(57)【要約】  金属基板（２０）と、第１の面および第２の面を有する圧電ウェハ（３２）と、圧電ウェハ（３２）の第１の面および基板（２２）の間の第１の接着キャリア層（１００）と、第１の接着キャリア層（１００）によって担持され、圧電ウェハ（３２）の第１の面に接続された第１の導電性リード線（１００）と、圧電ウェハ（３２）の第２の面に接続された第２の導電性リード線（１００′）とを備える積層圧電複合物を提供する。第１の接着キャリア層（１００）は、圧電ウェハ（３２）の第１の面を基板（２２）に接着し、かつ電気信号または電圧を圧電ウェハ（３２）の第１の面に与えるための第１の導電性リード線（１１０）を担持する役割を果たす。第２の導電性リード線（１１０′）は、電気信号または電圧を圧電ウェハ（３２）の第２の面に与える。第１の接着キャリア層は、高誘電可溶芳香族ポリイミド膜を含むことができる。変形した実施例において、積層圧電複合物は、第２の導電性リード線（１１０′）を担持する役割を果たす第２の接着キャリア層（１００′）をさらに備える。積層圧電複合物が圧電ウェハ（３２）の上に配置された被覆層（４８）をさらに備える場合は、第２の接着キャリア層（１００′）は、被覆層（４８）を圧電ウェハ（３２）の第２の面に接着する役割も果たすことができる。
2008537461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層圧電複合物であって、
金属基板（２０）と、
第１の面および第２の面を有する圧電ウェハ（３２）と、
圧電ウェハ（３２）の第１の面および基板の間の第１の接着キャリア層（１００）とを備え、前記第１の接着キャリア層（１００）は、圧電ウェハ（３２）の第１の面を基板に接着し、かつ電気信号または電圧を圧電ウェハ（３２）の第１の面に与えるための第１の導電性リード線（１１０）を担持する役割を果たし、さらに、
電気信号または電圧を圧電ウェハ（３２）の第２の面に与えるための第２の導電性リード線（１１０′）を備える、積層圧電複合物。
【請求項２】
第１の接着キャリア層（１００）は、高誘電可溶芳香族ポリイミド膜を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１の接着キャリア層（１００）は可塑化された膜を含み、その上に第１の導電性リード線（１１０）が銀入りインクでスクリーン印刷される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
第１の導電性リード線（１１０）は、スクリーン印刷された銀入りインクを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
第１の接着キャリア層（１００）は付加物を有し、付加物は基板の実装面積を越えて伸張方向に延在して第１の導電性リード線（１１０）を担持し、第１の接着キャリア層（１００）は、第１の導電性リード線（１１０）の一端が圧電ウェハ（３２）の第１の電極に接触するように第１の導電性リード線（１１０）を担持する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
第２の導電性リード線（１１０′）を担持する役割を果たす第２の接着キャリア層（１００′）をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
被覆層（４８）をさらに備え、第２の接着キャリア層（１００′）は、被覆層（４８）を圧電ウェハ（３２）の第２の面に接着し、かつ第２の導電性リード線（１１０′）を担持する役割を果たす、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
第１の接着キャリア層（１００）および第２の接着キャリア層（１００′）は、融合多層導体キャリアを形成し、融合多層導体キャリアの厚さ方向において、第１の導電性リード線（１１０）は第２の導電性リード線（１１０′）に重ならない、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
第１の接着キャリア層（１００）および第２の接着キャリア層（１００′）の各々は付加物を有し、付加物は基板の実装面積を越えて伸張方向に延在し、厚さ方向において、第１の接着キャリア層（１００）の付加物は、第２の導電性リード線（１１０′）を少なくとも部分的に覆い、第２の接着キャリア層（１００′）の付加物は、第１の導電性リード線（１１０）を少なくとも部分的に覆う、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
第１の接着キャリア層（１００）の付加物は、第１の緩衝を形成するように構成され、第２の接着キャリア層（１００′）の付加物は、第２の緩衝を形成するように構成され、第１の導体の遠方端は第２の緩衝によって露出され、第２の導体の遠方端は第１の緩衝によって露出される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
積層圧電複合物を製造する方法であって、積層圧電複合物は、少なくとも基板および圧
電ウェハ（３２）を備え、前記方法は、
第１の導電性リード線（１１０）を第１の接着キャリア層（１００）上に形成するステップと、
第１の接着キャリア層（１００）を圧電ウェハ（３２）の第１の面および基板の間に挿入するステップと、
第１の接着キャリア層（１００）を用いて、圧電ウェハ（３２）の第１の面を基板に接着し、電気信号または電圧を圧電ウェハ（３２）の第１の面に与えるための第１の導電性リード線（１１０）を担持するステップと、
第２の導電性リード線（１１０′）を圧電ウェハ（３２）の第２の面に接続するステップとを備える、方法。
【請求項１２】
第１の接着キャリア層（１００）を、高誘電可溶芳香族ポリイミド膜を含むように形成するステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
銀入りインクでスクリーン印刷することによって、第１の導電性リード線（１１０）を第１の接着キャリア層（１００）上に形成するステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
