KR960701483A - 모놀리식의 프리스트레스된 세라믹소자 및 그 제조방법(monolithic prestressed ceramic devices and method for making same) - Google Patents

모놀리식의 프리스트레스된 세라믹소자 및 그 제조방법(monolithic prestressed ceramic devices and method for making same) Download PDF

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진 헨리 하틀링
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티모시 존 레커트
리서치 코포레이션 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 모놀리식의 내부 비대칭응력 바이어스된 전기적인 능동 세라믹소자와 이를 제조하는 제조방법을 공지한 것이다. 본 발명의 방법에서 제1단계는 제1 및 제2대향표면을 가지는 세라믹요소를 제조하는 것이다. 다음,환원대기에서의 열처리에 의해 제1표면만을 화학적으로 환원시키는 것이다. 이것은 요면형상의 내부 비대칭응력 바이어스된 세라믹요소와 소자의 전극중 하나로서 쓰이는, 상기 제1표면상에 전기적인 유도성의, 화학적으로 환원층을 생산하다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 2개의 돔형상의 세라믹소자는 완전한 대합조개형 구조 또는 아코디언 형태의 구조를 형성하도록 배치된다. 다른 실시예에 있어서, 반대의 온도 특성을 가지는 한쌍의 돔형상 세라믹 소자는 불투열성의 세라믹소자를 생산하기 위하여 서로의 상부에 배치된다.

Description

모놀리식의 프리스트레스된 세라믹소자 및 그 제조방법(MONOLITHIC PRESTRESSED CERMIC DEVICES AND METHOD FOR MAKING SAME)
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명에 따라 제조되기 이전에 세라믹 웨이퍼의 상부 사시도,
제2도는 내지 제4도는 본 발명에 따라 제조되기 이전에 세라믹 소자의 다른 실시예의 상부 사시도.
본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음

Claims (67)

