DE102011114194A1

DE102011114194A1 - Piezoelectric actuator component

Info

Publication number: DE102011114194A1
Application number: DE102011114194A
Authority: DE
Inventors: Silvia Dernovsek
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-03-28
Also published as: WO2013041344A9; DE112012003954B4; WO2013041344A1; DE112012003954A5

Abstract

Ein piezoelektrisches Aktorbauelement umfasst mindestens eine metallische Schicht (30), die zur Kontaktierung von Elektrodenschichten (20) auf einer ersten Seitenfläche (S100a) eines Stapels aus piezoelektrischen Schichten (10) angeordnet ist. Eine Vielzahl von Drähten (40) ist mit der mindestens einen metallischen Schicht (30) und mit mindestens einem Kontaktierungselement (50) zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement verbunden. Die Drähte (40) sind derart geformt, dass das mindestens eine Kontaktierungselement (50) in einem Raum (R), der sich zwischen einer ersten Ebene (E1), in der die erste Seitenfläche (S100a) liegt, und einer zweiten Ebene (E2), die parallel zur ersten Ebene (E1) und näher an der ersten Seitenfläche (S100a) als an einer zweiten Seitenfläche (S100b) des Aktorbauelements liegt, angeordnet ist, wobei die zweite Seitenfläche (S100b) näher an der ersten Ebene (E1) als an der zweiten Ebene (E2) liegt.A piezoelectric actuator component comprises at least one metallic layer (30) which is arranged for contacting electrode layers (20) on a first side surface (S100a) of a stack of piezoelectric layers (10). A plurality of wires (40) are connected to the at least one metallic layer (30) and to at least one contacting element (50) for applying a voltage to the actuator device. The wires (40) are shaped such that the at least one contacting element (50) is arranged in a space (R) that lies between a first plane (E1) in which the first side surface (S100a) lies and a second plane (E2 ) disposed parallel to the first plane (E1) and closer to the first side surface (S100a) than to a second side surface (S100b) of the actuator device, the second side surface (S100b) being closer to the first plane (E1) than at the second level (E2).

Description

Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Aktorbauelement mit einer Anschlusskontaktierung zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktorbauelements mit einer Anschlusskontaktierung zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement.The invention relates to a piezoelectric Aktorbauelement with a terminal contact for applying a voltage to the Aktorbauelement. Furthermore, the invention relates to a method for producing a piezoelectric Aktorbauelements with a terminal contact for applying a voltage to the Aktorbauelement.

Ein piezoelektrisches Aktorbauelement weist einen Stapel aus keramischem Material auf, der in einer Stapelrichtung übereinander gestapelte piezoelektrische Schichten umfasst, zwischen denen Elektrodenschichten angeordnet sind. Zum Betreiben des Aktorbauelements kann in dem Stapel jede zweite Elektrodenschicht an ein erstes Spannungspotential und jede dazwischen liegende Elektrodenschicht an ein davon verschiedenes zweites Spannungspotential angelegt werden. In Folge der angelegten Spannung wird das Aktorbauelement in Stapelrichtung der piezoelektrischen Schichten ausgelenkt.A piezoelectric actuator component has a stack of ceramic material which comprises stacked piezoelectric layers in a stacking direction, between which electrode layers are arranged. For operating the Aktorbauelements each second electrode layer can be applied to a first voltage potential and each intermediate electrode layer to a different second voltage potential in the stack. As a result of the applied voltage, the actuator component is deflected in the stacking direction of the piezoelectric layers.

Zum Zuführen der beiden Spannungspotentiale an die Elektrodenschichten kann für jede der Elektrodenschichten ein Kontaktierungselement, beispielsweise ein Pin- beziehungsweise Stiftkontakt, vorgesehen werden, der über Drähte beziehungsweise ein Drahtgeflecht mit einer Außenelektrode verbunden ist. Die Außenelektrode kann entlang einer Seitenfläche des Aktors angeordnet und mit jeder zweiten Elektrodenschicht des Stapels verbunden sein.For supplying the two voltage potentials to the electrode layers, a contacting element, for example a pin or pin contact, can be provided for each of the electrode layers, which is connected via wires or a wire mesh to an outer electrode. The outer electrode may be disposed along a side surface of the actuator and connected to every other electrode layer of the stack.

