JPH03188350A

JPH03188350A - 多層セラミックテープ構造中のセンサ素子

Info

Publication number: JPH03188350A
Application number: JP2325112A
Authority: JP
Inventors: Gary W Johnson; ゲイリー・ダブリユ・ジョンソン; William A Vitriol; ウイリアム・エー・ビトリオル
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1991-08-16
Also published as: GB9025392D0; GB2238429A; SE9003461D0; DE4037195A1; US4991283A; SE9003461L

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］本発明は、−船釣にマイクロエレクトロニクスの技術、
特に形成されたセンサ素子を有する多層セラミックテー
プ構造に関する。

［従来の技術］力または圧力、加速度、温度、位置または変位、イオン
（ｐｂ）およびガス濃度、磁界強度、放射レベルなどを
測定するために、信号処理エレクトロニクス装置を有し
ているモノリシック構造中にセンサを集積する技術が開
発された。集積装置は分離センサおよびそれに関連する
構成素子を含むパッケージよりも非常に小さく、軽く、
且つ安く製造されることが可能であり、滞在的に信頼性
が高い。

そのような集積センサパッケージは、例えば自動車産業
においておよび燃費経済とエンジン動作を最適にするた
めの電子制御を含む適用において広く利用され、放射制
御の必要性に合致し、より快適なおよび、または安全な
ドライブ特性を提０（する。そのようなセンサを使用す
る組立体は、アンチロックおよび、またはアンチスキッ
ドブレーキシステム、正方向牽引システム、サスペンシ
ョン調節システムおよびその類似物を含む。

集積の２つの主要な従来技術のタイプはシリコンの微小
加工および厚膜の処理を含む。これらの技術の一般的な
説明は文献（１９８４年１２月６日付けのＭａｃ旧ｎｅ
　Ｄｅｓｌｇｎ　　１１ｇ乃至１２４頁）に記載されて
いる。

微小加工は通常の集積回路製造と同じフォトリソグラフ
ィックおよび化学処理を使用している。

ドーピングに依存する異方性化学的エツチングは主要な
微小加工方法である。しかし、装置はプラズマおよび反
応的イオンビームを利用するドライエツチング技術を使
用して製造される。実施可能な構造的置換は溝、フリー
スクンディング柱体、カンチレバービーム、集積孔を有
するおよび集積孔なしの種々の厚さの膜、マイクロブリ
ッジ、および種々の形の孔を含む。シリコンの微小加工
によって製造されたセンサ構造の詳細な説明は、文献（
１９８３年４月付けの５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ａｍｅｒ
ｌｃａｎ　４４乃至５５頁）に記載されている。シリコ
ンの微小加工によって形成された多次元加速度計の例は
１９８９年３月７日の米国特許出願４，８０９，５５２
号明細書に記載されている。

それは多くの概念に有利であるが、シリコンの微小加工
は比較的複雑で費用のかかる処理であり、形成されるこ
とが可能であるセンサの形状に制限がある。

ハイブリッド微小回路技術および他の適用に対する多層
電子構造の製造は、上述に関連する厚膜処理を含む。そ
れにおいてペースト状の個々の導電体および誘電体構成
は、厚膜多層回路を積層させるために絶縁基体上に順次
付着され、−度に１つの材料層が焼結されることを特徴
とする。応力、圧力、変位などに敏感であるセンサは、
厚膜抵抗器におけるピエゾ電気効果を開発することによ
り厚膜処理を使用して製造された。そのような抵抗器は
カンチレバーおよびダイアフラムなどの機械的なセンサ
素子に形成され、機械的歪みを電気信号に変換させる。

文献（１９８１年のＴｈ１ｒｄ　Ｅｕｒｏｐｅａｎｌｌ
ｙｂｒｌｄ　ＭｌｃｒｏｅｌｅｃＬｒｏｎｌｃｓ　Ｃｏ
ｎｒｅｒｅｎｃｅ　Ｐｒｏｃｅｅｄ−Ｉｎｇｓ、Ａｖｌ
ｇｎｏｎ）にはこの技術について記載されている。

厚膜処理に存在する固有の問題は、厚さの制御は焼結さ
れたセラミック層の形成および加工が困難であることで
ある。これはこの処理によって形成されたセンサにより
達成される正確さに関する厳しい制限を受ける。

