JPS6165156A - 表面弾性波センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、表面弾性波センサの製造方法の改良に関する
。

Ｅ従来の技術１ 表面弾性波を利用したセンサには、温度センサ、圧力セ
ンサ、電位センサ等のように素子温度が変化したり、素
子に加わる圧力や電Ｙ［が変化することにより、発振周
波数が変化することを利用するものと、結露センサや物
体センサのように表面弾性波素子に水滴や物体が接触す
ることにより発振が停止することを利用するものがある
。いずれの場合もセンサの構成は第１図のようになる。

叩らＰｂ（Ｚｒ、丁ｔ）０３（以下ＰＺＴという）のよ
うな圧電性を有するセラミックス素子１と該素子１の表
面に形成され７ｊ表面弾ｔ’１波を効・？”　Ｊ、　＜
送受りるための櫛歯状電極２ど、Ｉ咳゛１ｔ（〜２（：
接続・Ｊるリードワイ１７３、さらに該リードワイヤ３
に接続するリードビン４、端面等からの不要１辰ａ）の
影響を除去するための吸音材５、該素子が接着剤でｊ８
合された８１１本６Ｊ３よひ該；（了召被冒づ−るヤト
ツブ７から構成される。ざらに圧力Ｃンサのような場合
にはＪＪ（Ａに圧〕Ｊ尋入口などが設【ノられている。

従来の表面弾性波センサの１１ｉ造方を人を）ボベる。

ＰＺＴのような圧電性セラミックス焼結体を適当な厚さ
に切断したあと、該焼結体の両面に銀ペーストをスクリ
ーン印刷した後７５０℃の温度で焼付ける。これをシリ
コン浴中で銀電極の平行電極の両端３　ｋ　Ｖ　、、’
　ｍ　ｍの直流電界を印加し分極処理を施す。該分極処
理後、銀電極を研磨し表面を鏡面仕上げする。該セラミ
ックス基体を充分洗浄した後真空蒸着装置を用いてアル
ミニウム＼５金等の４電［生ａ膜を約５０００オングス
トロームの厚さに蒸着する。次いでＩＣ技術のホトリソ
グラフィーの技術を用いてエツチングを行ないく以下ホ
ト加Ｔという）、圧電セラミックスの表面に櫛歯状電（
参を形成する。このとき圧電体の分極効果がｊＯわれな
いようホト工程の中の処理は全て圧電体のキュリーｉｆ
ｆ度以下で行なわれ、通常１５０℃以下である。このよ
うにして得られた表面弾性波素子は基体に接合される。

この接合に用いられる接着剤は、処理（Ｋ１１度か例え
ば１５０℃以下である、帛温効果型のエポキシ系接着剤
に限定されてしまう。

従来法では、圧電体のキュリ一温度のｌこめ圧電体の分
極処理後のホト加工及び接着工程における作＠温度が著
しく制約されていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記問題点を克服するものであり、ホト工程
及び接着工程における作業温度等の制限のない表面弾性
波センサの製造方法を捉供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の表面弾性波センサの製造方法は、表面に郭歯状
電極を有する圧電セラミックス集子を基体に接合したセ
ンサ素材を形成する第１工程、形成された該センサ素材
の該Ｆｕ　ｔｆｉ状電極電極いて圧電セラミックス素子
を分極する第２工程とからなることを特徴とする。

本発明の表面弾性波センサの製造方法の第ゴ工程（ユ、
表面に１ｉＩｉｌ歯状電極を有する圧電セラミックス粱
子を１５体に接合したセンサ素材を形成するものである
。

上記圧電セラミックス木下を基体に）狡合する場合にお
いて、その作業温度にａｉ１１限はない。即ら圧電セラ
ミックスのキュリ一温度以上であってもよい。従って本
方法にＪＪいて用いられる接着剤は、常温型のエポキシ
系接着剤に限らず、熱硬化性接着剤、ガラス接着剤等を
用いることができる。これらの熱硬化性およびガラス接
着剤を用いることにより、亡ラミック素子を４体に強固
に接着することかできるし、そのために該センＩＪ−の
１こ顕性も向上する。特に４．　Ｏ０〜５００℃におい
てガラス接着剤を使用することもできる。