第１の接着キャリア層（１００）を可塑化して、圧電ウェハ（３２）の第１の面を基板に接着するステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
付加物を有するように第１の接着キャリア層（１００）を構成するステップをさらに備え、付加物は基板の実装面積を越えて伸張方向に延在して、第１の導電性リード線（１１０）を担持し、第１の接着キャリア層（１００）は、第１の導電性リード線（１１０）の一端が圧電ウェハ（３２）の第１の電極に接触するように、第１の導電性リード線（１１０）を担持するように構成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
第２の導電性リード線（１１０′）を第２の接着キャリア層（１００′）上に形成し、第２の接着キャリア層（１００′）を圧電ウェハ（３２）の第２の面に接着するステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
第２の接着キャリア層（１００′）を用いて、被覆層（４８）を圧電ウェハ（３２）の第２の面に接着し、かつ第２の導電性リード線（１１０′）を担持するステップをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１の接着キャリア層（１００）および第２の接着キャリア層（１００′）を融合して、融合多層導体キャリアを形成するステップをさらに備え、融合多層導体キャリアの厚さ方向において、第１の導電性リード線（１１０）は第２の導電性リード線（１１０′）に重ならない、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
第１の接着キャリア層（１００）および第２の接着キャリア層（１００′）の各々は付加物を有し、付加物は基板の実装面積を越えて伸張方向に延在し、厚さ方向において、第１の接着キャリア層（１００）の付加物は、第２の導電性リード線（１１０′）を少なくとも部分的に覆い、第２の接着キャリア層（１００′）の付加物は、第１の導電性リード線（１１０）を少なくとも部分的に覆う、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
第１の接着キャリア層（１００）の付加物を第１の緩衝を形成するように構成し、第２の接着キャリア層（１００′）の付加物を第２の緩衝を形成するように構成するステップをさらに備え、第１の導体の遠方端は第２の緩衝によって露出され、第２の導体の遠方端は第１の緩衝によって露出される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
積層圧電複合物であって、
金属基板（２０）と、
第１の面および第２の面を有する圧電ウェハ（３２）と、
圧電ウェハ（３２）の第１の面および基板の間の第１の接着キャリア層（１００）とを備え、第１の接着キャリア層（１００）は、圧電ウェハ（３２）の第１の面を基板に接着し、かつ電気信号または電圧を圧電ウェハ（３２）の第１の面に与えるための第１の導電性リード線（１１０）を担持する役割を果たし、さらに、
圧電ウェハ（３２）の第２の面に接着し、電気信号または電圧を圧電ウェハ（３２）の第２の面に与えるための第２の導電性リード線（１１０′）を担持する第２の接着キャリア層（１００′）を備え、
第１の接着キャリア層（１００）および第２の接着キャリア層（１００′）の各々は付加物を有し、付加物は基板の実装面積を越えて伸張方向に延在し、第１の接着キャリア層（１００）の付加物および第２の接着キャリア層（１００′）の付加物は融合多層導体キャリアを形成し、融合多層導体キャリアの厚さ方向において、第１の導電性リード線（１１０）は第２の導電性リード線（１１０′）に重ならない、積層圧電複合物。
【請求項２２】
厚さ方向において、第１の接着キャリア層（１００）の付加物は、第２の導電性リード線（１１０′）を少なくとも部分的に覆い、第２の接着キャリア層（１００′）の付加物は、第１の導電性リード線（１１０）を少なくとも部分的に覆う、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
第１の接着キャリア層（１００）の付加物は、第１の緩衝を形成するように構成され、第２の接着キャリア層（１００′）の付加物は、第２の緩衝を形成するように構成され、第１の導体の遠方端は第２の緩衝によって露出され、第２の導体の遠方端は第１の緩衝によって露出される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
被覆層（４８）をさらに備え、第２の接着キャリア層（１００′）は、被覆層（４８）を圧電ウェハ（３２）の第２の面に接着し、かつ第２の導電性リード線（１１０′）を圧電ウェハ（３２）の第２の面に対して担持する役割を果たす、請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
本願は、以下の米国仮特許出願の優先権および利益を主張し、両方ともその全体を引用によってここに援用する。「フレキシブル膜上に導体を備える圧電ダイヤフラムアセンブリ(PIEZOELECTRIC DIAPHRAGM ASSEMBLY WITH CONDUCTORS ON FLEXIBLE FILM)」と題された２００５年４月１３日出願の米国仮特許出願第６０／６７０，６９２号、および「圧電ダイヤフラムアセンブリおよびその製造方法(PIEZOELECTRIC DIAPHRAGM ASSEMBLIES AND METHODS OF MAKING SAME)」と題された２００５年４月１３日出願の米国仮特許出願第６０／６７０，６５７号。
【０００２】
発明の分野
本発明は、圧電ダイヤフラムアセンブリおよび積層圧電複合物ならびにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連する技術および他の考慮事項