本発明の基礎を形成するハイブリッド微小回路の製造の
改善された方法は、コファイヤ（ｃｏｆｌｒｅ）セラミ
ック処理である。この技術は主要素子としてアルミナを
有するシートに形成された絶縁体材料を利用する。この
絶縁シートは接地面、信号面、接着面、またはその類似
物を製造するために金属化され、或いはピアホールを形
成し相互接続層を形成するために金属層で背面から満た
される。個々のテープのシートは互いに重ねられ、予め
定められた温度および応力を使用して一緒に積層され、
材料が融着或いは焼結される所望の高められた温度で加
熱される。アルミナが絶縁材料として選択される場合、
タングステン、モリブデンまたはモリブデンマンガン合
金は典型的に金属層に使用され、それはＨ２の還元性雰
囲気中で約ｔ、ｅｏｏ℃に加熱される。

耐熱性金属の不所望の高い処理温度および必要なＨ，雰
囲気によって、低温度コファイヤセラミック（ＬＴＣＣ
）が開発された。ＬＴＣＣは開発中であり、また市販さ
れている（　ＰｒｕｓｓｉａのＥ−ＩｅｃＬｒｏ　５ｃ
ｉｅｎｃｅ　ＬａｂｏｒａＬｏｒｌｅｓ社およびＦＥＲ
ＲＯＣＡの５ａｎｔａ　Ｂａｒｂａｒａ社を含む多数の
メーカーから）。

「グリーンタイプ」として従来技術で知られているＬＴ
ＣＣの材料は、製品符号＃８５１ＡＴでデュポン社から
市販されている材料が好ましい。そのテープは約８５０
℃で焼結するガラスおよびセラミックフィラー混合物で
ある材料の組成を含み、アルミナと類似した熱膨脹を示
す。

低温度処理は空気中で加熱された抵抗器および金、銀、
またはそれらの合金などの貴金属の厚さのフィルム導電
体の使用を許容する。典型的な高温度処理では、スクリ
ーン印刷された抵抗器は使用不可能であり、耐熱金属ペ
ーストのみが導電体として使用される。

厚膜技術および高温および低温度のコフフイヤセラミッ
クテーブ技術の詳細は、文献（１９８３年付けのＩｓＩ
ＩＭ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　　５９３乃至５９８頁
）に記載されている。

コファイヤされたセラミック方法の欠点の１つは、誘電
体フィルムまたはテープはｘ、ｙ、ｚ方向のそれぞれに
おいて２０％程度収縮することである。この収縮は典型
的に１％程度の加熱された部分における寸法の不安定性
を生じさせ、一定の型のハイブリッド微小回路の製造に
おいて許容できない。

コフヤイヤセラミックテーブ処理に固有する収縮問題を
解決する別の多層回路板製造技術は、１９８７年２１２
４日の米国特許明細書４．６４５．５５２号明細書に開
示されている。この処理は「転送テープ」法として記載
されることができ、−船釣に剛性導電性基体または絶縁
性基体を設け、その上に導７ｕ性回路パターンが形成さ
れ、ガラスセラミックテープ層を基体の表面に転写し加
熱することによって行われる。このテープ層は基体と連
続的にガラスセラミックテープ層の上面に接着され或い
は取付けられる導電体または電気素子との間の絶縁を与
える。基体にテープ層を直接加熱接着する前に、テープ
層に形成されたピアホールによる垂直方向の電気相互接
続を設けることによって、テープ材料のＸおよびＹ　ｔ
Ｍ方向寸法の安定性が維持される。

この垂直方向の相互接続処理における次の導電体層は加
熱処理されたテープの誘電体および加熱処理されたそれ
自身にスクリーン印刷される。ハイブリッド回路が所望
の垂直方向の多層相互接続レベルまで積み重ねるまでこ
の処理は繰返される。

導電体または誘電体層をそれぞれ加熱する別の処理に関
して、完成した構造またはその１部分は上記の参照され
た米国特許明細書に開示されているように同時に加熱処
理されることが可能である。

スクリーン印刷された誘電体層の積層処理を予め孔を有
する誘電体と置換することによって、転送テープ処理は
、コファイヤセラミック処理の多くの利点を得ながら、
厚膜処理の利点の大部分を保持する。

［発明の解決すべき課題］本発明は、多層セラミックテープ構造を形成する方法お
よびその方法によって製造された構造を提口（し、構造
において広範囲の各種センサまたは変換器を有利的に備
えた上述のようなセラミックＬＴＣＣテープまたは転送
テープを利用することが好ましい。センサは力、圧力、
加速度、空気流、衝撃力などを感知する目的のためにフ
レキシブルな膜または部材としてセラミックテープに製
造された素子を含む。これは、ダイアフラムおよびその
他のセンサ素子を製造するために従来使用された化学的
または機械的な加工動作を置換するように、セラミック
テープの均一な厚さおよび腹雑な形状に形成されるか或
いは切断されるべきその可能性を利用することにより本
発明によって達成される。構造の寸法、特に厚さを制御
するこの能力は、センサの再現性および正確性の実質上
の改善をｊＨ（共する。それはまたモノリシックパッケ
ージの構造の片側または両側のセンサを有する外部の電
子装置の集積を可能にし、実質上部品数および処理工程
を減少させる。これは上述の従来使用可能である微小加
工および厚膜処理よりも小さく、低コストで、信頼でき
るセンサ構造であることがわかった。

