Realización de microcomponentes piezoeléctricos suspendidos mediante el procedimiento de la capa gruesa sacrificial.

Procedimiento para la fabricación de un microcomponente piezoeléctrico suspendido que comprende unelectrodo inferior (3) y un electrodo superior (4),

consistiendo dicho procedimiento en:

1) Depositar sobre un sustrato de alúmina, una primera capa provisional de una tinta (P) constituida poruna resina termoendurecible epoxi que contiene SrCO3 como carga mineral, y en consolidar dichacapa:

2) Depositar, en ambos lados de la primera capa provisional de tinta (P), una primera capa de tinta de oro(M1) en forma de dos zonas, y en consolidar parcialmente dicha capa (M1);

3) Depositar una segunda capa de tinta de oro (M'1) según un modelo que representa la forma delelectrodo inferior (3), únicamente encima de la primera capa provisional de tinta (P) y de tal modo quedicha segunda capa de tinta de oro (M'1) establezca contacto con una primera de dichas dos zonasque forman la primera capa de tinta de oro (M1), y en consolidar parcialmente dicha capa (M'1);

4) Depositar, únicamente sobre la parte de la segunda capa de tinta de oro (M'1) que representa elelectrodo inferior (3), una cuarta capa de tinta (M2), conteniendo dicha cuarta capa un aglutinanteorgánico y un polvo que comprende PbZr0,5Ti0,5O3 y un eutéctico PbO/PbF2, y en consolidarparcialmente dicha capa (M2);

5) Depositar una segunda capa provisional de tinta (P') constituida por una resina termoendurecible epoxique contiene SrCO3 como carga mineral, para aislar eléctricamente los dos electrodos (3, 4),disponiéndose la segunda capa provisional de tinta (P') directamente sobre una superficie libre de laprimera capa provisional de tinta (P) entre la segunda capa de tinta de oro (M'1) y la segunda dedichas dos zonas que forman la primera capa de tinta de oro (M1), y en consolidar dicha capa (P');

6) Depositar una tercera capa de tinta de oro (M''1), encontrándose contenida dicha capa en el modelo dela cuarta capa de tinta (M2) de tal modo que establezca contacto con la segunda de dichas dos zonasque forman la primera capa de tinta de oro (M1), representando la tercera capa de tinta de oro (M''1) laforma del electrodo superior (4), y en efectuar una consolidación total, efectuándose dichaconsolidación total mediante un tratamiento térmico;

Realización de microcomponentes piezoeléctricos suspendidos mediante el procedimiento de la capa gruesa sacrificial

La presente invención se refiere a la realización de un microcomponente piezoeléctrico suspendido mediante el procedimiento de la capa gruesa sacrificial.

Numerosos componentes que presentan unas dimensiones micrométricas o milimétricas se utilizan para la elaboración de diversos sistemas, en particular en los ámbitos de la microelectrónica, de la microrrobótica, de la micromecánica, de la microfluídica, del micromagnetismo, de la microtérmica, de la microóptica, o de la microquímica. Los diferentes sectores económicos involucrados son, en particular, los del automóvil, del espacio, de la aeronáutica, de la domótica, de la salud, de la biología, de la química, de la agroalimentaria, del medio ambiente. Dichos componentes pueden presentar unas formas muy diversas y pueden estar constituidos por unos materiales variados, según su destino. Se utilizan en los microsistemas denominados generalmente como MEMS (MicroElectroMechanicalSystems, es decir sistemas microelectromecánicos) . Entre los MEMS que se comercializan, se pueden mencionar en particular los microsensores (de inercia, de presión, o químicos) , los microaccionadores (microválvulas, microrelés, microbombas) y los microsistemas dedicados al análisis químico por ejemplo. Los MEMS comprenden generalmente una parte móvil, un sensor y/o un accionador asociado a una electrónica de mando y de tratamiento.

Se conoce la realización de unos componentes monocapa y/o multicapas mediante unos procedimientos indirectos tales como la tecnología de silicio, la técnica PCB (Printed Circuit Board, o placa de circuito impreso) y la técnica LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic, o cerámica cocida a baja temperatura) . Sin embargo, dichos procedimientos resultan largos y costosos ya que requieren numerosas etapas de micromecanizado (enmascaramiento, grabado, deposiciones, etc.) .

Se conoce, asimismo, la utilización de los procedimientos directos tales como las técnicas de realización de prototipo (chorro de tinta, extrusión, microestereolitografía) para la elaboración de microcomponentes monocapa y/o multicapas. Sin embargo, dicha técnicas no se adaptan a la realización colectiva de los componentes.