圧電材料は、直接圧電効果の表出によって定義することができ、これは歪みが加えられると分極する性質である。この効果は逆圧電効果に帰結し、これは電界が加えられると材料が歪む性質である。刺激に対するこの物理的な反応は、結晶構造内のイオン電荷の移動に端を発する。ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）成分は圧電材料である。なぜならこの種の材料は圧電効果を示すためである。市場で入手可能なＰＺＴ材料の大部分は多結晶体であり、したがってイオン電荷の移動は、すべての分極ベクトルが整列している領域内で起こる。これらの領域は、強い直流電界の印加によって最初に配向され（「分極」）、その多結晶性により、双極子を部分的にのみ整列させる。単結晶ＰＺＴでは、完全な領域の位置合わせが理論的に可能である。
【０００４】
圧電ダイヤフラムを備えるポンプの例は、２００１年９月１４日出願のＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／２８９４７号、「圧電アクチュエータおよびこれを用いたポンプ(Piezoelectric Actuator and Pump Using Same)」と題された２００３年３月１７日出願の米国特許出願連続番号第１０／３８０，５４７号、および、「圧電アクチュエータおよびこれを用いたポンプ(Piezoelectric Actuator and Pump Using Same)」と題された２００３年３月１７日出願の米国特許出願連続番号第１０／３８０，５８９号に示されており、これらすべてを引用によってここに援用する。
【０００５】
フレキシブル回路等の例は、次の米国特許のうちいずれかに示されている。米国特許第６，７８１，２８５号、米国特許第６，４２０，８１９号、米国特許第６，４０４，１０７号、米国特許第６，０６９，４３３号、米国特許第５，６８７，４６２号、および米国特許第５，６５６，８８２号。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
積層圧電複合物は、金属基板と、第１の面および第２の面を有する圧電ウェハと、圧電ウェハの第１の面および基板の間の第１の接着キャリア層と、第１の接着キャリア層によって担持され、圧電ウェハの第１の面に接続される第１の導電性リード線と、圧電ウェハの第２の面に接続される第２の導電性リード線とを備える。第１の接着キャリア層は、圧電ウェハの第１の面を基板に接着し、かつ電気信号または電圧を圧電ウェハの第１の面に
与えるための第１の導電性リード線を担持する役割を果たす。第２の導電性リード線は、電気信号または電圧を圧電ウェハの第２の面に与える。
【０００７】
一例の非限定的な実施例においては、第１の接着キャリア層は、高誘電可溶芳香族ポリイミド膜を含む。
【０００８】
変形した実施例においては、積層圧電複合物は、第２の導電性リード線を担持する役割を果たす第２の接着性キャリア層をさらに備える。積層圧電複合物が圧電ウェハの上に配置された被覆層をさらに備える場合は、第２の接着キャリア層は、被覆層を圧電ウェハの第２の面に接着する役割も果たすことができる。
【０００９】
第１の接着キャリア層および第２の接着キャリア層の両方を備える実施例においては、第１の接着キャリア層および第２の接着キャリア層の各々は、基板の実装面積を越えて伸張方向に延在する付加物を有する。第１の接着キャリア層および第２の接着キャリア層のそれぞれの付加物は重ね合わされ、互いに融合または接着されて、融合多層導体キャリアを形成する。好ましくは、融合多層導体キャリアの厚さ方向において、第１の導電性リード線は第２の導電性リード線に重ならない。また、厚さ方向において、第１の接着キャリア層の付加物は、第２の導電性リード線を少なくとも部分的に覆うかまたは包囲し、第２の接着キャリア層の付加物は、第１の導電性リード線を少なくとも部分的に覆うかまたは包囲する。
【００１０】
別の任意の特徴として、第１の接着キャリア層の付加物は第１の緩衝を形成するように構成することができ、第２の接着キャリア層の付加物は第２の緩衝を形成するように構成することができる。第１の導体の遠方端は第２の緩衝によって露出され、第２の導体の遠方端は第１の緩衝によって露出される。
【００１１】
第１の導電性リード線および第２の導電性リード線は、第１の接着キャリア層および第２の接着キャリア層それぞれの上にスクリーン印刷されるかまたは堆積することができる。第１の導電性リード線および第２の導電性リード線は、好ましくは銀、たとえば銀入りインク、または別の導電性物質を含み、（応力集中を引起こして圧電ウェハにクラックを生じさせ、および／または駆動中に積層が経る移動量を抑制しないように）薄く、かつ容易に選択的に塗布されるように選定される。
【００１２】
本技術の別の局面は、積層圧電複合物を製造する方法に関し、積層圧電複合物は、少なくとも基板および圧電ウェハを備える。当該方法の基本的なステップは、第１の導電性リード線を第１の接着キャリア層上に形成するステップと、第１の接着キャリア層を圧電ウェハの第１の面および基板の間に挿入するステップと、第１の接着キャリア層を用いて圧電ウェハの第１の面を基板に接着し、電気信号または電圧を圧電ウェハの第１の面に与えるための第１の導電性リード線を担持するステップとを備える。任意のステップとして、第１の接着キャリア層を可塑化して、圧電ウェハの第１の面を基板に接着するステップを備えることもできる。
【００１３】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は、添付の図面に図示したような好ましい実施例についての以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。いくつかの図面を通して同じ部分には同じ参照符号を付す。図面は必ずしも同じ縮尺で描かれておらず、発明の原理を示すために誇張している場合もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図面の詳細な説明
以下の説明においては、説明の目的および非限定的な目的で、本発明を十分理解できる
ように、具体的な詳細、たとえば特別な構造、インターフェイス、技術等について述べる。しかし、これらの具体的な詳細から離れた他の実施例において本発明を実施してもよいことは当業者には明らかであろう。他の例においては、不要な詳細によって本発明の説明が不明瞭とならないように、周知の装置、回路および方法についての詳細な説明は省略する。