［発明の解決のための手段］本発明にしたがって、積層され且つ融若される複数のシ
ートから形成された構造は、熱的に融若可能なテープか
ら形成された少なくとも１つの焼結されたセラミックシ
ートを含む。カンチレバー円形ダイアフラム、少なくと
も２つの側面で支持された長方形ダイアプラム、マイク
ロブリッジのようなセンサ素子はセラミックシートの１
部分として形成される。孔はセンサ素子を感知すべき周
囲環境に露出するようにセラミックシートに隣接するシ
ートの１つに形成される。応力または変位のようなセン
サ素子における物理的な変化に対応する電気信号は、少
なくとも１枚のシート上に形成された金属層パターンと
相互接続されるセンサ素子に取付けられるか或いはその
上に形成されたピエゾ抵抗器、種々のキャパシタ、光検
出器、またはその他の類似物によって発生される。

これらおよびその他の本発明の特徴および利点は、当業
者には下記詳細の説明から明らかであろう。図において
同様の部分には同じ参照番号が付されている。

［実施例］第１図を参照にすると、本発明によるセンサを備えた多
層セラミックテープ構造は、全体を符号ＩＯとして示さ
れ、シート１２．１４．１６．１８，２０．２２を含む
。構造ｌＯが転送テープから製造される場合、シート２
２は電気絶縁セラミックまたはガラスセラミックから構
成された比較的に剛性の基体である。

この場合には、層１２乃至２０は熱的に融着可能なセラ
ミック転送テープから形成されている。構造１゜がガラ
スセラミックから形成されている場合、熱融合可能なＬ
ＴＣＣテープのシート２２は構造の必要な部分を構成せ
ず、省略され、シート１２乃至２゜はＬＴＣＣテープの
形状で設けられる。

本発明は、ＬＴＣＣまたは転送テープに限定されること
はなく、熱の供給によって焼結されたセラミックシート
に熱的に変換されることができる任意の適当な熱融着可
能なテープを使用して実行される。現在利用可能されて
いるそのようなテープの３つの型は純粋なセラミックテ
ープ、ガラスセラミックテープ、および結晶化可能なガ
ラステープ（ガラスは非ガラス化によってセラミックに
変えられる）を含む。

本発明の方法または処理は、第１図に示されたように個
々のシート１２乃至２２を製造し、第２図に示されたよ
うにそれらのシートを積層して熱融着するステップを含
む。代りに転送テープが使用される場合、シート１２乃
至２０は、シート２０から始めて一度に１枚のシートを
基体２２に積層して融着させる。代りに、シート１２乃
至２０は基体２２と一緒に積層され、単一ステップで融
着するために加熱されてもよい。

ＬＴＣＣが使用されるべきな場合、基体２２は省略され
、シート１２乃至２０は一緒に積層され、単一ステップ
で融着するために加熱処理される。本発明の技術的範囲
には、シートを別々或いは一緒に積層にし加熱処理する
ことが含まれることが理解される。いずれの場合でも、
融着可能なセラミックテープは、第２図に示されたよう
に単一構造ｌＯを形成するために加熱または熱処理ステ
ップ中に焼結される。

第１図および第２図に示された本発明の実施例によれば
、円形孔１２ａ、１４ａ、１８ａ、２０ａ、２２ａは、
シートが一緒に積層されるときシート１Ｇの円形部分１
６ａで互いに整列されるように、それぞれシート１２．
１４．１０．１８．２０．２２に形成される。孔２２ａ
は他のシートの各孔よりも小さい。シート１Ｇの円形部
分１６ａは円形ダイアフラム２４の形状でフレキシブル
或いは変位可能なセンサ素子を構成する。第２図に示さ
れたように、ダイアフラム２４の両側は孔を通って感知
されるべき周囲環境に露出される。

本発明にしたがって、少なくとも１つの感知または変換
手段は、センサ素子の物理的変化にしたがって電気信号
を生成するために変位可能なセンサ素子と関連する。セ
ンサ素子がダイアフラム２４によって実現され、力、応
力、流速、加速度などの形態でダイアフラム２４に供給
される外部力は、ダイアフラム２４の偏向を生じさせ、
それによってフークの法則にしたがって歪みを生じさせ
るような応力を誘起する。

