、電歪、または磁歪素子構造を含む複数の他の機能セラミック材料であり、前記反強磁性またはその他の機能セラミック素子構造の第1の表面上に第1の電極が堆積され、前記反強磁性またはその他の機能セラミック素子構造の第2の表面上に第2の電極が堆積されると好適である。
本発明は、テープの製造方法であって、少なくとも1つの第1の基板表面上に材料を堆積して複数の素子構造を形成するステップと、前記複数の素子構造の各表面上に電極を堆積するステップと、前記素子構造を第2の基板に接合するステップであって、前記第2の基板は導電性をもつかまたは導電層を有し、かつキャリアプレート上に支持されるステップと、前記少なくとも1つの第1の基板を前記素子構造から取外すステップと、第2の側面電極を前記複数の素子構造の第2の表面上に堆積するステップと、前記素子構造の第2の側面を他の基板に接合するステップであって、前記他の基板は導電性をもつかまたは導電層を有するステップと、前記キャリアプレートを取外すステップとを含むことを特徴とする。
図1は、本願の概念に従う製造方法の第1の実施形態のハイレベル工程フロー図10を示す。以下の説明は圧電厚膜素子(厚さ10μm〜100μm)の製造に関して行うが、開示する方法は他の材料にも利用でき、薄膜素子(厚さ10μm未満)および厚さ100μm超〜ミリメートル単位の素子の製造にも利用できる。
圧電セラミック厚膜素子の作製は、ダイレクトマーキング技術を利用して、ステップ12で圧電材料を適切な基板上に堆積させて行う。作製工程は、密度を高めるため好適には約1100℃〜1350℃で材料を焼結させるステップを含むが、適当な環境下では他の温度範囲を用いてもよい。作製工程に続いて、形成した圧電素子の表面を、ステップ14で好適にはドライテープ研磨技術を用いて研磨する。次にステップ16で、圧電素子の表面上に電極を堆積する。次にステップ18で、圧電素子を最終目標基板に永久接合する。最終目標基板は可撓性があり、かつ導電性があるか、または金属箔もしくは金属化ポリマーテープ等の表面導電層を有する。可撓性のある目標基板を別の剛性のあるキャリアプレート上に設置してもよい。一般的な圧電セラミック素子の組成は、ドーピングした、またはドーピングしていないPZT(ジルコン酸チタン酸鉛)であるが、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、マグネシウムチタン酸鉛、ならびにそのチタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、リチウムタンタネート、およびその他との固溶体等の他の任意の圧電材料も使用できる。
圧電素子を堆積させた基板は、ステップ20でレーザまたは他の適切な装置等からの放射エネルギを利用したリフトオフ工程によって除去する。除去工程は、基板を介して圧電素子を放射線源に露出させ、基板と圧電素子間の付着界面を破壊するステップを含む。完全に基板を除去するため、必要に応じてさらに加熱を行う。リフトオフ工程が完了すると、ステップ22で圧電材料の第2の表面上に第2の電極を堆積する。その後、ステップ24で各素子を高電圧下でポーリングして材料に圧電特性をもたせる。ステップ26で各素子の電気的特性、例えば誘電性を測定して、各素子が要求される規準に合致しているかどうかを確認する。ステップ28で圧電素子間に絶縁フィラーを挿入し、その後、ステップ30で圧電素子を第2の最終目標基板30に接合する。第2の最終目標基板は、金属箔や金属化したポリマーテープ等、可撓性をもつ。その後、組立てた構造をキャリアプレート32から取外すことができる。
図2は第2のハイレベル工程フロー図40を示す。この工程と図1の工程との違いは、最終目標基板ではなく移動基板に接合を行うことである。従って作製ステップ42、テープ研磨ステップ44、および電極堆積ステップ46は、図1のステップ12,14および16と同様に行う。接合ステップ48では永久接続を意図しないので、移動基板に接合を行う。その後、図1のステップ20,22,24および26に対応するリフトオフステップ50、第2電極堆積ステップ52、ポーリングステップ54、および電気特性検査ステップ56を実施する。
その後、図1のステップ18と同設計の手順で、圧電素子を最終目標基板58に接合する。接合ステップ58に続いて、60で移動基板を除去する。その後、絶縁フィラー挿入ステップ62、第2の最終目標基板への接合ステップ64、およびキャリアプレート除去ステップ66を、図1のステップ28,30および32と同様に実施する。最終目標基板への接合時には、高強度の薄い接合層を使用して、接合層の不要な機械制動または吸収を回避または最小限に抑える。ただしこの接合は、圧電素子上の金属電極と最終目標基板もしくは最終目標基板の導電表面との間の電気接点の維持が可能なものである。