【００１５】
図１および図２は、積層圧電複合物２０の一例の代表的な非限定的な実施例を示す。積層圧電複合物２０は、多層積層とも称する。図示した一例の実施例では、積層圧電複合物２０およびその構成層は本質的に円形形状を有するが、他の実施例では他の形状および／または構造も可能である。
【００１６】
積層圧電複合物２０は、（昇順に）基板２２と、第１の接着キャリア層１００と、圧電ウェハ３２と、第２の接着キャリア層１００′と、任意の被覆層４８とを備える。
【００１７】
全部ではないがいくつかの実施例では、積層圧電複合物２０の層のいくつかは表面積または直径が異なり、積層圧電複合物の側面から見た外観はウェディングケーキのようになっている。たとえば、ここに示すモードでは、基板層は、基板層上にある圧電ウェハ層よりも直径が大きく、被覆層を備える実施例では、圧電ウェハ層は被覆層よりも直径が大きい。このウェディングケーキのような、言い換えれば段差が付いた層形状はさまざまな利点を有し、たとえばポンプ本体のような結合構造の中に基板層をより簡単に把持または保持することができるということが含まれるが、これに限定はされない。
【００１８】
基板２２は、好ましくは導電性金属である。たとえば、基板２２は約０．１ｍｍ厚さのステンレススチールディスクであり得る。基板の直径は好ましくは約２０ｍｍから約２５ｍｍの範囲であるが、最小約５ｍｍ、最大約４０ｍｍであり得る。
【００１９】
接着キャリア層１００および１００′は、両方とも好ましくは約２５μｍ程度の厚さであり、以下に述べるように、それらの上に導電性リード線１１０および１１０′がそれぞれ形成される。
【００２０】
圧電ウェハ３２は、圧電（セラミック）コア３６を有するタイプであり、コア３６の第１の面上に圧電ウェハ第１電極３４と、コア３６の第２の面上に圧電ウェハ第２電極３８とを有する。圧電ウェハ第１電極３４および圧電ウェハ第２電極３８の周縁は、圧電コア３６の端部から若干内側にあり、たとえば、圧電ウェハ第１電極３４および圧電ウェハ第２電極３８の直径は、好ましくは圧電コア３６の直径よりも若干小さい。
【００２１】
被覆層４８を用いる場合、被覆層４８は好ましくは金属導体層、たとえばアルミニウムである。図示した実施例では、被覆層４８の厚さは約０．０５ｍｍである。被覆層４８を用いる実施例では、基板２２に対する被覆層４８の厚さの比率は好ましくは約１：４程度であり、基板２２に対する被覆層４８の弾性係数の比率は１：３程度である。
【００２２】
積層圧電複合物２０の層は、さまざまな方法で組合せることができる。たとえば、上述した多層積層は、ある圧力と温度のもとで処理して、層を接合して積層圧電複合物にすることができる。接合はさまざまな方法、たとえば接着剤を用いたり、接着キャリア層を可塑化することによって行なうことができる。
【００２３】
接着キャリア層１００および１００′にはさまざまなタイプの材料、たとえばある特定のポリイミド膜を用いることができる。この点に関して、ある特定のポリイミド膜、たとえば、NASA Langley Research Centerによって開発されたＬａＲＣTM−ＳＩ膜（または同等物）に代表されるタイプの膜を用いると可塑化が生じ得る。ＬａＲＣTM−ＳＩ膜は、た
とえば次のうちのいずれかに記載されている。（１）Bryant, R.G.による「ＬａＲＣTM−ＳＩ：可溶性芳香族ポリイミド（LaRCTM-SI：A Soluble Aromatic Polyimide）」High Performance Polymers 第８巻、第４号、６０７−６１５ページ（１９９６年）、（２）Whitley, K.S.らによる「ある範囲の分子量についてのＬａＲＣTM−ＳＩポリマーの機械的特性（Mechanical Properties of LaRCTM-SI Polymer For A Range of Molecular Weights）」NASA/TM−２０００−２１０３０４、および（３）米国特許第５，７４１，８８３号。ＬａＲＣTM−ＳＩ膜は、高沸点の中性溶剤における初期溶解度に関して注目される。
【００２４】
基板２２および任意の被覆層４８は、好ましくは、熱膨張係数が異なる材料から選定され、これによって加熱および圧力処理プロセス後の冷却中に、積層圧電素子が若干ドーム状の形状を有することになる。したがって、冷却後の基板２２および圧電ウェハの間の熱膨張の不一致により、装置にドームまたは「王冠」形状が生じる。しかし、平坦な積層圧電複合物も本技術の範囲内であるため、装置の駆動はドーム形状の存在に依存またはこれを必要としない。
【００２５】
したがって接着キャリア層１００および１００′は、複合物の層を接着する、たとえば圧電ウェハ３２を基板２２に接着する役割を果たし、被覆層４８を用いる場合は、被覆層４８を圧電ウェハ３２に接着する役割を果たす。よって接着キャリア層１００および１００′は、これらの構成層を含む複合物を形成するのに十分なボンディング特性または接着特性を有していなくてはならない、または、そのようなボンディング特性または接着特性が生じるように処理可能でなければならない。
【００２６】
接着キャリア層１００および１００′は複合物の層を接着する役割を果たすだけでなく、導電性リード線１１０および１１０′を担持するという二重の目的も果たす。導電性リード線１１０および１１０′は、接着キャリア層１００および１００′の上にスクリーン印刷するか、または堆積するなどして形成することができる。接着キャリア層１００および１００′は導電性リード線を担持するため、絶縁材料で形成すべきである。前述のポリイミド膜は、接着キャリア層１００および１００′に用いることができる絶縁材料の一例である。
【００２７】
接着キャリア層１００および１００′はいくつかの実施例を有し得る。第１の実施例を接着キャリア層１００（３）として図３Ａから図３Ｃに示す。第２の実施例を接着キャリア層１００（７）として図７Ａから図７Ｃに示す。第３の実施例を接着キャリア層１００（８）として図８Ａから図８Ｃに示す。他の実施例も可能である。図面において示した寸法（非限定的であり、一例として示したに過ぎない）は、メートル法ではなく英単位系（たとえばインチ）によるものである。
【００２８】