感知または変換手段は、センサ素子の応力または変位に
よる変化に応じるように構成され、それに対応する電気
信号を生成する。感知手段は、センサ素子が形成された
後に、製造過程の任意の点においてセンサ素子に取付け
られることができる。

例えば感知手段がピエゾ抵抗器の形をとる場合、シート
の積層および加熱処理の前にセンサ素子上に形成される
のが好ましい。センサ素子はシートを融着させるのに必
要な温度によって損傷される発光ダイオードまたはその
他の素子の形をとる場合、シートが積層され、融着され
た後、センサ素子に取付けられるのが好ましい。

ｍ１図および第２図に示されているように、ピエゾ抵抗
器２Ｇの形をとる４つの感知手段は、２次元でダイアフ
ラム２４における誘起した応力に対応して電気信号を生
成させるためにセンサ素子２４上に形成される。ダイア
フラム２４の直径に沿って間隔を隔てている４個のピエ
ゾ抵抗器２Ｂが示されているけれども、本発明はそれに
限定されず、任意の数のピエゾ抵抗器はセンサ素子のそ
れぞれの位置に設けられることができる。

ピエゾ抵抗器２６は、シート１２乃至２２の積層の前に
スクリーン印刷或いはそれに類似した処理を行うことに
よりペースト状でシート１６に施すのが好ましく、誘起
した応力の関数として抵抗率を変化させる。ピエゾ抵抗
効果自体は従来技術において良（知られており、歪計の
技術において幅広く適用されている。本発明を実行する
ためにピエゾ抵抗器を形成するために構成される適用可
能な厚膜抵抗器技術の１例は、文献（５月２８乃至３０
口、ＩＭＣ１９８６Ｐｒｏｅｅｅｄｌｎｇｓ３４３乃至
３５１頁）に開示されている。

ピエゾ抵抗器２６と相互接続する金属層パターンはシー
ト１１３上に形成され、図面には示されていないが、さ
らにそれは幾つかのシートまたは全てのシート１２乃至
２２上に形成された信号処理および任意の他の所望な回
路網と相互接続することが好ましい。例示した実施例に
おいて、金属層パターンは、シート１４を通って延在す
る導電性ピアホール１４ｂおよびシート１２を通って延
在するピアホール１２ｃによってシート１２の周面上に
形成されたそれぞれの接触バッド１２ｂと相互接続する
ストリップ２８を含む。シート１２はさらにピアホール
１２ｃを接触バッド１２ｂに接続する導電性ストリップ
１２ｄを備える。

接触バッド１２ｂは構造ｌＯを外部回路網（図示せず）
に接続するために設けられている。ピエゾ抵抗器２６に
直接接続されている接触バッド１２Ｌ＋が示されている
が、それはシート１２乃至２２上の単層または多層の配
置において設けられた信号処理回路網（図示せず）を通
ってそこに間接的に接続されるのが好ましい。感知また
は変換手段は、ピエゾ抵抗器として示されているが、本
発明はそれに限定されない。センサ素子は、センサ素子
２４における化学的または電気的変化を含めて物理的変
化を感知する任意の形において設けられることができる
。

５つのテープ層１２乃至２０および基体２２を含むＩＲ
造１０が示されているが、本発明は任意の数のテープ層
を使用して実施されることが可能であり、センサ素子は
少なくとも１つの層に形成される。センサ素子はそれが
形成される層の片側または両側の層に積層されたテープ
層に形成された孔を用いて周囲に直接露出される。代り
に、センサ素子は加速度計または放出検出器のような応
用では密閉されてもよい。その場合、周囲への露出は特
に必要でなくまた要求されない。さらにペースト状以外
の適用および加熱以外の任意の適切な手段を使用して感
知手段をセンサ素子に取付けることは本発明の技術的範
囲に属する。

第３図は、カンチレバーの形態の別のセンサ素子を示し
ている。特に、テープシー）３０はそこに形成されたほ
ぼ円形の孔３０ａを有する。孔３０ａの右方に配置され
たシート３０の部分はカンチレバービーム３０ｂを構成
するために孔３０ａへ延在するように形成される。所望
の形は機械による切断、レーザによる切断、または任意
のその他の適切な手段によって切断されることができる
。必要に応じて、ビーム３０ｂの慣性モーメントはスク
リーン印刷等によって金属重錘３２を設けることによっ
て増加されることができる。ピエゾ抵抗器３４または他
の感知手段は、ビーム３０ｂがシート３０から孔３０ａ
に延在し、誘起した応力が最大である地点の近くのビー
ム３０ｂ上に形成される。金属層ストリップ３Ｂは、１
つの層としてシート３０を備えた構造り別の層（図示せ
ず）上の金属層パターンと相互接続するために、ピエゾ
抵抗器３４をピアホール３８に接続する。