図1および図2の工程は、大型で利用可能な収率の高い、すなわち収率60%超、より好適には90%超、さらに好適には98%超の可撓圧電セラミックテープの製造に適している。
図3は、上記のステップ12および42を詳細に示す図である。圧電セラミック素子72を適切な基板74上に堆積し、その後1100℃〜1350℃で焼結して高密度にする。堆積ステップは、スクリーン印刷、ジェット印刷、バリスティックエアロゾルマーキング(BAM)、または音響イジェクション等を含む多数のダイレクトマーキング法によって行うことができる。これらの技術の利用により、圧電素子構成の種類および厚さに柔軟性をもたせることができる。
特に適した基板はサファイアである。その他の利用可能な基板材料には、透明アルミナセラミックス、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム等がある。本工程の一実施形態では、選択される基板は波長308nmで動作するエキシマレーザ用の透明基板で、その結晶方向に制約のない基板である。
圧電素子の作製完了後、工程はステップ14(またはステップ44)へ進み、圧電素子の上面をテープ研磨工程によって研磨し、鉛の不足等による何らかの表面損傷層をなくす。
好適な一実施形態では、テープ研磨工程は、圧電素子の表面縁部まで平坦なフラット研磨を行い、各素子上の凸状効果を回避するドライテープ研磨工程である。
研磨およびクリーニング後、工程はステップ16(またはステップ46)へ進み、図4(A)に示すようにCr/Niまたはその他の適当な材料等の金属電極76を、シャドーマスクを用いたスパッタリングまたは蒸着等の技術によって圧電素子の表面上に堆積する。電極の堆積は、スクリーン印刷等のダイレクトマーキング法の一つによって行い、適当な温度で焼結させることもできる。または薄膜金属間過渡液相接合法を用いる場合は、圧電素子の電極としてある種の低/高溶融点金属の薄膜層を使用してもよく、これにより場合によってはCr/Ni等の電極層をさらに堆積させなくてもよい。ただし、好適には薄膜金属間過渡液相接合法は、Cr/Ni堆積等の金属電極堆積後に行う。この方法については以下で詳述するが、一般には高溶融点金属78(銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)等)の薄膜層と、低溶融点金属79(インジウム(In)、錫(Sn)等)の薄膜層とを圧電素子(または基板)上に堆積させ、かつ高溶融点金属(Ag,Au,Cu,Pd等)の薄膜層を基板(または圧電素子)上に堆積させてもよい。これらの材料はその後、接合部の形成に使用される。また、低溶融点金属と高溶融点金属とを交互に重ねた多層構造の薄膜層を使用してもよい。
図5(A)に示すように、最終目標基板82は金属箔等の可撓性のある導電材である(そのため共通電極としても使用可能)。最終目標基板82はまた、本工程中にキャリアプレート80上に設置してもよい。
圧電素子72への接合は、薄さ1μm未満まで薄くできる非導電性のエポキシ層84を用いて行う。薄いエポキシはμm単位以下の導電粒子を含み、これは一実施形態では導電球(Au球等)85でもよく、従ってエポキシはZ方向(金属箔表面に対して垂直方向)に導電性をもつ。これにより圧電素子の表面電極と金属箔間に電気的接触を維持できる。導電球の濃度は、硬化後の薄いエポキシがZ方向には導電性をもつが、ただし異方性導電膜のように横方向には導電性をもたないような範囲に制御できる。エポキシが収縮しても表面と球との間にZ方向の接触を維持できる。
図5(B)および図5(C)では、導電球85を取除き、非導電性エポキシ層84のみを使用して接合を行う。図5(C)により詳細に示すように、圧電素子および/または最終目標基板82の表面粗さまたは凹凸を適当に制御して、電極84の表面と金属箔82とが接触したときに形成される電気接点86を介して電気的接触を維持する。
他の実施形態では、最終目標基板への接合は、上述した薄膜金属間過渡液相金属接合法を用いて行い、これは一実施形態では、図5(D)に示す高溶融点金属(Ag,Cu,Pd,Au等)−低溶融点金属(In,Sn等)の金属間化合物接合層または合金88を用いる。