G. Stecher, R. Bosch [“Free supporting structures in thickfilm technology: a substrate integrated sensor” Stuttgart, 1987, Proc. 8th European Microelectronics Conf. p. 421-427] describen un procedimiento de elaboración de un microcomponente que consiste en depositar mediante serigrafía una capa provisional constituida por un material carbonado sobre una zona de un sustrato, a continuación depositar una capa activa de cerámica o de vidrio sobre la capa de material provisional y sobre una zona del sustrato no recubierta por el material carbonado, y finalmente destruir la capa provisional. La utilización de un material carbonado como capa provisional adolece de varios inconvenientes. Cuando la materia activa debe tratarse a una cierta temperatura con vistas a su consolidación (como es el caso de las cerámicas por ejemplo) , es necesario trabajar bajo atmósfera neutra (nitrógeno o argón) a fin de evitar la degradación de la capa provisional antes de la consolidación de la capa activa. Por otra parte, dicha atmósfera puede ser redhibitoria para la fabricación de numerosos materiales inestables bajo dicha atmósfera. La patente US n.º 6 738 600 B1 describe un procedimiento del tipo de capa gruesa que se utiliza para realizar un conmutador electrostático. Durante el procedimiento se realiza una capa sacrificial. La misma se suprime al final del procedimiento, creando de este modo un elemento suspendido móvil. La solicitud de patente publicada FR 2 570 223 A1 da a conocer la realización de una capa piezoeléctrica en el contexto de un procedimiento de capa gruesa. En una forma del procedimiento de realización, una tinta que contiene PbTiZrO3, PbO y un aglutinante orgánico se depositan mediante serigrafía, y a continuación se somete a una cocción. Dicho procedimiento pretende la realización de un sensor solidario con un sustrato de cerámica.

El objetivo de la presente invención es proponer un procedimiento por serigrafía que permita obtener, de un modo fiable y relativamente simple, un microcomponente piezoeléctrico suspendido, mediante deposición de unas capas provisionales y de unas capas definitivas químicamente y mecánicamente estables, pudiéndose eliminarse las capas provisionales sin precauciones particulares, cualquiera que sea la composición de las capas definitivas que forman en definitiva el microcomponente.

El procedimiento propuesto se destina a la realización de un microcomponente suspendido piezoeléctrico que comprende un electrodo inferior (3) y un electrodo superior (4) , consistiendo dicho procedimiento en:

1) Depositar sobre un sustrato de alúmina, una primera capa provisional de una tinta (P) constituida por una

resina termoendurecible epoxi que contiene SrCO3 como carga mineral, y en consolidar dicha capa; 2) Depositar, en ambos lados de la primera capa provisional de tinta (P) , una primera capa de tinta de oro (M1) en

forma de dos zonas, y en consolidar parcialmente dicha capa (M1) ; 3) Depositar una segunda capa de tinta de oro (M’1) según un modelo que representa la forma del electrodo

inferior (3) , únicamente encima de la primera capa provisional de tinta (P) y de tal modo que dicha segunda

capa de tinta de oro (M’1) establezca contacto con una primera de dichas dos zonas que forman la primera

capa de tinta de oro (M1) , y en consolidar parcialmente dicha capa (M’1) ;

4) Depositar, únicamente sobre la parte de la segunda capa de tinta de oro (M’1) que representa el electrodo inferior (3) , una cuarta capa de tinta (M2) , conteniendo dicha cuarta capa un aglutinante orgánico y un polvo que comprende PbZr0, 5Ti0, 5 O3 y un eutéctico PbO/PbF2, y en consolidar parcialmente dicha capa (M2) ;

5) Depositar una segunda capa provisional de tinta (P’) constituida por una resina termoendurecible epoxi que contiene SrCO3 como carga mineral, para aislar eléctricamente los dos electrodos (3, 4) , disponiéndose la segunda capa provisional de tinta (P’) directamente sobre una superficie libre de la primera capa provisional de tinta (P) entre la segunda capa de tinta de oro (M’1) y la segunda de dichas dos zonas que forman la primera capa de tinta de oro (M1) , y en consolidar dicha capa (P’) ;

6) Depositar una tercera capa de tinta de oro (M’’1) , encontrándose contenida dicha capa en el modelo de la cuarta capa de tinta (M2) de tal modo que establezca contacto con la segunda de dichas dos zonas que forman la primera capa de tinta de oro (M1) , representando la tercera capa de tinta de oro (M’’1) la forma del electrodo superior (4) , y en efectuar una consolidación total, efectuándose dicha consolidación total mediante un tratamiento térmico;

7) Eliminar a continuación totalmente el material de las dos capas provisionales de tinta (P, P’) ; depositándose las tintas (M1, M’1, M’’1, M2, P y P’) mediante colada o mediante extrusión.

