DE102008029426A1

DE102008029426A1 - Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements, Vielschichtbauelement und Schablone

Info

Publication number: DE102008029426A1
Application number: DE102008029426A
Authority: DE
Inventors: Rainer Hoermann; Thomas Dr. Goebel; Gernot Feiel; Axel Dr. Pecina
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2010-01-07
Also published as: WO2009156403A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements (1) angegeben, bei dem auf bereitgestellte Grünfolien mittels eines Siebdruckverfahrens Elektroden (2) aufgedruckt werden. Zur Bedruckung der Grünfolien wird eine Schablone (3) verwendet, die wenigstens eine spiegelsymmetrische Aussparung (4) aufweist, wobei die Aussparung (4) entlang der Spiegelachse (5) an einem ersten Ende (6) eine Unterbrechung aufweist und an einem zweiten Ende (7) geschlossen ist. Die bedruckten Grünfolien werden derart übereinander gestapelt, dass die Elektroden (2) jeder zweiten Schicht um 180° gedreht zu den Elektroden (2) der darunter liegenden Grünfolie positioniert werden.

Description

Aus der Druckschrift DE 102004038103 A1 ist ein Vielschichtbauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt.
Eine zu lösende Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements anzugeben, bei dem das Vielschichtbauelement effizient und kostengünstig hergestellt werden kann, wobei eine geringe Fertigungstoleranz des Vielschichtbauelements gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements nach Anspruch 1 gelöst. Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Vielschichtbauelement nach Anspruch 7 unter Zuhilfenahme einer Schablone für ein Siebdruckverfahren nach Anspruch 10 gelöst.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements angegeben, bei dem auf bereitgestellte Grünfolien mittels eines Siebdruckverfahrens Elektroden aufgedruckt werden. Zur Bedruckung der Grünfolien wird eine Schablone verwendet, wobei die Schablone wenigstens eine spiegelsymmetrische Aussparung aufweist. Die Aussparung weist entlang der Spiegelachse an einem ersten Ende eine Unterbrechung auf. An einem zweiten Ende ist die Aussparung entlang der Spiegelachse durchgehend. Die bedruckten Grünfolien werden derart übereinander gestapelt, dass die aufgedruckten Elektroden jeder zweiten Schicht um 180° gedreht zu den Elektroden der unterliegenden Grünfolie positioniert werden.
In einer Ausführungsform weisen die aufgedruckten Elektroden eine U-förmige Form auf. Die U-förmigen Elektroden weisen im Bereich des Jochs ein geschlossenes Ende auf und im Bereich der Schenkel der U-förmigen Elektroden ist die Form offen.
In einer Ausführungsform weist das geschlossene Ende der Aussparung entlang der Spiegelachse eine derart große Abmessung auf, dass die Dicke des geschlossenen Endes nahezu der Hälfte der Längenausdehnung der Aussparung entlang der Spiegelachse entspricht.
In einer Ausführungsform werden die Grünfolien derart übereinander gelegt, dass die aufgedruckten Elektroden zweier übereinander angeordneter Grünfolien in der Draufsicht einen geschlossenen Ring bilden.
Bei der Ausführungsform der U-förmigen Elektroden überlappen somit die Arme der U-förmigen Elektroden zweier Lagen, sodass in der Draufsicht vorzugsweise ein geschlossener Rahmen gebildet wird.
In einer Ausführungsform werden die bedruckten Grünfolien derart übereinander angeordnet, dass sich die Schenkel der spiegelsymmetrischen beziehungsweise U-förmigen Elektroden derart überlappen, dass ein möglichst großer Überlappungsbereich gebildet wird.
Zur Überwachung der Genauigkeit des Stapelns der bedruckten Grünfolien wird der Stapelvorgang optisch überwacht. Durch die optische Überwachung beim Stapelvorgang können sehr schnell und exakt Abweichungen detektiert und in weiterer Folge korrigiert beziehungsweise vermieden werden.
Nach dem Stapelvorgang und eventueller weiterer herstellungsbedingter Zwischenschritte, wie beispielsweise dem Sintern der Grünfolien, wird der fertige Stapel in einem weiteren Verfahrensschritt vorzugsweise entlang der Spiegelachse der Elektroden in zwei im Idealfall symmetrische Bauelemente zerteilt.
Nach dem Zerteilen des Grünfolienstapels sind die Elektroden der einzelnen Bauelemente derart angeordnet, dass die Elektroden an der Schnittkante von außen kontaktiert werden können.
Das nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellte Vielschichtbauelement weist mehrere Schichten von Innenelektroden auf. Eine Außenkontaktierung der Innenelektroden ist in einer Fläche angeordnet, die um 90° gegenüber der Fläche der Innenelektroden gedreht ist.
Das Vielschichtbauelement weist vorzugsweise mehrere Innenelektroden auf, die jeweils abwechselnd wenigstens einem der Bereiche zugeordnet sind, über die eine Kontaktierung der Elektroden von außen erfolgt. Dazu sind die Außenkontaktierungsbereiche an wenigstens einer Seitenfläche des Bauelements angeordnet und die Innenelektroden in unterschiedlichen Hauptflächen des Bauelements angeordnet.
Bevorzugt sind die Außenkontaktierungsbereiche des Bauelements auf einer gemeinsamen Seite des Bauelements angeordnet.
Bei dem Vielschichtbauelement handelt es sich bevorzugt um ein piezokeramisches Vielschichtbauelement.
Zur Herstellung des Vielschichtbauelements wird eine Schablone für ein Siebdruckverfahren verwendet, die wenigstens eine oder mehrere Aussparungen aufweist. Die Aussparung der Schablone ist vorzugsweise spiegelsymmetrische und weist entlang der Spiegelachse an einem ersten Ende eine Unterbrechung auf und ist an einem zweiten Ende entlang der Spiegelachse der Aussparung durchgehend ausgespart.