より特定的には、薄膜金属間過渡液相金属接合には、Pd薄膜層等の高溶融点金属の薄層を目標基板上に堆積する。次に、圧電素子をPd薄層と接触させて、圧力下で低溶融点金属(In)の溶融点超の温度、例えば約200℃で加熱する。この操作により、高溶融点金属/低溶融点金属/高溶融点金属の組み合わせ、例えば、Pd/In/Pd層により高溶融点金属−低溶融点金属の金属間化合物接合層または合金88を形成する(Pd/In層等の高溶融点金属/低溶融点金属は図4(B)に示すように圧電素子上にすでに堆積されている)。この化合物または合金は、厚さ約1μmで圧電素子72と目標基板82とを接合するように作用するPdIn合金層となりうる。機能的には、低溶融点金属が高溶融点金属中に拡散して化合物/合金を形成する。
形成した金属間化合物相の溶融点は低溶融点金属の溶融点より大幅に高くなりうるので、接合層の動作温度は接合を形成する温度よりもかなり高くなりうる。例えば、低溶融点金属にインジウム(In)を使用し、高溶融点金属にパラジウム(Pd)を使用した場合、Inの溶融点は約156℃なので、接合は200℃以下で完了できる。しかし、形成された金属間化合物接合層PdInの溶融点は約664℃であるため、その動作温度は200℃より十分高くなりうる。接合層の厚さは1μm〜10μmが可能であるが、ここでの目的のためにはより薄い接合層(例えば1μm)が求められる。さらに、両金属が金属間接合層の形成に完全に消費されるように高溶融点金属および低溶融点金属の量を制御できる。
図2の一時的接合工程ステップ48を図6(A)および図6(B)に示す。図6(A)では、接合操作に取外し可能な導電接合エポキシ、例えば3M社製の9712,9713および9719を含む取外し可能な導電テープ90等を使用する。移動基板92は、メタライゼーション層等の表面導電層94を有する金属化したガラスでもよい。図6(B)に示す他の実施形態では、接合操作はμm単位以下の導電球85を含む薄い非導電性エポキシ84を使用して、ITO(導電膜)コーティング100を有するガラス等の移動基板98に接合する。
圧電素子を最終目標基板に永久接合する(図1のステップ18)か、または移動基板に一時的に接合する(図2のステップ48)と、次のステップでは圧電素子72を基板74から取外す。基板74の除去は図7(A)および図7(B)に示すようなリフトオフ操作によって行う。以下の説明は図5(A)の構成に基づくが、本明細書に記載する他のあらゆる代替例にも適用できる。まず基板74を、基板74をほぼ透過する波長をもつ放射線源(エキシマレーザ源等)102からの放射ビーム(レーザビーム等)に露出させる。これにより放射ビームの大部分が基板74を通過して、基板と基板表面の素子72との界面に達する。界面でのエネルギが両構成要素間の物理的付着を破壊するように作用する。放射線露出操作に続いて、図7(B)に示すようにヒータ104から熱がかけられる。ヒータからの温度は状況によって異なるが、一実施形態では、残留接点を簡単に除去して圧電素子72を基板74から完全に解放するには40℃〜50℃の温度で十分である。
放射線源への露出は圧電素子表面の損傷の可能性を高めるが、この損傷の可能性はわずか厚さ約0.1μm程度にすぎない。どのような表面損傷層も、イオン切削またはテープ研磨を含む適切な方法によって除去可能である。
次に図8(A)および図8(B)に示すように、シャドーマスクを用いて、または図1のステップ22もしくは図2のステップ52に従う他の適切な方法によって、解放された圧電素子72表面上にCr/Ni等の第2の側面電極106を堆積する。第2電極の堆積後、工程はステップ24および54へそれぞれ進み、圧電素子72を圧電特性を得るのに十分であると当該技術分野で公知の電圧108下でポーリングする。ポーリング後、素子の電気的特性、例えば誘電性を測定する(図1のステップ26、図2のステップ56)。
図2の工程による場合のように圧電素子の厚膜アレイを一時的に移動基板に接合する場合は、ステップ58およびステップ60を実行する。
一時的接合を利用すると、圧電アレイを最終目標基板に接合するのは電気的特性の測定後でよい。
図2のステップ58は、図1の接合ステップ18と同様に行うことができる。図9(A)〜図9(D)は、図5(A)および図5(D)の接合方法の代替例を示す。さらに、本工程は図5(B)および図5(C)の薄膜非導電性エポキシ接合を用いてもよい。この方法を利用する場合、圧電素子および/または基板の表面粗さは、膜厚、基板の性質および意図する用途に応じて、好適には約0.5μm〜5μmである。圧電素子の第2の表面は、基板表面のスムーズさのため非常にスムーズでありうる。