カンチレバービーム３０ｂが変位され、圧力または加速
度のような供給された力に対応してピエゾ抵抗器３４の
応力およびその電気抵抗率を変化させる。

第４図および第５図では、本発明による別のセンサ素子
形状を示す。構造４０はシート４２．４４．４６を含む
。孔４２ａ、４６ａは第１図および第２図の実施例と同
じようにそれぞれシート４２．４６に形成される。

間隔を隔てた２つの孔４４ａ、４４ｂはシート４４に形
成される。シートが第５図に示されているのように一緒
に積層されるとき、孔４２ａ、４８ａは孔４４ａ、４４
ｂの内側部分に重なる。孔４４ａと４４ｂの間のシート
４４の部分４４ｃは、幅の広い端部に支持された内方に
テーパを有する形状を含むマイクロブリッジ４８の形態
のセンサ素子を構成する。ピエゾ抵抗器５０のような感
知手段は、誘起した応力を電気信号に変換するためにマ
イクロブリッジ４８上に形成される。マイクロブリッジ
４８は２つの対向する側面に支持されたダイアフラムの
１型式として考えられる。さらにピアホール５４に導く
金属層ストリップ５２が示されている。

第６図は、本発明による別のセンサ素子形状を示す。構
造６０はシート６２．６４．６６を含む。比較的に大き
い方形の孔Ｇ２ａ、［ｉ６ａはシート６２．［ｉに貫通
するようにそれぞれ切断される。はぼ方形の孔［ｉ４ａ
はシート６４に形成される。孔Ｇ２ａ、［ｉ４ａ、ＧＯ
ａは同し寸法にする必要がない。

孔［ｉ２ａ、６４ａ、ＧＯａよりも小さい島状部分６Ｇ
の形をとる長方形ダイアフラムは、センサ素子をＩＲ成
するためにシート６４に形成される。島状部分６Ｇの側
面は、それぞれの側面よりも短いウェブ部分６４ａによ
ってシート６４の隣接する外部分に接続される。

所望ならば、供給される力に応じる島状部分６６の変位
は１つ以上のウェブ部分Ｇ４ｂを６８で示されているよ
うに切断することによって増加される。ピエゾ抵抗器７
０、金属層ストリップ７２およびピアホール７４がウェ
ブ部分６４ｂの１つに取付けられている。少なくとも１
つのウェブ部分６４ｂ上、島状部分６６上または任意の
他の所望な位置に適切な感知手段を設けることは本発明
の技術的範囲内に属する。

第６図に示された島状部分６６は、方形であり、その４
つの側面で支持されているが、その他の島状部分も本発
明の技術的範囲内で可能である。方形の側面および角は
所望の大きさに丸くされ、最終的に晴円形または円形を
形成することが可能である。第７図に示された構造６０
゛は第６図の１１４造６０と類似し、類似する素子は同
じ参１向初号で示されているが、変更された素子は最初
のｎ・号と同じ参照符号にダッシュを付けて示されてい
る。島状部分６６°は方形が円形に変形される点におい
て島状部分６６と異なる。島状部分６６は２つの対向す
る側面のみで支持される。

今まで説明された本発明の実施例はセンサ素子の応力ま
たは変位を感知するために手段としてピエゾ抵抗器が利
用された。第８図および第９図では、異なる科学的原理
において動作する別の感知または変換手段を示す。

第８図に示された構造８０はシート８２．８４．８Ｇ、
８８を含む。ＴＬ８２ａ、８０ａはシート８２．Ｈにそ
れぞれ形成される。（Ｌ８６ａによって限定された空間
はシート８４．８８によって密閉される。円形ダイアフ
ラム９０の形をとるセンサ素子は、シート８４の中央部
分８４ａによって構成され、孔８２ａを通って周囲環境
に露出される。

金属層９２の形をとる導電性部材は、スクリーン印刷、
付着またはその類似の方法によってダイアフラム９０の
下面に形成される。金属層９４の形をとる別の導電性部
材は、シート８８の上面に形成される。金属層９２．９
４は可変キャパシタの電極プレートを１＆成する。その
キャパシタンスはダイアフラム９０の変位にしたがって
変化し、金属層９２を金属層９４の方向へおよび金属層
９４から離すように変位させる。金属層９２と９４との
距離が縮小すると、キャパシタンスは増加し、その逆の
場合は反対になる。金属層９２に接続されているピアホ
ール９６および接触パッド９８が示され、ピアホール１
００および接触パッド１０２は金属層９４に接続されて
いる。