本発明においては、センサ素材を形成した後、最終的に
該センナ素材の辞歯状電（シを・用いて圧電セラミック
ス素子を分極すればよい。従ってホｌ一工程および接合
工程の順序は問わない。従って本発明にＪＪいＣ１第１
工程は圧電セラミックス素子の表面に石歯状電極を形成
した後、該素子を具体に接合してセンサ索材を形成覆る
ことができる。

逆に、第１工程は、圧電セラミックス素子を基体に接合
した後に、該レラミックス素子の表面に櫛歯状電極を形
成することによりけンサ素材を形成することもできる。

上記において櫛歯状電極を形成する方法は、ＰＺＴ等の
圧電はラミックスの焼結体を適当な厚さに切断し該切断
表面を研磨し、表面仕上げをし、充分洗浄した後、蒸着
によりアルミニウムや金を約５０００オングストローム
の厚さに焼付け、さらにホト加工法により従来と同様の
方法によって形成することができる。

なお圧電セラミックス焼結体の製造方法は、従来用いら
れている方法を用いることができる。例えば該製造方法
は、所定の組成となるように原料粉末を混合し、プレス
にて通常１００〜１０００にΩ／ｃｍ２の圧）ｊで加圧
成形した後、ｉＵｉ気炉にて１２００〜１３００’Ｃの
温度で焼成し焼結体を（ｑるものとすることができる。

第２工程は、形成された該センリ索材の該櫛歯状電（飼
を用いて圧電ビラミックス素子を分（倶する工程である
。即ら本発明の表面弾性波センサの製造方法は、最終工
程として該分極を行なうものである。該分極方法は該櫛
歯状電１本を用いて行なう方法であり、例えば第２図の
（■略読明図に示した方法とすることができる。即ら圧
電ヒラミックス素子１１を所定の温度のシリコンオイル
８中に入れ、直流電源装置９を用いて（節山状゛セ極の
送受の正極と負極の間に直流電圧を印加して分極処理を
施す。

上記の本方法により製造された表面弾波はンサにおいて
は、第４図に示すように電極付近の分（浜方向が異なっ
ている。即ち圧電セラミックスは分極されると、分極方
向に伸び垂直方向に縮む。ざらに廊歯状電（蝦に電界が
加わる場合にＪ３いで、分極方向と同方向に電界が加わ
ると該圧電セラミックスは伸び、逆方向に場合には縮む
。従って、本センサにおいては、上記従来の方法にＪ：
り製造された該センナと比べて、励振される表面弾性波
は、第４図のように各々波長が異なることになる。

上記櫛記状電極を用いて電性処理した表面・押性波セン
サの励祭周波枚［０は、電極間の歪状態ｔこより圧電セ
ラミックス中の表面弾性波の電床速度ＶＳａＷ、電圓周
明λとした場合（０＝　２　Ｘ　Ｖ　ｓａｗ　７’λで
与えられる。従って本センサは、従来法により製造され
たセンサと比べ２倍の周波数に励据される。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を説明づ”る。

実施例１ ＰＺＴのセラミックス焼結体を９ノ所し、１５ｍｍｘ　
１５ｍｍｘＱ、　８ｍｍのものを作製した。該圧電ヒラ
ミックス焼結体の表面をｉＩＩＮＩｇシ、表面仕上げを
し、充分洗浄した後、蒸着によりアルミニウムを約５０
００オングストロームの厚さをｒ；す番ノる。ざらに従
来前なわれているホト加工法により該圧電セラミックス
表面にｒＢ（ｆｌＩ状電（本を形成した。

なお櫛歯状電極の周期は約２４０μとした。

上記により製作された圧電セラミックス素子をステーに
ガラス系接着剤を用いて４８０’Ｃ，３０分にて接着し
た。

上記により製作されたセンサ素材を２５℃のシリコンオ
イル中に入れ、櫛歯状電極の送受の正極と負極の間に直
流電界３ＫＶ／ｍｍを印加して分極処理を施した。

さらに第１図に示づ°ように、上記より基体に接着され
かつ分極処理を施されたセンサヌく材にリードワイヤ３
及びリードピン４を接続し、さらに吸音材５およびキャ
ップ７を付設し、表面弾性波センサを製作した。