薄膜金属間過渡液相接合を利用する場合、前ステップと同様、Pd/In等の高溶融点金属/低溶融点金属を圧電素子の第2表面上に堆積し、Pd層等の薄い高溶融点金属を最終目標基板の表面上に堆積する。
一般的には、最終目標基板は金属箔または金属化した表面層を有するポリマーテープでもよい。適切ならば、最終目標基板を剛性のあるキャリアプレート80上に設置してもよい。
図9(A)では、圧電素子72を最終目標基板110に接合するため、最終目標基板110の導電層116と電極106を有する圧電素子72間にμm単位以下の導電球85を含む非導電性エポキシ84を挿入する。圧電素子72の反対側の表面(すなわち電極76を有する側)は、すでに取外し可能な導電テープ90によって移動基板92に(導体94を介して)一時的に接合されている。
図9(B)は、薄膜金属間過渡液相接合88を用いて圧電素子72を最終目標基板110に接合する他の方法を示し、圧電素子72は取外し可能な導電テープ90を用いて移動基板92に接合されている。
図9(C)に示す他の接合方法では、μm以下の導電球85を含む薄い非導電性エポキシ接合部84を用いて素子72を最終目標基板110に接合する。この設計では、素子72はμm以下の導電球85を含む薄い非導電性エポキシ84を用いて、ITOコーティング100を施したガラス基板98に接合される。
図9(D)は、薄膜金属間過渡液相接合88を用いて素子72が最終目標基板110に接合される構成を示し、圧電素子72は、μm単位以下の導電球85を含む薄い導電性エポキシ84を用いてITOコーティング100を施したガラス98に接合される。
経済的理由により、圧電素子の堆積には比較的小さな基板が好適な場合もある。このような場合、図2のステップ42(または図1のステップ12)は、圧電素子を複数の基板上に堆積して、その後、工程ステップ44および46を行う。ステップ48は複数の移動基板への圧電素子の接合を含む。その後、工程ステップ50〜56に続いてステップ58では、複数の移動基板を1つの最終目標基板に接合する。この方法により大規模な圧電テープの形成および小さな基板群の使用ができるだけでなく、ソフトPZTおよびハードPZT等の異なる圧電材料、または反強誘電体材料、電歪材料、および磁歪材料等の他の機能セラミックス材料を、1つの最終目標基板上に設置することも可能になる。
素子の厚さは移動基板ごとに異なり、かつ第2の可撓基板(以下で詳述する)を全素子の表面上に接合できる。つまりテープは厚さの異なる素子を含みうる。
図9(E)は2枚の移動基板92および93を示す。移動基板92は取外し可能な導電テープ90を用いて接合した圧電素子72を有し、移動基板93は取外し可能な導電テープ91を用いて接合した素子73(他種類の圧電材料または他の機能セラミック材料でもよい)を有する。素子72および73は、μm単位以下の導電球85を含む薄い非導電性エポキシ接合部84を用いて1つの最終目標基板110に接合する。図9(F)は移動基板92および93を示し、移動基板92は取外し可能な導電テープ90を用いて接合した素子72を有し、移動基板93は取外し可能な導電テープ91を用いて接合した、素子72とは厚さの異なる素子71を有する。素子72および71は、μm単位以下の導電球85を含む薄い非導電性のエポキシ接合部84を用いて1つの最終目標基板に接合する。素子71−72間の距離は第2の可撓基板を全素子に接合できる距離である。
工程はステップ60に進み、図10(A)および図10(B)に示すように、移動基板(92,93等)を除去する。圧電素子がテープ等の取外し可能な導電性エポキシを用いて移動基板に接合されている場合は、最終目標への永久接合後、テープおよび移動基板を圧電素子から簡単に引き剥がすことができる。導電テープは、3M社製の9712,9713および9719導電テープ等のように充填アクリルを用いたものである。
薄い非導電性エポキシを使用して圧電素子72がITOコーティングしたガラスに接合されている場合、放射線源がレーザであるステップ20またはステップ50と同様に、リフトオフ操作によって圧電素子をITOコーティングしたガラスから取外すことができる。これはエポキシがレーザ光も吸収するため可能であり、レーザへの露出によりエポキシを焼いて圧電素子をガラス基板から取外す。エポキシの溶融点は金属およびITO電極よりもはるかに低いので、エポキシだけを燃やして金属およびITO電極はまったく損傷しないように、レーザ露出濃度を制御できる。