Durch das zuvor beschriebene Verfahren ist es möglich, Vielschichtbauelemente mit sehr geringen Fertigungstoleranzen herzustellen. Beim Stapeln von Grünfolien ist die Genauigkeit der abzustapelnden Innenelektroden im Hinblick auf die Verteilung der Resonanzfrequenz von großer Bedeutung. Durch das zuvor beschriebene Verfahren ist somit ein effizientes Verstapeln der Folien möglich. So sind unterschiedliche Bauelemente mit gleichen oder eng tolerierten Resonanzfrequenzen möglich.
Durch das Design der Schablone können beide für die Kontaktierung nach außen vorgesehenen Anschlüsse gleichzeitig gedruckt werden. Durch die Verwendung einer einzelnen Schablone werden somit sehr geringe Fertigungstoleranzen erreicht, womit eine Verschiebung der Toleranzfrequenz des fertigen Bauteils möglichst gering gehalten werden kann.
Somit ist es möglich, ein Vielschichtbauelement mit hoher Effizienz und Genauigkeit herzustellen, wobei die Kosten für die Herstellung möglichst gering gehalten sind.
Die oben beschriebenen Verfahren und Gegenstände werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen. Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein. Elemente, die einander gleichen oder die die gleichen Funktionen übernehmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt einen Ausschnitt einer Schablone, die für das Bedrucken der Grünfolien verwendet wird,
2 zeigt eine einzelne Aussparung der Schablone aus 1,
3 zeigt eine schematische Darstellung des Vielschichtbauelements.
In 1 ist ein Ausschnitt einer Schablone 3 gezeigt, die zum Bedrucken von Grünfolien eingesetzt wird. Die Schablone 3 weist mehrere Aussparungen 4 auf, die in der dargestellten Ausführungsform eine U-förmige Gestalt aufweisen. Die Aussparungen 4 können auch jede beliebige andere Gestalt aufweisen, wobei die Aussparung 4 vorzugsweise spiegelsymmetrisch ist. In der dargestellten Ausführungsform weist die Schablone 3 mehrere U-förmige Aussparungen 4 auf, die vorzugsweise regelmäßig angeordnet sind. Die Aussparungen 4 können jedoch auch nahezu beliebig über die Schablone 3 verteilt sein. Durch eine regelmäßige Anordnung der Aussparungen 4 wird jedoch eine größtmögliche Anzahl an Aussparungen 4 für eine vorgegebene Schablonengröße erreicht.
Die Aussparungen 4 sind in der dargestellten Ausführungsform alle mit der gleichen Ausrichtung auf der Schablone 3 angeordnet. Die Aussparungen 4 können jedoch auch Spalten und/oder Reihenweise eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen. Durch eine identische Ausrichtung ist es jedoch möglich, beim Stapeln von Reihen oder Spalten von Elektroden mittels der Schablone 3 mit mehreren Aussparungen 4, unter Verwendung eines Rotationsverfahrens, bei dem jede zweite Lage der Elektroden um 180° gedreht auf der darunter liegenden Lage der Elektroden angeordnet wird, mehrere Vielschichtbauelemente in einem Schritt zu stapeln. Die Bauelemente werden anschließend noch vereinzelt. Die fertigen Stapel können dann in einem späteren Fertigungsschritt entsprechend zerteilt werden.
Die 2 zeigt eine einzelne Aussparung 4 der Schablone 3 aus 1. In der dargestellten Ausführungsform weist die Aussparung 4 eine U-förmige Gestalt auf. Die Aussparung 4 weist vorzugsweise an einem ersten Ende 6 entlang der Spiegelachse 5 einen durchgehend ausgesparten beziehungsweise geschlossenen Bereich auf. An einem zweiten Ende 7 entlang der Spiegelachse 5 weist die Aussparung 4 vorzugsweise eine Unterbrechung auf. Die Dicke des ersten, geschlossenen Endes 6 ist vorzugsweise maximal halb so groß wie die gesamte Längenausdehnung der Aussparung 4 entlang der Spiegelachse 5. Somit kommt es bei zwei übereinander positionierten und um 180° gedrehten Grünfolien vorzugsweise zu keiner Überlappung der geschlossenen Bereiche der aufgedruckten Elektroden.
In der 3 ist eine schematische Ansicht eines vereinzelten Vielschichtbauelements 1 dargestellt. Das Vielschichtbauelement 1 weist mehrere Schichten von übereinander angeordneten Elektroden 2 auf, die im Inneren des Bauelements 1 angeordnet sind. Zur Kontaktierung der Elektroden 2 reichen die Elektroden 2 in wenigstens zwei Bereichen, die dem Joch beziehungsweise den geschlossenen Enden der Aussparung der Schablone entsprechen, bis an die Außenkante des Bauelements 1 an dem sie von außen kontaktiert werden können, heran. Die Elektroden 2 sind vorzugsweise derart angeordnet, dass die Elektroden 2 abwechselnd einem der beiden Kontaktierungsbereiche 8 zugeordnet sind. Die nicht dargestellten Außenkontaktierungen der Elektroden sind vorzugsweise auf einer Seite des Bauelements 1 angeordnet, wobei die beiden Außenkontaktierungsbereiche 8 voneinander beabstandet sind. Die Elektroden 2 weisen jeweils eine aktive Fläche 9 auf, wobei sich die aktiven Flächen 9 zweier übereinander angeordneter Elektroden 2 im Inneren des Bauelements 1 überlappen. Die Außenkontaktierung der Elektroden 2 ist vorzugsweise im Winkel von 90° zur Hauptausdehnungsrichtung der aktiven Fläche 9 der Elektroden 2 an der Stirnseite des Bauelements 1 angeordnet. Die Außenkontaktierungsbereiche 8 sind in der dargestellten Ausführungsform auf der gleichen Seite des Bauelements 1 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Elektroden 2 mehr als einen nach außen reichenden Bereich aufweisen, so dass das Bauelement 1 weitere Bereiche zur Außenkontaktierung aufweisen kann.
Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte Anzahl möglicher Weiterbildung der Erfindung beschrieben werden konnte, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist prinzipiell möglich, dass die Aussparung jede beliebige Form aufweist, die spiegelsymmetrisch ist und entlang der Spiegelachse ein geschlossenes Ende und ein offenes Ende aufweist.
Die Erfindung ist nicht auf die Anzahl der dargestellten Elemente beschränkt.
Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen, soweit technisch sinnvoll, beliebig miteinander kombiniert werden.