本実施例の表面弾性波セン１すの電界印加時における電
気力、腺と等電位面の関係を第３図に示しＩこ。

さらに該センサの分極による表面の歪状態を第４図に示
す。さらに該センサの特性を第１表に示す。

実施例２ 圧電ヒラミックスの材料をチタン酸鉛（ＰｂＴ１０３）
を用いること以外（よ、実施例１と同様にして表面弾性
波センナを製作した。該センサの電界印加時の電気力線
と等電位面の関係を第３図に示し、該センサ゛の分極に
よる表面の歪状態を第４第　　　１　　　表 図に示し、該センサの特性を第１表に示Ｊ０比較例１ 圧電ヒラミックス材料としてＰＺＴを用い、該ＰＺＴ焼
結体を第１実施例の大きざに切断し、その後両面に銀ペ
ーストをスクリーン印刷し、７５０″Ｃの温度で焼付け
た。該銀電極の平行電極の両端に３　ｋ　Ｖ　ｙ’　ｍ
　ｍの直流電界を、１５０℃のシリコン浴中でを印加し
、分極処理を施した。該分極処理ｉｎ銀電極を研磨し、
表ｍ１を鏡面ｉ−ｒ：上けをした。

該ビラミックス素子を光分洗（Ｔ＋シた後真空ｉ戸石に
市を用いアルミニウムの礎、″δ性、Ｉ９膜を約り００
０オングストロームの厚さに蒸着した。次いでエツチン
グにより上記圧電セラミックス素側の表面に数μ〜故十
μ程度の櫛歯状電極を形成した。

なおホｌ一工程の処理は１５０’Ｃ以下で行なわれた。

該製作されたセラミックス索子（よステーにエポキシ系
接着剤により、温度１５０℃以下においで接るされた。

さらに第１実施例と同１、］；に、リードワイＶとリー
ドビン、吸音材Ｊ′３よびギＶツブを付設し、表面弾性
波はンサを製作した。

Ｌ記により製作された表面弾性波センナの分極による表
面の歪状態を第４図に示し、該センナの特性を第１表に
示した。

比較例２ 圧電セラミックスとしてチタン１ｍ　Ｋｌを用いること
以外は、比較例１と同様にしで表面弾性波センサを製作
した。該センサの分極による表面の歪状態及び特性（中
心周波数ｆＯ１伝搬速度■５ａＶ１、変換効率に、ｓａ
ｗ　＞を第４図及び第１表にそれぞれ示し　１こ　。

なＪ５中心周波数ｆｏ及び表面弾性波の変換４１−郭Ｋ
　ｓａｗはコンダクタンス測定により求めた。表面弾性
波速度Ｖ　ＳａＷは、送受電極間の伝搬に伴う遅延時間
の測定により求めた。

以上の本実施例１及び２に６いては最終工程において分
極処理を行なうので、圧電セラミックス素子を接着する
工程及びホトエＰｉ！にＪ）ける作業温度の制限が解除
される。ざらに本実施例の方法においては、比較例と比
べ、銀電極の印刷及び焼付は工程を省略することもでき
る。

本実施例においては、第３図に示すように表面弾性波の
エネルギーが表面から１〜２波長位の深さにエネルギー
が集中して伝ＷＩすることを考えると本実施例の分極効
果は表面弾性波の励振に必東な深さだけを分極している
ことがわかる。ざらに第４図に示すように、本実施例の
センナにおいては、電極付近の分極方向が異なっており
本センナの分極構造は、従来の方法により製造された該
センサの分也構造とは異っている。ざらに■歯状電極に
電界が加わると、該電界方向が分極方向と異なることに
より該セラミックスの伸縮が異なるので１本実施例及び
本比較例のセンサにおいて、励振される表面弾性波ｔ、
Ｌ、第４図のように各々波長が異なることになる。