ここにおいて、図示のまたは他の実施例の接着キャリア層を総称して説明する場合には、簡略化のために単に接着キャリア層１００と称する。接着キャリア層の同等の機能には、別に示さない限り実施例ごとに同じ参照符号を付す。ここに図示した実施例については、接着キャリア層１００の全体形状はほぼ同じである。
【００２９】
図３Ａの第１の実施例に示したように、接着キャリア層１００（３）は積層領域または部分１０２を有し、図示した円形積層の実施例では本質的に円形である。接着キャリア層１００（３）は、基板２２の実装面積を越えて延在する付加物１０４も有する。付加物１０４は、積層部分１０２から離れて伸張方向に延在する。円形の実施例については、伸張方向は本質的に積層の半径方向であり、接着キャリア１００の面内に存在する。付加物１０４の形状そのものは実施例ごとに異なっていてもよい。
【００３０】
各実施例において、接着キャリア層１００は導電性リード線を担持する。導電性リード
線は、たとえば堆積、フォトリソグラフィ、またはスクリーン印刷などの、いずれかの適切な技術によって接着キャリア層１００上に形成することができる。導電性リード線は好ましくは金属、たとえば銀または銅、好ましくは銀で形成される。例としてここに示した３つの異なる実施例のように、導電性リード線の形状および／または接着キャリア層１００上の移動経路は、実施例ごとに異なり得る。
【００３１】
特に、図３Ａから図３Ｃの第１の実施例においては、導電性リード線１１０（３）は本質的に矩形であり、付加物１０４に沿って直線的に延在する。導電性リード線１１０（３）の第１端は、積層圧電複合物スタックの外周のすぐ内側、たとえば、積層の十分に内部（たとえばディスク面内へ３．５ｍｍのところ）で終端し、圧電ウェハの電極に接触する。
【００３２】
図７Ａから図７Ｃの第２の実施例においては、接着キャリア層１００（７）の導電性リード線１１０（７）は本質的に矩形セグメントを有し、付加物１０４に沿って直線的に延在する。矩形直線セグメントの第１端は、積層圧電複合物スタックの外周のすぐ内側に位置する。さらに、その矩形直線セグメントの第１端において、導電性リード線１１０（７）は２つの半円形セグメント１１２（７）および１１４（７）に分岐する。２つの半円形セグメント１１２（７）および１１４（７）は、積層の内側かつほぼ４分の３周の準円を形成し、セグメント１１１２（７）および１１４（７）によりなる半円は、膜層１００（７）の積層部分の周囲に対して内側にある。２つの半円形セグメント１１２（７）および１１４（７）が内側にあることにより、２つの半円形セグメント１１２（７）および１１４（７）は圧電ウェハ３２の表面電極に接触する。
【００３３】
図８Ａから図８Ｃの第３の実施例においては、接着キャリア層１００（８）の導電性リード線１１０（８）も本質的に矩形セグメントを有し、付加物１０４に沿って直線的に延在する。先に述べた実施例のように、矩形直線セグメントの第１端は積層圧電複合物スタックの外周のすぐ内側に位置する。さらに、その矩形直線セグメントの第１端において、導電性リード線１１０（８）は、本質的に入れ子状の多数のセグメントに分岐または分割される。内側の中央入れ子状セグメント以外はすべて、矩形直線セグメントに接続する傾斜したまたは先細りになった２つの分岐領域と、分岐領域のそれぞれに連続し矩形直線セグメントに平行に延在する２つの直線スペーサ領域と、スペーサ領域に連続する積層圧電複合物の積層領域内の半円形領域とを有する。内側の入れ子状セグメントは半円形領域を有し、一つの直線スペーサ領域を介して導電性リード線１１０（８）の矩形直線セグメントの第１端に接続する。導電性リード線１１０（８）の入れ子状セグメントの半円形領域は、好ましくは同心円状である。図示した実施例においては、導電性リード線１１０（８）について、４つのこのような入れ子状セグメントが示されている。他の実施例においては、より少ないかまたは多い数を設けることができ、入れ子状セグメントについて他の形状も可能であることが理解されるであろう。
【００３４】
図示した実施例においては、導電性リード線１１０は、付加物１０４の横方向に関して付加物１０４の中心から全体的にずれている。各付加物１０４の横方向は接着キャリアの面内にあり、付加物１０４の伸張方向に垂直である。さらに実施例の変形例のいくつかにおいては、付加物１０４の端部の末端は、伸張方向において付加物の中心線に向かって先細りになるなどして傾斜している。付加物１０４の、このように先細りになった遠方または第２端には、点線によって囲まれた緩衝領域１２０のスペースを空けてある（たとえば図３Ａ参照）。緩衝領域１２０のスペースをとることによって、付加物１０４は、伸張方向における中心線について非対称となる。以下に説明するように、積層のうちの一つの接着キャリア層の付加物がこのように非対称であることにより、向かい側に対向する、積層の別の接着キャリア層の付加物上の導体が露出しやすくなる。
【００３５】
接着キャリア層１００は、その導電性リード線１１０が上向きに配置されて圧電ウェハ３２に対向し、圧電ウェハ第１電極３４の少なくとも一部分に接触する状態に配向される。第２の接着キャリア層１００′は、その導電性リード線１１０′が下向きに配置されて圧電ウェハ３２に対向する状態に配向される。導電性リード線１１０′の少なくとも一部分（たとえば第１端）は、圧電ウェハ第２電極３８に接触する。
【００３６】
本質的には、第１の接着キャリア層１００および第２の接着キャリア層１００′は同一であるが、伸張方向に沿って異なった位置にある。実際には、第２の接着キャリア層１００′は、伸張方向に関して第１の接着キャリア層１００の鏡像となるように配置される。図５は、図３Ｃの配置の第１の接着キャリア層１００および図３Ｃの配置の第２の接着キャリア層１００′が、それぞれの導電性リード線１１０および１１０′が互いに向かって配向された、たとえば互いに対向する状態に配向されている様子を示す。特に、第１の接着キャリア層１００の導電性リード線１１０は上向きであり、第２の接着キャリア層１００′の導電性リード線１１０′は下向きである。
【００３７】