第９図は、シート１１２，１１４．１１１３，１１８．
１２０を含む構造１００を示ず。孔１１４ａ、１１８ａ
はシート１１４．１１８にそれぞれ形成されている。シ
ート１１Ｇは変位可能なアーム１２２の形をとるセンサ
素子を設けるように切断される。アーム１２２は第３図
に示されているようなカンチレバービームであり、第６
図に示されているように６８において切断されたウェブ
部分Ｂ４ｂ或いは任意の他の所望な形状を有することが
できる。シート１１Ｂはさらにアーム１２２の端部と対
向する支持部分１２４を設けるために切断される。アー
ム１２２は適用する力に応じる支持部分１２４に対して
変位可能である。

発光ダイオード、レーザダイオード、またはその類似物
である光源１２（ｉは、支持部分１２４に取付けらｉ７
る。光電子セル、光ダイオード、光］・ランジスタまた
はその類似物である光検出器１２８は、アーム１２２の
端部に取付けられる。光源１２１３および光検出器１２
８の相対位置は、同じ結果を生じるように反転されても
よい。いずれの場合においても、光検出器１２８に投射
する光の量はアーム１２２の変位にしたがって変化する
ように光検出器１２８は光源１２Ｇからの光によって照
明されるように配置される。さらに第９図では、金属層
ストリップ１３０、ピアホール１３２、光源１２Ｇと相
互接続された接触バッド１３４、金属層ストリップ１３
６、ピアホール１３８および光検出器１２ｇと相互接続
された接触バッド１４０を示す。

第８図および第９図のキャパシタンスおよび光電子セン
サの配置は、円形ダイアフラムおよびカンチレバーアー
ムの形をそれぞれとるセンサ素子と関連して示されてい
るけれども、それらは本発明にしたがって他のセンサ素
子形状に適用されることができる。

ＬＴＣＣテープは非常に狭い厚さの許容誤差で製造され
、したがって本発明にしたがって形成されたセンサ素子
の厚さおよび機械的特性の正確で再現可能な制御を自動
的に行う。そのテープは典型的に１１４乃至３１７　ミ
クロンの厚さにすることができ、厚さの許容誤差は７．
５ミクロンである。

第１Ｏ図は、１枚のシートよりも薄いセンサ素子が２枚
以上のシートの部分を一体に接続することによって構成
される方法を示す。構造１５０はシート１５２．１５４
．１５Ｇ、１５８．１Ｇ０．１０２を含む。シート１０
２は第１図および第２図の実施例に示されたような基体
である。孔１５４ａ、　ＩＢＯａ、　１６２ａはシート
１５４．１６０゜１１３２にそれぞれ形成されている。

積層されるシート１５［ｉ、１５ｇの中央部分１５８ａ
、　１５８ａは円形ダイアフラム１６４の１９をとるセ
ンサ素子を共同して構成する。ダイアフラム１８４の変
位が上述のものと同じようにピエゾ抵抗器１６６．１６
８からの対応する電気信号出力を生成するように、ピエ
ゾ抵抗器ＩＢ６゜１６８である感知手段は、ダイアフラ
ム１６４の部分１５６ａと１５８ａの間に埋め込まれる
。さらに、金属層ストリップ１７０、ピアホール１７２
、ピエゾ抵抗器１６Ｂと相互接続された接触バッド１７
４、金属層ストリップ１７６、ピアホール１７８および
ピエゾ抵抗器１６８と相互接続された接触バッド１８０
が示されている。

種々の別のセンサ配置は本発明の技術的範囲内で利用で
きる。例えば、例示した形状のピエゾ抵抗器は磁気抵抗
器によって置換されることができる。この場合、永久磁
石（図示せず）は磁気抵抗器を包囲する一定した磁界を
生成するために適切な位置に取付けられる。センサ素子
の偏向は磁石に関係する磁気抵抗器の変位を生じさせ、
したがって磁気抵抗器における磁束の変化およびその電
気抵抗における対応する変化を生じさせる。さらに別の
センサ配置はガラスファイバ導波体（図示せず）スパン
ニング、例えば第４図および第５図に記載されたマイク
ロブリッジを含む。光源および光検出器は導波体の両端
部に取付けられ、したがって光検出器によって受けた光
の強度はマイクロブリッジの変位にしたがって変化する
。