１記Ｂ歯状電極を用いて電４４ｉ処理した表面弾性波セ
ンサの励（辰周波数ｆＯは、電極間の歪状態より圧電セ
ラミックス中の表面弾性波の伝搬速度■ｓａｗ　、電極
周期λとした場合ｆｏ＝２ｘＶｓａｗ／λて与えられる
。従って本実施例に、１３いて製作されたセンサは、比
較例のセンサと比べ２イ８の周波数に励振される。故に
本実施例のセンサは、同じ周期の表面波を励振するのに
加エヅる電極幅が２倍のため加工精良がよい。

［発明の９）宋］ 本発明の表面弾性波センサの製造７１ノ法は、表面１ｉ
ｉ１爾状゛市極を有する圧電セラミックス索ｆを基体に
接合したセンサ素材を形成り゛る第１工程、形成された
該センサ素拐の該櫛歯状電極を用いて圧電セラミックス
索子＋子を分（やりる第２工程とからなることを特徴と
する。

本発明の表面弾性波センサの製造方法は、ホト加工及び
接着工程後に即らＲ終工程として分極処理を行なうので
、ホト過程及び接着工程にお（プる作業温度に対する制
限がなくなる。叩ちこれらの使用ターる温度及び使用す
る接着剤の選Ｉ尺の幅が広くなり、目的用途に適した接
着剤を利用することができる。又この接着剤の選択の幅
が広いため、接着剤の種類によっては従来のものよりも
基体の漏れの少ない接着をすることができ、該センサの
信頼性が丘がる。ざらに基体と圧電セラミックス素子と
の熱膨張係数を合せ易く、該熱膨張係数のその小さな場
合に６いては工程中において生じる熱応力を小さくする
ことができる。

さらに本表面弾性波センサの製造方法においでは、従来
（テなわれていた銀電極の印刷および焼付り工程を省略
することができ、製造方法を簡略することができる。

本表面弾性波センサの製造方法により製作された表面弾
性波センサは、同じ電Ｉ４！周期の従来の表而（：ｉｔ
　Ｉ生波巴ン１１に比べ、２（８の周汲故か！ｉ＋ＩＩ
振される。従ってこのことは同じ周期の人面波を励振す
るのに加工する電出幅か２１１１のため、本製造方法に
おいては加工精度がＪ：い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来及び本発明の表面弾性波亡ンザの）９造方
法により製作された表面弾性波ピンテの構成の概略斜視
図Ｃある。第２図は、本実施例の表面弾１’Ｌ波センサ
の装漬方（人に、１５いて！１ｉｉｉ南状電極を用いて
分極する方法のＩｔ’！略説明図である。第３図は、本
実施例により製作された表面弾性波センサの電界印加時
に４’３ける電気力線と等電位面どの関係を示すグラフ
である。第４図は、従来法及び本発明の方法により製作
された表面弾四波センサの分極による表面の歪状態及び
励振される表面弾性波の状態を示した概略説明図である
。 １．１１・・・圧電セラミックス索子 ２・・・櫛歯状、ａ極　　　　　３・・・リードワイヤ
４・・・リードビン　　　　５・・・吸音材６・・・基
１本　　　　　　　　７・・・ギャップ８　シリコンＡ
イル（？ｉ　９・・直流電源特許出願人　　　日木′心
装株式会社 代理人　　　　弁理士　大川　宏 同　　　　　弁理士　帥谷　ｔ：ｆ 同　　　　　弁理士　丸１１１明夫 １０１．０ 第１図 第２１Ｊ ”＜１１　　＋、、８　　叉。 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　表面に櫛歯状電極を有する圧電セラミックス素
   子を基体に接合したセンサ素材を形成する第１工程、 形成された該センサ素材の該櫛歯状電極を用いて圧電セ
   ラミックス素子を分極する第２工程とからなることを特
   徴とする表面弾性波センサの製造方法。
2. （２）　第１工程は、圧電セラミックス素子の表面に櫛
   歯状電極を形成した後、基体に接合することによりセン
   サ素材を形成する特許請求の範囲第１項記載の表面弾性
   波センサの製造方法。
3. （３）　第１工程は、圧電セラミックス素子を基体に接
   合した後に、該セラミックス素子の表面に櫛歯状電極を
   形成することによりセンサ素材を形成する特許請求の範
   囲第１項記載の表面弾性波センサの製造方法。