圧電素子をITOコーティングしたガラスから取外すためにレーザリフトオフ技術を用いる場合、一実施形態ではNd:YAGレーザ(λ=355nm)およびXeF(λ=351nm)等の比較的波長の長いエキシマレーザを使用することを理解されたい。この理由は、図11に示すようにガラス上のITOを通過すると光の透過率はλ=300nm付近で急激に落ち込むが、λ=350nm付近では透過率は約80%となりうるためである。このような高透過率を用いて、エポキシだけを破壊しITOおよび金属電極への損傷は発生しないようにレーザ露出を制御できる。
移動キャリア除去後、アセトンまたはその他の適当な物質を用いて、導電テープまたはエポキシの残留物をクリーニングできる。その後、ステップ28(または62)および図10(A)および図10(B)に示すように、圧電素子72間にフィラー材114を挿入する。
フィラーの挿入後、工程はステップ30(または62)へ進み、図12に示すように、第2の最終目標基板118を圧電素子の第2表面上面へ接合する。第2の最終目標基板118はやはり可撓性があり、最終目標基板または最終目標基板表面は導電性がある。
最後に、キャリアプレート80を除去する(図1のステップ32または図2のステップ66)。キャリアプレートは、図9(A)〜図9(D)、図10(A)および図10(B)、ならびに図12には図示していないが剛性のあるキャリアプレート(図5(A)、図5(B)および図8(A)等を参照)を最終目標基板下に配置して、最終目標基板の支持と製造工程中の最終目標基板の移動を行ってもよいことを理解されたい。
図13は、本願に従って製造される可撓テープ120の一実施形態を示す。図14は図13のA−A線に沿った断面図120である。この構成では、導電素子等の複数の素子72が最終目標基板82と第2の最終目標基板118との間に挟まれる。基板82および118は可撓性があり、導電性かまたは表面導電層をもつ。このテープの作製手順は図12に示す実施形態のものと同じである。
この設計では、圧電素子72は均一に分布される。層82および118は例示として示したにすぎず、他の導電材料または表面導電層をもつ材料を使用してもよいことを理解されたい。圧電素子間には、絶縁用として穿孔マイラーもしくはテフロン(登録商標)、または他の導電材等のフィラー114が挿入される。ポリマーテープ118上のメタライゼーション層119はパターニングされていないので、全圧電素子72はすべて接続される。電気コネクタ122が含まれることで、電力および/または制御信号の印加ができる。公知のフィードバックまたはフィードフォワード制御回路123を設けて、圧電素子72の動作を制御する。層82および118は、上述したμm単位以下の導電球85を含む薄い導電エポキシ84による接合工程によって接合されている状態を示す。
フィラー材114の主たる用途は、(第1の)最終基板と第2の最終基板間、またはこれら基板の表面導電層間を電気的に絶縁することである。ただしフィラー材の挿入は任意であることを理解されたい。例えば、各素子の密度が十分高く、たとえ素子間のギャップを充填する材料なしでも(第1の)最終基板と第2の最終基板間またはその表面導電層間が電気短絡する可能性がない程度に素子間のギャップが狭い場合、フィラー材の挿入は行わなくてもよい。また基板の表面導電層がパターニングされて、圧電素子に接合されるべきでない領域に表面導電層がない場合は、フィラー材は使用しなくてもよい場合がある。
図15は図13のテープの他の実施形態のA−A線に沿った断面図130である。この図は、圧電素子が細長いストリップ134として作成され、フィラー136がこの設計に合う構成になっている様子を示す。この実施形態では、テープ130は一方方向に沿ってのみ可撓性が要求される構造、例えば円筒構造等で使用される能動ファイバー複合材として機能できる。
図16はA−A線に沿った第3の実施形態の断面図140を示す。この図は、一領域中の圧電素子の密度が可変(すなわち一領域中で素子を均等に分布しなくてもよい)で、圧電素子を様々な形状142に構成できる様子を示す。このため圧電テープの機能を局所的に調整できる。フィラー144は素子の周囲および素子間に分布される。