本発明のいくつかの実施例が例示され説明されたが、多
くの変形および別の実施例が本発明の技術的範囲内から
逸脱することなく当業者によって行うことができるだろ
う。故に、本発明は特別に記載された例示した実施例の
みに限定されることはない。種々の変更は考慮され、添
付特許請求の範囲によって限定される本発明の技術的範
囲から逸脱することなく行われることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるセンサ素子を備えた多層セラミ
ックテープ構造の第１の実施例の分解斜視図である。第２図は、第１図の線２−２に沿った断面図である。第３図は、本発明による別のセンサ素子形状を示す平面
図である。第４図は、本発明による別の構造を示す分解斜視図であ
る。第５図は、第４図の構造のセンサ素子を示すＴ面図であ
る。第６図は、本発明による別の構造の分解斜視図である。笥７図は、例示した構造の変形を示す第６図に類似した
図である。第８図乃至第１０図は、本発明による付加的な実施例を
示す断面図である。１０．４０．６０・・・構造、１２．１４．１Ｇ、１１
１．２Ｇ、２２，４２．４４．４１１１・・・シート、
１２ａ、　１４ａ、　１８ａ、２０ａ、２２ａ、４２ａ
、４４ａ、４Ｂａ、４４１＋・・・孔、１４ｂ・・・ピ
アホール、２４・・・センサ素子、２６゜３４．５０．
１２８・・・ピエゾ抵抗器、３０ｂ・・・カンチレバー
ビーム、４８・・・マイクロブリッジ、６６・・・島状
部分、９２．９４・・・金属層、１２１・・・光源、１
２４・・・支持部分。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一緒に積層される複数のシートから構成され、少
なくとも１枚のシートは、熱的に融着可能なテープから
形成された焼結されたセラミックシートであり、少なくとも１枚のセラミックシートの１部分を含むセン
サ素子と、センサ素子における物理的変化を感知する感
知手段とを備えたセンサを具備していることを特徴とす
るセンサ構造。
（２）熱的に融着可能なテープは、ガラスセラミックテ
ープである請求項１記載の構造。
（３）熱的に融着可能なテープは、転送テープであり、
前記シートの１枚は実質上剛性の基体である請求項１記
載の構造。
（４）セラミックシートに直接積層される前記シートの
１枚は、センサ素子と共に整列された孔を形成されてい
る請求項１記載の構造。
（５）センサ素子は、カンチレバーを具備している請求
項４記載の構造。
（６）センサ素子は実質上円形のダイアフラムを具備し
ている請求項４記載の構造。
（７）センサ素子は、構造によって支持された少なくと
も２つの側面を有する実質上方形のダイアフラムを具備
している請求項４記載の構造。
（８）センサ素子は、孔よりも小さい実質上方形のダイ
アフラムと、孔の外側のセラミックシートの部分間およ
び少なくともダイアフラムの２つの側面間にそれぞれ延
在する支持部分とを具備し、その支持部分は前記側面よ
りも短いことを特徴とする請求項４記載の構造。
（９）前記ダイアフラムの少なくとも２つの側面はダイ
アフラムの２つの対向する側面である請求項８記載の構
造。
（１０）セラミックシートは、２つの間隔を隔てた孔を
形成し、センサ素子は、２つの孔の間のセラミックシー
トのブリッジ部分を具備している請求項４記載の構造。
（１１）感知手段は、センサ素子の応力に応答するピエ
ゾ電気手段を具備している請求項１記載の構造。
（１２）ピエゾ電気手段は、センサ素子に取付けられた
ピエゾ抵抗器を具備している請求項１１記載の構造。
（１３）感知手段は、センサ素子の変位に応答する可変
キャパシタンス手段を具備している請求項１記載の構造
。
（１４）可変キャパシタンス手段は、センサ素子に取付
けられた第１の導電性部材と、前記シートの１枚に取付
けられた第２の導電性部材とを具備し、その第２の導電
性部材はセラミックシートに積層され、少なくとも１枚
の介在するシートの厚さと等しい間隔によって分離され
ることを特徴とする請求項１３記載の構造。
（１５）感知手段は、センサ素子の変位に応答する光セ
ンサ手段を具備している請求項１記載の構造。
（１６）光センサ手段は、センサ素子に取付けられた光
源および光検出器の一方と、構造の静止部分に取付けら
れた光源および光検出器の他方とを具備し、光検出器に
入射する光源からの光の量は、センサ素子の変位にした
がって変化することを特徴とする請求項１５記載の構造
。
（１７）さらに前記シートの少なくとも１枚に形成され
た金属層パターンを具備し、その金属層パターンは感知
手段と相互接続されていることを特徴とする請求項１記
載の構造。
（１８）前記セラミックシートに直接積層される前記少
なくともシートの１枚は、熱的に融着可能なテープから