  1. 내부의 비대칭응력 바이어스된 세라믹소자를 제조하는 제조 방법으로서,(a) 제1 및 제2대향표면을 가지는 세라믹요소를 형성하는 형성단계와, (b) 상기 제1표면만이 환원제에 노출됨으로써 상기 제1표면만을 화학적으로 환원하는 환원단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학적 환원단계는 상기 제1표면이 세라믹물질로 구성된 전기적인 유도 환원형태이고 장력하에 있으며, 상기 제2표면이 압축하여 있는 요면형상의 세라믹 소자를 생성하기 위하여 상기 세라믹요소를 그 유도상태로 환원하는 환원단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화학적 환원단게는 상기 세라믹 웨이퍼를 가열하는 가열단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 화학적 환원단계는 5분 내지 24시간 범위의 시간동안 600℃ 내지 1200℃사이의 온도로 상기 세라믹 웨이퍼를 노출하는 노출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 환원대기는 탄소, 탄소 일산화물 및 수소로 구성된 그룹으로 부터 선택된 환원제를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 화학적 환원단계는 상기 제1표면이 탄소 블록과 접촉하도록 하기 위하여 상기 탄소 블록상에 상기 세라믹 웨이퍼를 배치하는 배치단계와, 상기 구조를 가열하는 가열단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2표면은 환원되지 않은 대기에 노출되는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 세라믹 웨이퍼가 상기 탄소와 마스킹 블록사이에 삽입하도록 하기 위하여 상기 제2표면의 상부에 마스킹 블록을 배치하는 배치단계와, 상기 삽입된 구조를 가열하는 가열단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 소자 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 마스킹 블록은 지르코니아 마그네시아로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 세라믹요소의 상기 제2표면상에 제1전극을 형성하는 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 방법은 상기 세라믹요소의 상기 제1표면의 둘레에 제2전극을 형성하는 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 방법은 상기 세라믹요소의 상기 전체적인 제1표면에 거쳐 제2전극을 형성하는 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 세라믹요소가 인가된 펄스의 주파수에 따라서 변위하도록 하기 위하여 상기 제1 및 제2전극에 대한 주파수로, DC, 펄스 또는 AC 전압을 인가하는 인가단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 방법은 액추에이터, 펌프, 센서 및, 스피커로 구성된 그룹으로부터 선택된 소자와 같이 상기 세라믹소자를 동작하는 동작단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 세라믹요소는 두께가 0.5 내지 500mils이며, 직경이 0.05 내지 10,000mils인 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전압은 ±1V/mil 내지 ±200V/mil 사이에서 전계를 발생하며, 상기 변위는 0.1 mil 내지 10 mil 사이에 있는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 세라믹요소는 가열압축 또는 대기소결에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 세라믹요소는 원형, 직사각형, 정사각형 또는 자투리로 구성된 그룹에서 선택된 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  19. 제1항엥 있어서, 상기 세라믹요소는 원형 웨이퍼이고 상기 화학적 환원단계는 거의 돔형상의 세라믹요소를 생산하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 요소는 원형웨이퍼이며, 상기 화학적 환원단계는 거의 안장형상의 세라믹요소를 생산하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 웨이퍼는 PZT, PLZT, PSZT, PMN 및, PBZT 로 구성된 그룹에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 세라믹소자 제조방법.
  22. 내부 비대칭응력 바이어스된 세라믹요소로서, 제1 및 제2대향표면을 가지는 요면형상의 세라믹요소로 이루어지며, 상기 제1표면은 상기 세라믹물질의 유도성의 환원된 층이며, 장력하에 있고, 상기 제2표면은 압축하에 있는 것을 특징으로 하는 세라믹요소.
  23. 제22항에 있어서, 상기 세라믹요소는 상기 세라믹요소의 상기 제2표면에 형성된 제1전극을 포함하는것을 특징으로 하는 세라믹요소.
  24. 제23항에 있어서, 상기 세라믹요소는 상기 세라믹요소의 상기 제1표면의둘레에 형성된 제2전극을 포함하는것을 특징으로 하는 세라믹요소.
  25. 제23항에 있어서, 상기 세라믹요소의 상기 세라믹요소의 상기 전체적인 상기 제1표면에 증착된 제2전극을 포함하는것을 특징으로 하는 세라믹요소.
  26. 제24항에 있어서, 상기 세라믹요소를 변위하기 위하여 상기 제1 및 제2전극에 DC, 펄스 또는 AC 전압을 인가하는 인가수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹요소.
  27. 제26항에 있어서, 상기 세라믹요소는 펌프, 액추에이터, 센서, 스피커 및 마이크로 구성된 그룹에서 선택된 소자와 같이 동작되는 것을 특징으로 하는 세라믹요소.
  28. 제26항에 있어서, 상기 세라믹요소는 두께가 0.5 내지 500mils 이며, 직경이 0.05 내지 10,000mils인 것을 특징으로 하는 세라믹요소.
  29. 제28항에 있어서, 상기 전압은 ±1V/mil 내지 ±200V/mil사이에서 전계를 발생하며, 상기 세라믹요소는 상기 전압이 인가되는 동안 0.1 mil내지 100mil사이에서 변위되는 것을 특징으로 하는 세라믹요소.
  30. 제22항에 있어서, 상기 세라믹요소는 원형이며 거의 돔형상인 것을 특징으로 하는 세라믹요소.
  31. 제22항에 있어서, 상기 세라믹요소는 원형이며 거의 안장형상인 것을 특징으로 하는 세라믹요소.
  32. 제22항에 있어서, 상기 세라믹요소는 원형, 직사각형, 정사각형 및 자투리로 구성된 그룹에서 선택된 형상인 것을 특징으로 하는 세라믹요소.
  33. 제22항에 있어서, 상기 세라믹 물질은 PZT,PLZT,PSZT,PMN, 및, PBZT 로 구성된 그룹에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 세라믹요소.
  34. 상기 세라믹물질로 구성된 유도성이 환원층이며 장력하에 있는 제1대향표면돠 압축하에 있는 제2대향표면을 가지는 내부 비대칭응력 바이더스된 요면형상의 세라믹요소를 동작하는 동작방법으로서, 상기 동작방법은 상기 세라믹요소가 인가된 펄스의 주파수에 따라 변위하도록 하기 위하여 상기 세라믹요소에 대한 주파수에 DC, 펄스 또는 AC 전압을 인가하는 인가단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹요소 동작방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 세라믹요소에 DC, 펄스 또는 AC 전압을 인가하는 인가단계는 상기 제1표면에 형성된 제1전극과 상기 제2표면에 형성된 제2전극에 상기전압을 인가하는 인가단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹요소 동작방법.
  36. 제34항에 있어서, 상기 세라믹요소는 두께가 0.5 내지 500 mils 이며, 직경이 0.05 내지 10,000 mils인 것을 특징으로 하는 세라믹요소 동작방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 전압은 ±1V/mil 내지 ±200V/mil 사이에서 전계를 발생하며, 상기 세라믹요소는 상기 전압이 인가되는 동안 0.1mil 내지 100mil 사이에서 변위되는 것을 특징으로 하는 세라믹요소 동작방법.
  38. 제34항에 있어서, 상기 세라믹요소는 펌프, 액추에이터, 센서, 스피커 및 마이크로 구성된 그룹에서 선택된 소자와 같이 동작되는 것을 특징으로 하는 세라믹요소 동작방법.
  39. 세라믹소자로서, 제1 및 제2내부 비대칭응력 바이어스된 세라믹요소를 가지는 적어도 하나의 대합조개형구조로 이루어지며, 상기 세라믹요소 각각은, 제1및 제2대향표면을 가지는 요면형상의 세라믹 요소와, 상기 세라믹물질로 구성된 유도성의 환원층이며, 장력하에 있는 상기 제1표면과 압축하에 있는 상기 제2표면을 포함하며, 상기 제1세라믹요소는 상기 제1요소의 상기 환원층의 적어도 일부분이 상기 제2요소의 상기 환원층의적어도 일부와 접촉하도록 하기 위하여 상기 제2세라믹요소위에 배치되는 것을 특징으로 하는세라믹소자.
  40. 제39항에 있어서, 상기 요소 각각은 피에조전기, 전기왜곡, 파이로전기 및 강유전체로 구성된 그룹으로 부터 선택된 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  41. 제39항에 있어서, 상기 세라믹요소 각각은 상기 제1표면 각각의 둘레에 배치된 제1전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  42. 제39항에 있어서, 상기 세라믹요소 각각은 상기 제1표면 각각의 상기 전체적인 제1표면에 걸쳐 배치된 제1전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  43. 제41항에 있어서, 상기 세라믹소자 각각의 요소의 상기 제2표면에 배치된 제2전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  44. 제43항에 있어서, 상기 세라믹요소 각각은 원형의 돔형상이며, 상기 제1요소의 상기 제1전극의 둘레는 상기 제1전극의 둘레와 접촉하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  45. 제43항에 잇어서, 상기 세라믹소자는 상기 제1요소의 상기 제1전극의 적어도 일부분이 상기 제2요소의 상기 제1전극의 적어도 일부분과 접촉하도록 하기 위하여 상기 제1 및 제2세라믹요소 사잉에 삽입된 단단한 유도박판을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  46. 제43항에 있어서, 제1단자를 형성하는 상기 제1 및 제2요소의 상기 제1전극에 연결된 제1금속 접촉부와 제2단자를 형성하는 상기 제1 및 제2요소의 상기 제2전극에 연결된 제2금속 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  47. 제46항에 있어서, 상기 세라믹소자를 변위하는 상기 제1 및 제2단자 사이에 펄스 전압을 인가하는 인가수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  48. 제43항에 있어서, 쌓여진 배치로2 또는 그 이상의 대합조개형 구조를 포함하며, 제1단자는 세라믹소자 각각의 상기 제1전극에 연결되고, 제2단자는 세라믹소자 각각의 상기 제2전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  49. 