第１の接着キャリア層１００および第２の接着キャリア層１００′は、好ましくは互いに融合または接合されて、融合多層導体キャリアを形成する。融合または接合動作は、圧電ウェハ３２が接着キャリア層１００によって基板２２に接合または接着され、被覆層４８（用いる場合）が第２の接着キャリア層１００′によって圧電ウェハ３２に接合または接着される動作と好ましくは同じである。第１の接着キャリア層１００および第２の接着キャリア層１００′が互いに接合または接着される場合、その上に担持されている導体１１０および１１０′は、向かい側に対向する接着キャリア層によって（少なくとも部分的に）本質的に覆われるかまたは包囲される。
【００３８】
したがって、第１の接着キャリア層および第２の接着キャリア層のそれぞれの付加物を重ね合わせ、互いに融合または接着して、融合多層導体キャリアを形成することができる。好ましくは、融合多層導体キャリアの厚さ方向において、第１の導電性リード線は第２の導電性リード線に重ならない。また、厚さ方向において第１の接着キャリア層の付加物は、第２の導電性リード線を少なくとも部分的に覆うかまたは包囲し、第２の接着キャリア層の付加物は、第１の導電性リード線を少なくとも部分的に覆うかまたは包囲する。
【００３９】
緩衝領域１２０が設けられる実施例においては、第１の接着キャリア層１００によってもたらされた緩衝領域１２０は、第２の接着キャリア層１００′の導電性リード線１１０′の第２または遠方端を露出させる。同様に、第２の接着キャリア層１００′によってもたらされた緩衝領域１２０′は、第１の接着キャリア層１００の導電性リード線１１０の第２または遠方端を露出させる。したがって、別の任意の特徴として、第１の接着キャリア層１００の付加物は第１の緩衝１２０を形成するように構成することができ、第２の接着キャリア層１００′の付加物は第２の緩衝１２０′を形成するように構成することができる。第１の導体１１０の遠方端は第２の緩衝１２０′によって露出され、第２の導体１１０′の遠方端は第１の緩衝１２０によって露出される。
【００４０】
利点として、２つの付加物１０４および１０４′の遠方端は、図６に示すコネクタ１３０のような並列デュアルコンタクトコネクタにおいて、露出した遠方コネクタ端が配置される。特に、緩衝領域１２０によって、コネクタ１３０のばねで負荷をかけた上向きの端子が、第２の接着キャリア層１００′の導電性リード線１１０′に到達して接触することが可能になり、同様に、緩衝領域１２０′によって、コネクタ１３０のばねで負荷をかけた下向きの端子が、第１の接着キャリア層１００の導電性リード線１１０に到達して接触することが可能になる。所望であれば、各リード線の基部端に補強材を付加して、フラットフレックスコネクタへの挿入が可能となるような強度を加えてもよい。このような補強材は、粘着性の裏地を有するさらなるポリイミド層、たとえば２ミル厚さの粘着性の裏地
を有する６ミル厚さのポリイミド層の形態を取ってもよい。
【００４１】
他の実施例においては、緩衝領域１２０は接着キャリア層によってもたらされる必要はなく、したがって付加物１０４は、緩衝領域１２０を受け入れるための切抜きを有するのではなく、本質的に対称（たとえば完全に矩形）であり得る。これらの他の実施例は、付加物１０４の遠方端がコネクタによって係合し、遠方端がひだ状になることによってそれぞれの導電性リード線に接触する用途に有効である。
【００４２】
したがって上記から明らかなように、伸張方向に垂直な横方向における第２のモードでは、第１の導電性リード線１１０は第２の導電性リード線１１０′に重ならず、横方向において、第１の接着キャリア層１００の付加物１０４は、第２の導電性リード線１１０′を少なくとも部分的に覆い、第２の接着キャリア層１００の付加物１０４′は、第１の導電性リード線１１０を少なくとも部分的に覆う。このような被覆により、２つの接着キャリア層は二重または二倍の層強度を有し、それによって安定性および耐摩耗性が向上する。所望であれば、第１の接着キャリア層１００および第２の接着キャリア層１００を接着層によって互いに接着することができる、または第１の接着キャリア層を第２の接着キャリア層によって保護すること、たとえばスクリーン印刷することができる。この点に関し、さまざまな方法で、２つの接着キャリア層の露出した導電トレース上に保護カバーを設けることができる。たとえば、裏に接着剤が付いた１ミルのポリイミド層を末端の各導電面に接着するか、または末端の各導電面に対してプラスチックコーティングをスクリーン印刷する。当該プロセスは、導電層が塗布された後に行なわれる。
【００４３】
第２のモードの接着キャリア層上に形成された導電性リード線１１０は、好ましくは銀入りインクから成り、接着キャリア層上にシルクスクリーン印刷される。銅は典型的に積層プロセス等に伴って用いられ、銅の大部分はエッチングによって除去しなくてはならないということを鑑みると、銅よりも銀の方が好ましい。一方、銀入りインクはより薄く、実際に必要なところにだけ選択的に塗布することができる。また、導体として銅を使用すると応力集中を引起すことがあり、セラミック（圧電ウェハ）にクラックを生じさせ、および／または駆動中に積層が経る移動量を抑制するおそれがある。
【００４４】
被覆層４８および基板２２の材料の選択は、熱膨張係数の違いにより積層のドーム化または王冠化に影響を及ぼす。各材料層の厚さは、熱および圧電効果によって生じるドームの高さおよび応力状態を決定する。基板２２の厚さに対する圧電ウェハ３２の厚さの比率は、好ましくは２：１程度であり、より好ましくは１．８：１．０程度であり、基板に対する圧電ウェハの弾性係数の比率は０．３：１．０程度である。
【００４５】
ここに述べた一例の積層圧電複合物の導電性リード線は、適切な駆動回路に接続される。このような駆動電子素子の例には、積層圧電複合物を利用するポンプ用の駆動回路が含まれ、「圧電装置ならびにこれを駆動するための方法および回路(Piezoelectric Devices
and Methods and Circuits for Driving Same)」と題された、Vogeleyらによる２００４年４月２日出願の米国特許出願連続番号第１０／８１６，０００号（代理人番号４２０９−２６）に記載されている例の中に含まれ、その全体をここに引用によって、または、そこに引用されている、および／または引用によって援用されている文献によって、ここに援用する。
【００４６】
