Zastosowanie ceramiki HTCC w konstrukcjach mikromechanicznych z warstwami grubymi PZT

• Autorzy: Dąbrowski A. , Golonka L.

Warianty tytułu

EN

Application of HTCC ceramics in micromechanical devices with PZT thick-film layers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki wstępnych badań nad zastosowaniem wysokotemperaturowej ceramiki współwypalanej HTCC [High Temperature Co-fired Ceramics) do wykonywania konstrukcji mikromechaniczych z warstwami grubymi PZT (tytanianu ołowiu-cyrkonu). W celu oceny wpływu typu ceramiki na pracę przetworników piezoelektrycznych wykonano symulacje metodą elementów skończonych, określając zależność wychylenia belki ceramicznej z warstwą grubą PZT od napięcia przyłożonego do warstwy. Przedstawiono wyniki pomiarów profilu powierzchni membran ceramicznych o grubości około 170 μm, charakteryzujących się planarnością akceptowalną dla procesów sitodruku. W celu oceny właściwości warstw grubych PZT na podłożach z ceramiki HTCC wykonano struktury testowe w postaci belek z naniesionymi warstwami PZT z pasty TF2100 (Meggitt Sensing Systems, Kvistgaard, Dania). Stała piezoelektryczna d33 osiągnęła wartość 158 pC/N, natomiast względna przenikalność elektryczna blisko 300. Otrzymane wyniki symulacji i pomiarów wskazują na możliwość wykonywania konstrukcji z ceramiki HTCC z przetwornikami elektromechanicznymi wytworzonymi w technologii grubowarstwowej.

EN

In the paper results of preliminary research on applications of HTCC (High Temperature Co-fired Ceramics) in micromechanical devices with thick-film PZT (lead-zirconate-titanates) layers have been presented. FEM simulations of ceramic beams with piezoelectric layer have been performed in order to influence assessment of ceramics type on operation of piezoelectric transducers. Free end of beams deflection versus voltage applied to piezoelectric layer have been investigated. Presented results of the surface profiles measurement of the ceramic membranes with 170 μm thickness exhibit acceptable flatness for screen printing process. The test samples made of HTCC ceramics with screen-printed PZT layers (TF2100, Meggitt Sensing Systems, Kvistgaard, Denmark) have been prepared in order to assessment of the layers' properties. Piezoelectric constant d33 reached 158 pC/N and relative permittivity was about 300. Results of FEM analysis and measurements show the possibility of manufacturing of HTCC micromechanical devices with piezoelectric transducers made in thick-film technology.

Słowa kluczowe

PL

HTCC; technologia grubowarstwowa; piezoelektryczność; PZT; konstrukcje mikromechaniczne

EN

HTCC; thick-film technology; piezoelectricity; PZT; micromechanical structures

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 53, nr 2
• Strony: 26--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dąbrowski A.

autor

Golonka L.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki

Bibliografia

• [1] Santo Zarnik M., Belavic D., Macek S., Holc J.: Feasibility study of a thick-film PZT resonant pressure sensor made on a prefired 3D LTCC structure. International Journal of Applied Ceramic Technology, vol. 6, pp. 9-17, January 2009.
• [2] Radosavljević G., Smetana W., Marić A., Żivanovm Lj., Unger M., Stojanović G.: Micro force sensor fabricated in the LTCC technology, Proc. 27th International Conference on Microelectronics (MIEL 2010), NIS, Serbia. 16-19 May. 2010.
• [3] Golonka L. J.: Technology and applications of low temperature cofired ceramic (LTCC) based sensors and microsystems. Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences, vol. 54, (2), pp. 221-23, 2006.
• [4] Bechtold F.: A comprehensive overview on todays ceramic substrate technologies, European Microelectronics and Packaging Conference, EMPC, pp. 1-12, 15-18 June 2009.
• [5] Lanteri J., Dussopt L., Pilard R., Gloria D., Yamamoto S. D., Cathelin A., Hezzeddine H.: 60 GHz antennas in HTCC and glass technology. Proc. Fourth European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP).pp. 1-4, 12-16 April 2010.
• [6] Lekholm V., Ericson F., Palmer K., Thornell G.: Ceramic microcomponents for high-temperature fluidics. Technical Digest Power MEMS 2010, The 10th International Workshop on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications, Leuven. Belgium, December 1-3, 2010.
• [7] Belavic D., Santo Zarnik M., Hole J., Hrovat M., Kosec M., et al.: Properties of lead zirconate titanate thick-film piezoelectric actuators on ceramic substrates, International Journal of Applied Ceramic Technology, vol 3, (6), pp. 44B-454, 2006.
• [8] Zawada, T., Hansen K., Sobociński M., Lou-Moeller R., Ringgaard E., Golonka L.: Integration of commercial PZT thick films on various LTCC substrates for microsystem applications, Proc. IMAPS Poland Chapter 2008.