1: Vielschichtbauelement
2: Elektrode
3: Schablone
4: Aussparung
5: Spiegelachse
6: erstes Ende der Aussparung 4
7: zweites Ende der Aussparung 4
8: Außenkontaktierungsbereich
9: Fläche der Elektrode 2

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004038103 A1 [0001]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements (1), – bei dem auf bereitgestellte Grünfolien mittels eines Siebdruckverfahrens Elektroden (2) aufgedruckt werden, – wobei zur Bedruckung der Grünfolien eine Schablone (3) verwendet wird, die wenigstens eine spiegelsymmetrische Aussparung (4) aufweist, – wobei die Aussparung (4) entlang der Spiegelachse (5) an einem ersten Ende (6) unterbrochen und an einem zweiten Ende (7) geschlossen ist, – wobei die bedruckten Grünfolien derart übereinander gestapelt werden, dass die Elektroden (2) jeder zweiten Schicht um 180° gedreht zu den Elektroden (2) der darunter liegenden Grünfolie positioniert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aufgedruckten Elektroden (2) eine U-förmige Form aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Grünfolien derart übereinander gelegt werden, dass die Elektroden (2) zweier übereinander angeordneter Grünfolien in der Draufsicht einen geschlossenen Ring bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Genauigkeit des Stapelns der Grünfolien optisch überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der fertige Stapel entlang der Spiegelachse (5) der Elektroden (2) in zwei nahezu symmetrische Bauelemente (1) zerteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Elektroden (2) des Bauelements (1) an der Schnittkante von außen kontaktiert werden.
Vielschichtbauelement, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, das mehrere Schichten von Innen angeordneten Elektroden (2) aufweist, wobei die jeweilige Fläche einer Außenkontaktierung der innen liegenden Elektroden (2) zu der Fläche (9) der Elektroden (2) um 90° gedreht angeordnet ist.
Vielschichtbauelement nach Anspruch 7, wobei der Außenkontaktierungsbereich (8) auf einer Seite des Bauelements (1) angeordnet ist.
Vielschichtbauelement nach Anspruch 7 oder 8, bei dem es sich um ein piezokeramisches Vielschichtbauelement (1) handelt.
Schablone für Siebdruckverfahren, die wenigstens eine spiegelsymmetrische Aussparung (4) aufweist.
Schablone nach Anspruch 10, wobei die Aussparung (4) der Schablone (3) entlang der Spiegelachse (5) an einem ersten Ende (6) eine Unterbrechung aufweist und an einem zweiten Ende (7) geschlossen ist.