図17はパターニングしたメタライゼーション層152を有するポリマーテープ150を示す。圧電素子の形状および配分、かつ外部回路の設計に応じて、メタライゼーション層をポリマーテープ150上にパターニングして、圧電素子を個々にまたはグループごとに回路線154を介して外部回路に接続でき、圧電素子の数はグループによって異なる。このような回路接続によって、圧電素子をセンサとして、アクチュエータとして、およびトランスデューサとしてそれぞれ同時に使用することが可能になる。従って、圧電テープ自体が検出/検査パネルまたはスキンとなる。
図18(A)はA−A線に沿った第4の実施形態の断面図180である。この図は、1つのテープ中に組成の異なる素子(ソフトPZTとハードPZT等)が含まれる、または一部の素子は圧電材料から構成され、他の素子は反強磁性材料や電歪材料等の機能性セラミック材料から構成できる様子を示す。例えば、素子72はある種の圧電材料であり、素子73は他種類の圧電材料または電歪材料である。これら異なる材料は、上述したように異なる基板上に形成され、最終的に1つの最終目標基板上に接合される。これらの素子(異なる材料から形成される)を一緒に接続して1つの外部回路に接続してもよい。しかし好適には、各素子は機能の異なるそれぞれ異なる外部回路に接続する。例えば、テープ190は図18(B)に示すようにパターニングしたメタライゼーション層192を有する。このテープを図18(A)に示す素子を接合する第2の最終目標基板として用いる場合、全素子72が1つのグループとして機能し、別種類の圧電材料または他機能のセラミック材料(反強磁性材料または電歪材料等)からなる素子73は別グループとして機能して、別の外部回路に接続される。
図19は可撓テープ200を示す。この構成では、複数の素子72および71が最終目標基板82と第2の最終目標基板118との間に挟まれる。基板82および118は可撓性があり、導電性または表面導電層をもつ。この実施形態に示す最終目標基板82は、金属箔等の導電材料または導電層であり、従って他の導電表面層はもたない。最終目標基板118は、金属化したポリマーテープ等の表面導電層119を有する絶縁材である。図13とは異なり、本実施形態の素子72および71は厚さが異なり、上述のように別基板上に作製されるが、最終的には同一基板に接合される。素子72−71間の距離は、第2の最終目標基板(可撓性をもつ)118が両素子72および71に接合可能となるように十分広い。図18(B)に示すポリマーテープ190を第2の最終目標基板として用いて、図19に示す素子の接合を行う場合、素子群72が1つのグループとして機能して1つの外部回路に接続され、素子群71は1つのグループとして機能するため別の外部回路に接続される。
図20は、例えば図13のように構成した圧電テープ162,164の2層構造からなる二重圧電テープ160を示す。一実施形態では、表面を金属化した両面ポリマーテープ166を使用して2つの層162,164をつなぐ。この実施形態では、メタライゼーション層167,168および119に個々に参照番号を付す。この実施形態では、これらメタライゼーション層はポリマーテープ166および118の全表面をカバーするが、用途に応じてメタライゼーション層167,168および119は異なる材料から構成してもよく、パターニングし、各層のパターン構成が互いに異なってもよい。本発明の教示に従って多層圧電素子の作製も可能である。
図13〜図20に示すセラミックテープの各種実施形態は、選択的動作が可能な可撓テープであり、各図において代表例として示す各種圧電素子から構成される。
各材料の特性、例えば弾性係数等がわかれば、周知の計算を用いて中立面が存在するかどうかを判断できる。この情報を本願で使用して圧電材料を平面に対して配置し、圧電素子の感度の増減、またはテープの曲率半径の調整することができる。
以上、本発明を好適な実施形態を参照して説明した。上記の詳細な説明を一読し理解した上で、当業者には各種変形および変更が考えられることは明白である。本発明は、前掲の特許請求の範囲またはその等価物の範囲に含まれる限り、かかる変形および変更をすべて包含するように構成されることを意図する。