上述したように、被覆層４８の使用は任意である。そのため、被覆層４８のない実施例においては、信号または電圧を圧電ウェハ３２の第２の面または第２電極に伝える第２の導電性リード線をさまざまな方法で実現してもよい。第１の例として、圧電ウェハ３２の第２の面３８に、第２の接着キャリア層１００′のそれと同様な膜または層を重ねてもよく、第２の導電性リード線がその上またはその中に埋込むなどして担持される（ただし第
２の接着キャリア層１００′は、被覆層４８のような被覆層を接着する役割は果たさない）。第２の例としては、別の層もしくは膜が有する、または単体の、導電性リード線、ワイヤもしくは他の導電材料を、圧電ウェハ３２の第２の面３８にはんだ付けなどの方法で取り付けて、電気的に接触させてもよい。
【００４７】
図９Ａから図９Ｊおよび図１０Ａから図１０Ｊは、圧電製造技術の一例のモードに係る積層圧電複合物を製造するプロセスに含まれる基本的な一例のステップを示す。図９Ａから図９Ｊは、それぞれのステップ中の複合物の段階を示す断面図であり、図１０Ａから図１０Ｊは平面図である。当該プロセスのステップは、多層積層を形成するステップと、その後ある圧力および温度のもとで多層積層を処理し、層を接合して積層圧電素子にするステップとを含む。図示した例では、積層圧電複合物およびその構成層は本質的に円形形状を有するが、他の実施例では他の形状および／または構造も可能である。
【００４８】
図９Ａおよび図１０Ａに示した第１のステップは、可塑化溶剤を基板２０に塗布（たとえば噴霧）するステップを含む。可塑化溶剤の塗布は矢印２２によって示す。基板２０は好ましくは導電性金属である。たとえば基板２２は、厚さが約０．１ｍｍ、直径が約４０ｍｍのステンレススチールディスクであり得る。
【００４９】
図９Ｂおよび図１０Ｂに示す第２のステップは、接着キャリア層１００を基板２２上に配置するステップを含む。接着キャリア層１００の厚さは、好ましくは約２５μｍ程度である。多層積層を備えるポリイミド膜が積層の層を接合する役割を果たすよう、多層積層を加熱するステップが最終的にプロセスに含まれるということを鑑みて、可塑化溶剤は、接着キャリア層１００が溶解可能ないずれかの溶剤、たとえば接着キャリア層１００の表面をゲル化する、または接着キャリア層１００を粘着性にする傾向があるいずれかの溶剤として選定される。この際、可塑化溶剤は、たとえば接着キャリア層の接着性の向上を促進する役割を果たす。これはたとえば、接着キャリア層のゲル状態によって空隙等が最小となるためである。
【００５０】
第２のステップとして用いられる接着キャリア層１００は、ここに述べた実施例または他の適切な実施例のいずれかであり得る。第２のモードの第２のステップでは、接着キャリア層１００は、その導電性リード線１１０が上向きに配置され、次にその上に配置される圧電ウェハ３２に対向する状態に配向される。
【００５１】
図９Ｃおよび図１０Ｃに示した第３のステップは、矢印２６によって示すように、可塑化溶剤を接着キャリア層１００に塗布（たとえば噴霧）するステップを含む。
【００５２】
図９Ｄおよび図１０Ｄに示す第４のステップは、第１の導電性リード線１１０の端部が圧電ウェハ３２の圧電ウェハ第１電極３４に接触するように、圧電ウェハ３２を接着キャリア層１００上に配置するステップを含む。先に述べたように、圧電ウェハ３２は、図１に示したような、第１の面上に圧電ウェハ第１電極３４と、第２の面上に圧電ウェハ第２電極３８とを有する圧電（セラミック）コア３６を有するタイプであってもよい。圧電ウェハ第１電極３４および圧電ウェハ第２電極３８の周縁が圧電コア３６の端部から若干内側にある場合、第１の導電性リード線３０の端部は内部に延在して電極に到達しなければならない。
【００５３】
図９Ｅおよび図１０Ｅに示す第５のステップは、矢印４２によって示すように、可塑化溶剤を圧電ウェハ３２に塗布（たとえば噴霧）するステップを含む。
【００５４】
図９Ｆおよび図１０Ｆに示す第６のステップは、第２の接着キャリア層１００′を圧電ウェハ層３２上に配置するステップを含む。第５のステップにおいて、接着キャリア層１
００′は、その導電性リード線１１０′が下向きに配置されて、既にその下に堆積されている圧電ウェハ３２に対向する状態に配向される。導電性リード線１１０′の少なくとも一部分（たとえば第１端）は、圧電ウェハ第２電極３８に接触する。
【００５５】
積層圧電複合物が被覆層を有する場合には、積層を処理して接合する前に、第７のステップおよび第８のステップが行なわれる。積層圧電複合物はすべての実施例において被覆層を有さなくてもよいため、第７のステップおよび第８のステップは任意である。
【００５６】
図９Ｇおよび図１０Ｇに示す任意の第７のステップは、矢印４２によって示すように、可塑化溶剤を第２の接着キャリア層１００′に塗布（たとえば噴霧）するステップを含む。図９Ｈおよび図１０Ｈに示す任意の第８のステップは、被覆層４８を第２の接着キャリア層１００′上に配置するステップを含む。被覆層４８は、好ましくは金属導体層、たとえばアルミニウムである。図示した実施例では、被覆層４８の厚さは約０．０５ｍｍである。被覆層４８を用いる実施例では、基板２０に対する被覆層４８の厚さの比率は、好ましくは約１：４程度であり、基板２０に対する被覆層４８の弾性係数の比率は約１：３程度である。
【００５７】
第６のステップの後、または任意の第７のおよび第８のステップの後のいずれかにおいて、このように形成された多層積層をある圧力および温度のもとで処理し、層を接合して積層圧電素子にする。多層積層は、好ましくは、処理プロセス中積層全体を相対的に平坦に維持する取付具等に配置される。ポリイミド膜を接着キャリア層として用いる一例の製造モードでは、７５ｋＰａの圧力および２１５℃の温度にて処理が行なわれる。処理の間、ポリイミド膜層が硬化して、多層積層の構成層を接合する役割を果たすよう、可塑化溶剤が除去される。
【００５８】
基板２０および任意の被覆層４８は、好ましくは熱膨張係数が異なる材料から選定される。これにより、加熱および圧力処理プロセスの後ならびに取付具からの取り出し後の冷却中に、積層圧電素子は若干ドーム状の形状を呈する。加熱および圧力処理プロセス中、温度は圧電ウェハの脱分極温度よりも低く保たれる。
【００５９】