形成された第２の焼結されたセラミックシートを含み、第２のセラミックシートの１部を含むセンサ素子は、前
記セラミックシートの部分に積層されていることを特徴
とする請求項１記載の構造。
（１９）センサはさらに、センサ素子における物理的変
化を感知するために前記セラミックシートの部分と第２
のセラミックシートの間に埋め込まれた感知手段を具備
している請求項１８記載の構造。
（２０）感知手段は、センサ素子における応力に応答す
るピエゾ電気手段を具備している請求項１９記載の構造
。
（２１）（ａ）少なくとも１枚のシートは熱的に融着可
能なセラミックテープシートの形をとる複数のシートを
準備し、（ｂ）テープシートの１部分がセンサ素子を構成するよ
うにテープシートを形成し、（ｃ）複数のシートを一緒に積層し、（ｄ）テープシートを焼結されたセラミックシートに融
着するように構造を加熱するステップを含み、（ｅ）さらにステップ（ｂ）の後において、センサ素子
における物理的変化を感知するために感知手段をセンサ
素子に取付けるステップを含むセンサ構造の製造方法。
（２２）ステップ（ａ）において、ガラスセラミックテ
ープシートの形をとるテープシートを準備する請求項２
１記載の方法。
（２３）ステップ（ａ）において、転送テープシートの
形をとるテープシートを設け、実質上剛性の基体の形を
とる前記シートの第２の１枚を設ける請求項２１記載の
方法。
（２４）（ｆ）（ａ）と（ｃ）の間で、テープシート以外の前記シートの少なくとも１枚に孔を
形成するステップを含み、ステップ（ｃ）において、孔がセンサ素子と整列され、
露出するように前記シートと積層される請求項２１記載
の方法。
（２５）ステップ（ｂ）において、センサ素子をカンチ
レバー状に形成する請求項２１記載の方法。
（２６）ステップ（ｂ）において、センサ素子を実質上
円形のダイアフラムに形成する請求項２１記載の方法。
（２７）ステップ（ｂ）において、センサ素子を実質上
方形のダイアフラムに形成し、その方形ダイアフラムは
テープシートによって支持された少なくとも２つの側面
を有することを特徴とする請求項２１記載の方法。
（２８）ステップ（ｂ）は、センサ素子を孔よりも小さ
い実質上方形のダイアフラムに形成し、孔の外側のテー
プシートの部分とダイアフラムの少なくとも２つの側面
との間にそれぞれ支持部分を形成することを含み、支持
部分は側面よりも短いことを特徴とする請求項２４記載
の方法。
（２９）ステップ（ｂ）において、孔の外側のテープシ
ートの２つの部分とダイアフラムの２つの対向する側面
との間にそれぞれ支持部分を形成する請求項２８記載の
方法。
（３０）ステップ（ｂ）において、２つの間隔を隔てた
孔をテープシートに形成し、センサ素子は２つの孔の間
のテープシートのブリッジ部分を含むことを特徴とする
請求項２４記載の方法。
（３１）ステップ（ｅ）において、センサ素子の応力に
応答するピエゾ電気素子をセンサ素子に取付ける請求項
２１記載の方法。
（３２）ステップ（ｅ）において、第１の導電性部材を
センサ素子に取付け、第２の導電性部材をテープシート
以外の前記選択されたシートの１枚に取付け、ステップ（ｃ）において、前記選択されたシートをテー
プシートと整列させ、第２の導電性部材は第１の導電性
部材と整列され、第１の導電性部材と第２の導電性部材
の間のキャパシタンスはセンサ素子の変位にしたがって
変化することを特徴とする請求項２１記載の方法。
（３３）ステップ（ｄ）の後に行われるステップ（ｅ）
において、光源および光検出器の１方をセンサ素子に取
付け、光源および光検出器の他方をテープシート以外の
前記シートの選択されたシートに取付け、光検出器に入
射した光源からの光がセンサ素子の変位にしたがって変
化するように整列されることを特徴とする請求項２１記
載の方法。
（３４）ステップ（ａ）と（ｃ）の間で行われるステッ
プ（ｆ）において、少なくとも前記シートの１枚の感知
手段と相互接続する金属層パターンを形成する請求項２
１記載の方法。
（３５）ステップ（ａ）において、熱的に融着可能なセ
ラミックテープシートの形態の少なくとも前記第２の１
枚のシートを備え、ステップ（ｂ）において、センサ素子はさらに第２のテ
ープシートの１部分を含むように第２のシートを形成し
、ステップ（ｃ）において、前記テープシートの部分およ
び第２のテープシートがその間に埋め込まれる感知手段
と共にそれぞれ積層されるように前記テープシートと、
第２のテープシートと、感知手段を整列させる請求項２
１記載の方法。
（３６）ステップ（ｅ）において、ピエゾ電気素子の形
態のセンサ手段を設ける請求項３５記載の方法。
（３７）ステップ（ｅ）は、ステップ（ｂ）とステップ
（ｃ）の間で行われる請求項２１記載の方法。
（３８）ステップ（ｅ）は、ステップ（ｄ）の後に行わ
れる請求項２１記載の方法。