ハイレベル工程の図である。 ハイレベル工程の図である。 圧電素子の図である。 圧電素子アレイの他の実施形態の図である。 圧電素子アレイの他の実施形態の図である。 圧電素子の接合の実施形態の図である。 薄膜導電エポキシ接合工程の図である。 図5Bの一部の拡大断面図である。 圧電素子の接合の図である。 導電移動基板への接合を示す図である。 圧電素子の接合を示す図である。 キャリア基板を通ってビームを放射する様子を示す図である。 リフトオフ工程の熱伝達を示す図である。 素子アレイを接合する他の設計の図である。 素子アレイを接合する他の設計の図である。 圧電素子アレイの接合を示す図である。 圧電素子アレイの接合を示す図である。 圧電素子アレイの接合を示す図である。 圧電素子アレイの接合を示す図である。 2つの素子アレイの接合を示す図である。 2つの素子アレイの接合を示す図である。 他の実施形態の図である。 他の実施形態の図である。 レーザの透過波長を示すグラフである。 第2の最終目標基板を圧電素子に接合する一実施形態を示す図である。 断面図である。 図13のA−A線に沿った断面図である。 図13のA−A線に沿った断面図である。 図13のA−A線に沿った他の断面図である。 パターニングしたメタライゼーション層を有するポリマーテープの図である。 図13のA−A線に沿った断面図である。 パターニングしたメタライゼーション層を有するポリマーテープの図である。 他の断面図である。 2層圧電テープの図である。
符号の説明
72 素子、82 第1導電層、118 第2導電層、120 テープ。

Claims (8)

  1. 可撓性のある検出検査テープであって、
    少なくとも部分的に可撓性のある第1の導電層が形成された第1のテープ部と、
    少なくとも部分的に可撓性があり、前記第1の導電層に対向して配置される第2の導電層が形成された第2のテープ部と、
    前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に配置され、前記各導電層に接合されるセンサ、アクチュエータ、またはトランスデューサのうちの少なくとも1つからなり、互いの間にギャップをあけて配置された複数の素子と、
    前記第1の導電層と前記第2の導電層とに電力および制御信号を印加する電気接点網と
    を含み、
    前記第1の導電層及び前記第2の導電層は、前記複数の素子に対して電気的に接続されたテープ。
  2. 請求項1に記載のテープにおいて、
    前記複数の素子間の前記ギャップに挿入された絶縁用のフィラー材を有するテープ。
  3. 請求項1又は2に記載のテープにおいて、
    前記複数のセンサ、アクチュエータ、またはトランスデューサは、分類されグループとして制御されるテープ。
  4. 請求項1又は2に記載のテープにおいて、
    前記センサ、アクチュエータ、またはトランスデューサのうちの少なくとも1つは、多様な異なる幾何学的形状に形成されるテープ。
  5. 請求項1又は2に記載のテープにおいて、
    前記センサ、アクチュエータ、またはトランスデューサのうちの少なくとも1つは、前記センサ、アクチュエータ、またはトランスデューサの密度が不均一となるように前記テープ上に配置された複数のセンサ、アクチュエータ、またはトランスデューサであるテープ。
  6. 請求項1又は2に記載のテープにおいて、
    前記センサ、アクチュエータ、またはトランスデューサの少なくとも1つのうち、ある素子は圧電素子を含む1つの機能セラミック材料から構成され、他の素子は1つ以上の他の機能セラミック材料から構成されるテープ。
  7. 請求項1又は2に記載のテープにおいて、
    前記複数のアクチュエータ、センサ、またはトランスデューサは、堆積工程によって形成した反強磁性、電歪、または磁歪素子構造を含む複数の他の機能セラミック材料であり、
    前記反強磁性またはその他の機能セラミック素子構造の第1の表面上に第1の電極が堆積され、前記反強磁性またはその他の機能セラミック素子構造の第2の表面上に第2の電極が堆積されるテープ。
  8. 可撓性のある検出検査テープの製造方法であって、
    少なくとも1つの第1の基板表面上に材料を堆積して複数の素子構造を形成するステップと、
    前記複数の素子構造の第1の表面上に第1の電極を堆積するステップと、
    前記素子構造の前記第1の表面と第2の基板とを接合するステップであって、前記第2の基板は導電層を有し、かつ可撓性がありキャリアプレート上に支持されるステップと、
    前記少なくとも1つの第1の基板を前記素子構造から取外すステップと、
    記複数の素子構造の第2の表面上に第2の電極を堆積するステップと、
    前記素子構造の前記第2の表面と他の基板とを接合するステップであって、前記他の基板は導電層を有し、かつ可撓性があるステップと、
    前記キャリアプレートを取外すステップと
    を含む方法。
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