Aufgrund thermoelektrischer Belastung bei zyklischer Auslenkung von piezoelektrischen Aktoren, beispielsweise solcher Aktoren, die in der Einspritztechnologie verwendet werden, tritt bei einer Applikation eine hohe thermische beziehungsweise mechanische Beanspruchung an einer Verbindung zwischen der Außenkontaktierung und dem keramischen Material des Stapels und/oder an einer Verbindung zwischen der Außenkontaktierung und den damit verbundenen Drähten auf. Die permanente Belastung kann zu einer Ermüdung und/oder einem lokalen Ablösen der Anschlusskontaktierung von dem Stapel und/oder zu Rissen in der Anschlusskontaktierung führen. Dadurch können die geforderten Lebensdauerzyklen von beispielsweise 10⁸ bis mehr als zweimal 10⁹ Zyklen nicht erreicht werden.Due to thermoelectric stress at cyclic deflection of piezoelectric actuators, such as those actuators, which are used in injection technology occurs in an application, a high thermal or mechanical stress at a connection between the external contact and the ceramic material of the stack and / or at a connection between the external contact and the wires connected to it. The permanent loading may result in fatigue and / or local detachment of the terminal contacting from the stack and / or cracks in the terminal connection. As a result, the required life cycles of, for example, 10 ⁸ to more than twice 10 ⁹ cycles can not be achieved.

Es ist wünschenswert, ein piezoelektrisches Aktorbauelement mit einer auf einen Belastungsfall angepassten Anschlusskontaktierung an die Außenmetallisierung sowie mit einem Kontaktierungselement zur Spannungsversorgung des Aktors anzugeben. Des Weiteren soll ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen piezoelektrischen Aktorbauelements angegeben werden.It is desirable to specify a piezoelectric actuator component with a connection contact adapted to a load case to the outer metallization and with a contacting element for supplying voltage to the actuator. Furthermore, a method for producing such a piezoelectric actuator component is to be specified.

Eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements umfasst einen Stapel aus piezoelektrischen Schichten und jeweils dazwischen angeordneten Elektrodenschichten, wobei der Stapel eine erste Seitenfläche und eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche aufweist. Das Bauelement umfasst mindestens eine metallische Schicht, die auf der Seitenfläche des Stapels angeordnet ist und mit den Elektrodenschichten kontaktiert ist, eine Vielzahl von Drähten und mindestens ein Kontaktierungselement zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement. Jeder der Drähte ist mit der mindestens einen metallischen Schicht und mit dem mindestens einen Kontaktierungselement verbunden. Die Drähte sind derart geformt, dass das mindestens eine Kontaktierungselement in einem Raum zwischen einer ersten Ebene, in der die erste Seitenfläche liegt, und einer zweiten Ebene, die parallel zur ersten Ebene und näher an der ersten Seitenfläche als an der zweiten Seitenfläche liegt, angeordnet ist, wobei die zweite Seitenfläche näher an der ersten Ebene als an der zweiten Ebene angeordnet ist.One embodiment of a piezoelectric actuator component comprises a stack of piezoelectric layers and electrode layers arranged therebetween, wherein the stack has a first side surface and a second side surface opposite the first side surface. The device includes at least one metallic layer disposed on the side surface of the stack and contacted with the electrode layers, a plurality of wires, and at least one contacting element for applying a voltage to the actuator device. Each of the wires is connected to the at least one metallic layer and to the at least one contacting element. The wires are shaped such that the at least one contacting element is disposed in a space between a first plane in which the first side surface is located and a second plane that is parallel to the first plane and closer to the first side surface than to the second side surface with the second side surface being located closer to the first plane than to the second plane.

Das piezoelektrische Bauelement ermöglicht eine spannungskontrollierte Drahtkontaktierung, wobei die Drähte beispielsweise durch eine Wickel- Bond-, oder Klebetechnologie an die mindestens eine metallische Schicht, die als Außenmetallisierung auf der ersten Seitenfläche des Stapels angeordnet ist, angebracht werden können. