JP3416968B2 - 圧電体と基板の加熱接合方法 - Google Patents
圧電体と基板の加熱接合方法Info
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Description
ンサ、ジャイロ等のセンサや圧電アクチュエータ等の電
気機械相互変換デバイス等に使用される圧電接合体の製
造に関し、特に、圧電体と基板の加熱接合方法に関する
ものである。 【0002】 【従来の技術】図3には、圧電体と基板との従来の加熱
接合方法の構成が示されている。図3の(a)の接合方
法は一般にガラス接合といわれ、例えば、Si基板2の
表面に低融点のガラス層3を形成し、このガラス層3上
に圧電体1を重ね、圧電体1側から加圧しながら全体を
加熱して圧電体1をSi基板2に接合するものである。
このときの接合温度は400〜700℃である。また、
図3の(b)に示される接合方法は陽極接合といわれ、
例えば、前記ガラス接合方法と同様に、Si基板2の表
面にガラス層3を形成し、このガラス層3上に圧電体1
を重ねる。この圧電体1上に電極4を設け、Si基板2
と圧電体1間に直流電圧を印加して静電引力でSi基板
2とガラス層3の両界面およびガラス層3と圧電体1の
両界面を化学結合で接着させるものである。このときの
接合温度は300〜600℃となる。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電体1に
はチタン酸ジルコン酸鉛等からなる組成の異なるPZT
(1)やPZT(2)等があるが、図2に示されるよう
に、Si基板の熱膨張係数に対して圧電体PZT(1)
と圧電体PZT(2)の熱膨張係数は大きく異なり、前
記ガラス接合方法や陽極接合方法を用いて圧電体1とS
i基板2を接合する場合に接合温度は300℃以上が必
要であるため、この300℃以上の温度から接合体を常
温まで冷却させると、前記圧電体1とSi基板2との熱
膨張係数の相違から圧電体1とSi基板2の接合体に応
力が生じ、接合体に反りや割れが起こる虞がある。反り
や割れが起こると接合体の特性が劣化する等の問題があ
った。 【0004】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、圧電体と基板とを加熱接合
後、常温に冷却しても、接合体に反りや割れによる特性
劣化のない圧電体と基板の加熱接合方法を提供するもの
である。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明の圧電体と基板の加熱接合方法は、基板にガラス層
を接合材として圧電体を重ね、加熱して圧電体と基板と
を接合する圧電体と基板の加熱接合方法において、接合
温度を圧電体と基板の常温からの平均熱膨張係数が一致
又は近くなる温度に設定して圧電体と基板とを加熱接合
することを特徴として構成されている。 【0006】 【作用】圧電体と基板とを加熱接合する際に、接合温度
を圧電体と基板の常温からの平均熱膨張係数が一致又は
近くなる温度に設定し、この設定温度で圧電体と基板と
を加熱接合して常温まで冷却する。これにより、圧電体
と基板におけるそれぞれの設定温度から常温までの熱収
縮変形を一致又は近づけることができるので、接合体の
反りや割れを防ぎ、圧電体の特性劣化を防止する。 【0007】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一の
名称部分には同一符号を付し、その詳細な重複説明は省
略する。 【0008】本実施例は、従来例と同様に、基板にガラ
ス層を接合材として圧電体を重ね、加熱して圧電体と基
板を接合するもので、本実施例の特徴的なことは、接合
温度を圧電体と基板の常温からの平均熱膨張係数が一致
又は近くなる温度に設定し、この接合温度で圧電体1と
Si基板2とを加熱接合するものである。 【0009】図2には圧電体とSi基板との熱膨張係数
の温度依存性が示されている。同図において、組成の異
なる圧電体PZT(1)とPZT(2)とでは温度によ
って熱膨張係数が大きく異なり、Si基板の熱膨張係数
のカーブと全く異なっているが、ある温度範囲では一致
する。そして、圧電体のキューリー点附近で熱膨張係数
が小さくなり、それ以後、熱膨張係数が大きくなる傾向
にある。 【0010】ところで、圧電体1とSi基板2とを接合
温度Tb で接合させて常温Tm まで冷却すると、接合
体の圧電体1に加わる応力σは次のように示すことがで
きる。 【0011】 σ1 =ε1 E1 /(1−ν)=(α1 −α2 )
(Tb −Tm )E1 /(1−ν) 【0012】ここで、ε1 は圧電体の歪み、E1 は圧
電体のヤング率、νはポアソン比、α1 は圧電体の熱
膨張係数、α2 はSi基板の熱膨張係数、Tb は接合
温度、Tm は常温である。Tm ,E1 ,νは一定の
ため、Tb が大きくなり圧電体とSi基板との熱膨張
係数の差が大きくなると、応力が大きくなることがわか
る。これから、圧電体の熱膨張係数とSi基板の熱膨張
係数の差を小さくすれば、応力は小さくなることがわか
る。 【0013】前記のように、圧電体1とSi基板2との
熱膨張係数の差を小さくできれば圧電体1に加わる応力
σは小さくなる。ところで、図2に示すように、例えば
Si基板2の熱膨張係数と圧電体PZT(1)の熱膨張
係数は350℃附近でほぼ一致するが、この温度で両者
を接合し、接合体を常温に戻すと、接合温度から常温ま
での圧電体1とSi基板2の熱膨張係数が大きく異なる
ため、圧電体1とSi基板2との熱収縮変形に大きな相
違を生じ、接合体に加わる応力を小さくすることができ
ない。 【0014】そこで発明者は、圧電体1とSi基板2と
の常温から接合温度までの平均熱膨張係数が同程度の場
合には、接合温度から常温に戻したときに熱収縮変形が
同程度になって接合体に加わる応力が小さくなることに
着目し、図1に示す如く、圧電体1とSi基板2との常
温からの平均熱膨張係数を求めてみた。圧電体PZT
(1)の常温からの平均熱膨張係数は500℃附近でS
i基板2の平均熱膨張係数と一致し、圧電体PZT
(2)では300℃附近でSi基板2の平均熱膨張係数
に近づいている。 【0015】そこで、前記圧電体1とSi基板2の常温
からの平均熱膨張係数のデータに基づき、圧電体1とS
i基板2とを、図3の(b)に示す陽極接合方法で接合
して接合体を形成した。Si基板2の表面に低融点のガ
ラス層3を形成し、このガラス層3に前記圧電体1(P
ZT(1)又はPZT(2))を重ね合わせ、この圧電
体1とSi基板2とを陽極接合する。このとき、圧電体
PZT(1)の場合には500℃附近の接合温度で接合
し、圧電体PZT(2)の場合には300℃附近の接合
温度で接合した。 【0016】本実施例によれば、圧電体1とSi基板2
との常温からの平均熱膨張係数が一致するか近くなるよ
うな接合温度で圧電体1とSi基板2を接合するので、
接合体を常温に冷却したときに、圧電体1とSi基板2
の熱収縮変形が一致又は近くなるため接合体の反りや割
れ等の不具合がなく、圧電体1へ加わる応力が殆どない
ので圧電体1の特性劣化を防止することができる。 【0017】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、圧電体としてチタン酸ジルコン酸鉛等のP
ZT系の材料を用いたが、例えば、チタン酸鉛系の材料
でもよく、圧電性材料であればその材質を限定しない。 【0018】また、上記実施例では、圧電体とSi基板
との接合に陽極接合方法を用いたが、例えば、従来例に
示したようにガラス接合方法でもよく、加熱接合方法で
あればその接合方法は問わない。 【0019】さらに、上記実施例では、圧電体1に接合
する基板をSi基板2としたが、この基板は、例えば、
セラミック基板でもよく、圧電体1に加熱接合可能な材
料であればその材質を問わない。 【0020】 【発明の効果】本発明は、圧電体と基板との加熱接合に
際し、接合温度を圧電体と基板の常温からの平均熱膨張
係数が一致又は近くなる温度に設定して圧電体と基板と
を加熱接合するので、圧電体と基板の接合体を接合温度
から常温に冷却したとき圧電体と基板の熱収縮変形が一
致又は近くなり、接合体に反りや割れ等の不具合が生じ
ないものとなる。したがって、常温において接合体へ加
わる応力が殆どないので、接合体の特性劣化を防止する
ことができる。
熱膨張係数の温度依存性を示す説明図である。 【図2】本実施例の圧電体とSi基板の熱膨張係数の温
度依存性を示す特性曲線図である。 【図3】従来の圧電体とSi基板の加熱接合方法を示す
説明図である。 【符号の説明】 1 圧電体 2 Si基板 3 ガラス層 4 電極
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 基板にガラス層を接合材として圧電体を
重ね、加熱して圧電体と基板とを接合する圧電体と基板
の加熱接合方法において、接合温度を圧電体と基板の常
温からの平均熱膨張係数が一致又は近くなる温度に設定
して圧電体と基板とを加熱接合することを特徴とする圧
電体と基板の加熱接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33673792A JP3416968B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 圧電体と基板の加熱接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33673792A JP3416968B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 圧電体と基板の加熱接合方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06164013A JPH06164013A (ja) | 1994-06-10 |
JP3416968B2 true JP3416968B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=18302259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33673792A Expired - Lifetime JP3416968B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 圧電体と基板の加熱接合方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3416968B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4894972A (en) * | 1986-12-19 | 1990-01-23 | Central Glass Company, Limited | Window assembly and method of producing same |
US6420820B1 (en) * | 2000-08-31 | 2002-07-16 | Agilent Technologies, Inc. | Acoustic wave resonator and method of operating the same to maintain resonance when subjected to temperature variations |
-
1992
- 1992-11-24 JP JP33673792A patent/JP3416968B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06164013A (ja) | 1994-06-10 |
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