さまざまな実施例を詳細に示し説明したが、請求項はいずれの特定の実施例または例にも限定されない。上記の説明は、いずれかの特定の要素、ステップ、範囲または機能が本質的なものであって、請求項の範囲に含まなければならないことを暗示していると解釈すべきではない。特許される主題の範囲は、請求項によってのみ規定される。法的な保護の範囲は、許可された請求項に記載の文言およびそれらの同等物によって規定される。本発明は開示された実施例に限定されず、反対に、さまざまな変更および同等の配置を包含することを意図していると解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】積層圧電複合物の一例の代表的な非限定的な実施例を示す側断面図である。
【図２】図１の複合物の平面図である。
【図３Ａ】圧電製造技術の第２のモードに係る積層圧電複合物を製造するために適切な接着キャリア層の第１の実施例を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの例の接着キャリア層の側面図である。
【図３Ｃ】図３Ａの例の接着キャリア層の端面図である。
【図４Ａ】導電性リード線が上向きに配置されて圧電ウェハに対向する状態に配向されている第１の接着キャリア層の平面図である。
【図４Ｂ】導電性リード線が下向きに配置されて圧電ウェハに対向する状態に配向されている第２の接着キャリア層の平面図である。
【図５】第１の接着キャリア層および第２の接着キャリア層が、それぞれの導電性リード線が互いに向かって配向された状態に配向されている様子を示す概略端面図である。
【図６】並列デュアルコンタクトコネクタによって係合された２つの接着キャリア層の、露出した遠方コネクタ端を示す概略端面図である。
【図７Ａ】圧電製造技術の第２のモードに係る積層圧電複合物を製造するために適切な接着キャリア層の第２の実施例を示す平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの例の接着キャリア層の側面図である。
【図７Ｃ】図７Ａの例の接着キャリア層の端面図である。
【図８Ａ】圧電製造技術の第２のモードに係る積層圧電複合物を製造するために適切な接着キャリア層の第３の実施例を示す平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの例の接着キャリア層の側面図である。
【図８Ｃ】図８Ａの例の接着キャリア層の端面図である。
【図９Ａ】圧電製造技術の一例のモードに係る積層圧電複合物を製造するプロセスに含まれる基本的な一例のステップを示す側断面図である。
【図９Ｂ】圧電製造技術の一例のモードに係る積層圧電複合物を製造するプロセスに含まれる基本的な一例のステップを示す側断面図である。
【図９Ｃ】圧電製造技術の一例のモードに係る積層圧電複合物を製造するプロセスに含まれる基本的な一例のステップを示す側断面図である。
【図９Ｄ】圧電製造技術の一例のモードに係る積層圧電複合物を製造するプロセスに含まれる基本的な一例のステップを示す側断面図である。
【図９Ｅ】圧電製造技術の一例のモードに係る積層圧電複合物を製造するプロセスに含まれる基本的な一例のステップを示す側断面図である。
【図９Ｆ】圧電製造技術の一例のモードに係る積層圧電複合物を製造するプロセスに含まれる基本的な一例のステップを示す側断面図である。
【図９Ｇ】圧電製造技術の一例のモードに係る積層圧電複合物を製造するプロセスに含まれる基本的な一例のステップを示す側断面図である。
【図９Ｈ】圧電製造技術の一例のモードに係る積層圧電複合物を製造するプロセスに含まれる基本的な一例のステップを示す側断面図である。
【図９Ｉ】圧電製造技術の一例のモードに係る積層圧電複合物を製造するプロセスに含まれる基本的な一例のステップを示す側断面図である。
【図９Ｊ】圧電製造技術の一例のモードに係る積層圧電複合物を製造するプロセスに含まれる基本的な一例のステップを示す側断面図である。
【図１０Ａ】図９Ａの基本的な一例のステップを示す平面図である。
【図１０Ｂ】図９Ｂの基本的な一例のステップを示す平面図である。
【図１０Ｃ】図９Ｃの基本的な一例のステップを示す平面図である。
【図１０Ｄ】図９Ｄの基本的な一例のステップを示す平面図である。
【図１０Ｅ】図９Ｅの基本的な一例のステップを示す平面図である。
【図１０Ｆ】図９Ｆの基本的な一例のステップを示す平面図である。
【図１０Ｇ】図９Ｇの基本的な一例のステップを示す平面図である。
【図１０Ｈ】図９Ｈの基本的な一例のステップを示す平面図である。
【図１０Ｉ】図９Ｉの基本的な一例のステップを示す平面図である。
【図１０Ｊ】図９Ｊの基本的な一例のステップを示す平面図である。
【図１】
2008537461.tif 000003
【図２】
2008537461.tif 000004
【図３Ａ】
2008537461.tif 000005
【図３Ｂ】
2008537461.tif 000006
【図３Ｃ】
2008537461.tif 000007
【図４Ａ】
2008537461.tif 000008
【図４Ｂ】
2008537461.tif 000009
【図５】
2008537461.tif 000010
【図６】
2008537461.tif 000011
【図７Ａ】
2008537461.tif 000012
【図７Ｂ】
2008537461.tif 000013
【図７Ｃ】
2008537461.tif 000014
【図８Ａ】
2008537461.tif 000015
【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
2008537461.tif 000017
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2008537461.tif 000019
【図９Ｃ】
2008537461.tif 000020
【図９Ｄ】
2008537461.tif 000021
【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図９Ｈ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【国際調査報告】
2008537461.tif 000034