En una forma de realización particularmente preferida, la deposición de las capas P y de las capas M se realiza mediante colada, efectuándose dicha colada preferentemente mediante serigrafía.

Las diferentes capas depositadas presentan preferentemente un espesor de 1 !m a 1 mm, preferentemente de 1 !m a 500 !m, más particularmente de 1 a 100 !m, Para la elaboración de un microcomponente dado, el espesor de cada capa de tinta se determina en función del espesor de la película o de las películas de material M que constituyen dicho microcomponente y del encogimiento eventualmente sufrido por cada capa de tinta durante su consolidación total o parcial. La determinación de los espesores de las capas a depositar se realiza a juicio del experto en la materia.

Cuando las explicaciones siguientes sirven para aclarar el segundo plano de la presente invención un procedimiento de capa gruesa comprende la deposición de varias capas de tinta P y/o de varias capas de tinta M, pudiendo las tintas P utilizadas ser idénticas o diferentes, y pudiendo las tintas M utilizadas ser idénticas o diferentes.

En lo sucesivo, la tinta P utilizada para la deposición de la enésima capa de tipo... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de un microcomponente piezoeléctrico suspendido que comprende un electrodo inferior (3) y un electrodo superior (4) , consistiendo dicho procedimiento en:

1) Depositar sobre un sustrato de alúmina, una primera capa provisional de una tinta (P) constituida por una resina termoendurecible epoxi que contiene SrCO3 como carga mineral, y en consolidar dicha capa:

2) Depositar, en ambos lados de la primera capa provisional de tinta (P) , una primera capa de tinta de oro (M1) en forma de dos zonas, y en consolidar parcialmente dicha capa (M1) ;

3) Depositar una segunda capa de tinta de oro (M’1) según un modelo que representa la forma del electrodo inferior (3) , únicamente encima de la primera capa provisional de tinta (P) y de tal modo que dicha segunda capa de tinta de oro (M’1) establezca contacto con una primera de dichas dos zonas que forman la primera capa de tinta de oro (M1) , y en consolidar parcialmente dicha capa (M’1) ;

4) Depositar, únicamente sobre la parte de la segunda capa de tinta de oro (M’1) que representa el electrodo inferior (3) , una cuarta capa de tinta (M2) , conteniendo dicha cuarta capa un aglutinante orgánico y un polvo que comprende PbZr0, 5Ti0, 5O3 y un eutéctico PbO/PbF2, y en consolidar parcialmente dicha capa (M2) ;

5) Depositar una segunda capa provisional de tinta (P’) constituida por una resina termoendurecible epoxi que contiene SrCO3 como carga mineral, para aislar eléctricamente los dos electrodos (3, 4) , disponiéndose la segunda capa provisional de tinta (P’) directamente sobre una superficie libre de la primera capa provisional de tinta (P) entre la segunda capa de tinta de oro (M’1) y la segunda de dichas dos zonas que forman la primera capa de tinta de oro (M1) , y en consolidar dicha capa (P’) ;

6) Depositar una tercera capa de tinta de oro (M’’1) , encontrándose contenida dicha capa en el modelo de la cuarta capa de tinta (M2) de tal modo que establezca contacto con la segunda de dichas dos zonas que forman la primera capa de tinta de oro (M1) , representando la tercera capa de tinta de oro (M’’1) la forma del electrodo superior (4) , y en efectuar una consolidación total, efectuándose dicha consolidación total mediante un tratamiento térmico;

7) Eliminar a continuación totalmente el material de las dos capas provisionales de tinta (P, P’) ; depositándose las tintas (M1, M’1, M’’1, M2, P y P’) mediante colada o mediante extrusión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las diferentes capas depositadas presentan un espesor comprendido entre 1 !m a 1 mm,

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el aglutinante orgánico de una tinta M contiene por lo menos un aglutinante provisional, por lo menos un disolvente, eventualmente por lo menos un compuesto seleccionado entre los gelificantes, los plastificantes, los tensioactivos y los lubricantes.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la consolidación parcial de las capas de tinta (M1, M’1 y M2) se realiza a una temperatura de 125ºC, con una duración de 25 minutos.

Corte AA