제48항에 있어서, 각 쌍의 대합조개형 구조사이와 최상의 대합조개형 구조의 상부에 삽입된 단단한 유도박판을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  50. 제48항에 있어서, 각각의 대합조개형 구조를 인접한 대합조개형 구조에 부착하는 각 쌍의 대합조개형 구조사이에 배치된 접착수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  51. 제39항에 있어서, 상기 제1 및 제2요소를 부착하는 세라믹요소 각각의 상기 제1표면의 둘레에 배치된 접착수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  52. 제39항에 있어서, 상기 세라믹소자가 불투열성 세라믹소자이도록 하기 위하여 상기 제1세라믹요소는 온도가 높아짐에 따라 감소하는 변형을 가지며, 상기 제2세라믹요소는 온도가 높아짐에 따라 증가하는 변형을 가지며, 상기 소자의 변형은 온도와 사실상 무관한 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  53. 세라믹소자로서, 쌓여진 배치로 적어도 2개의 내부 비대칭응력 바이어스된 세라믹요소로 이루어지며, 상기 세라믹요소 각각은, 제1 및 제2대향표면을 가지는 요면형상의 세라믹요소를 포함하고, 상기 제1표면은 상기 세라믹물질로 구성된 유도성 환원층이고 장력하에 있으며, 상기 제2표면은 압축하에 있고, 상기 세라믹요소 각각은 요소의 상기 제1표면이 인접한 요소의 상기 제2표면과 마주하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  54. 제53항에 있어서, 상기 요소 각각은 피에조전기, 전기왜곡, 파이로전기 및 강유전체로 구성된 그룹으로부터 선택된 요소인 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  55. 제53항에 있어서, 상기 세라믹요소 각각은 상기 제1표면 각각의 상기 둘레에 배치된 제1전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  56. 제53항에 있어서, 상기 세라믹요소 각각은 상기 제1표면 각각의 상기 전체적인 제1표면에 걸쳐 배치된 제1전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  57. 제55항에 있어서, 상기 세라믹소자는 요소 각각의 상기 제2표면에 배치된 제2전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  58. 제57항에 있어서, 상기 세라믹요소 각각은 사실상 돔형상인 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  59. 제57항에 있어서, 상기 세라믹소자는 선택된 요소의 상기 제1전극의 적어도 일부분이 단단한 박판의 상기 제1표면과 접촉하고 인접한 요소의 상기 전극이 상기 단단한 박판의 상기 제2표면과 접촉하도록 하기 위하여 상기 세라믹소자 각각의 사시에 배치된 제1 및 제2대향표면을 가지는 단단한 박판을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  60. 제59항에 있어서, 상기 단단한 박판은 전기적인 유도성의 단단한 박판인 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  61. 제60항에 있어서, 제1세라믹요소의 상기 제1전극과 제2세라믹요소의 상기 제2전극은 음극단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  62. 제61항에 있어서, 상기 제2세라믹요소의 상기 제1전극과 상기 제1세라믹요소의 상기 제2전극은 양극단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  63. 제59항에 있어서, 상기 단단한 박판의 상기 제1표면은 전기적으로 유도성이며 상기 제2표면은 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  64. 제63항에 있어서, 제1 및 제2세라믹요소의 상기 제1전극은 양극단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  65. 제64항에 있어서, 상기 제1 및 제2세라믹요소의 상기 제2전극은 음극단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  66. 제59항에 있어서, 상기 세라믹소자는 상기 세라믹소자 각각을 접촉상태로 단단한 박판 각각에 부착하는 단단한 박판 각각의 상기 제1 및 제2표면 각각에 배치된 접착수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
  67. 제53항에 있어서, 상기 세라믹소자는 적어도 한쌍의 제1 및 제2세라믹요소를 포함하며, 상기 세라믹소자가 불투열성 세라믹소자이도록 하기 위하여 각쌍의 상기 제1세라믹요소는 온도가 높아짐에 따라 감소하는 변형을 가지며, 각쌍의 상기 제2세라믹요소는 온도가 높아짐에 따라 증가하는 변형을 가지며, 상기 소자의 변형은 온도와 사실상 무관한 것을 특징으로 하는 세라믹소자.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
KR1019950703555A 1993-02-23 1994-02-17 모놀리식의 프리스트레스된 세라믹소자 및 그 제조방법(monolithic prestressed ceramic devices and method for making same) KR960701483A (ko)

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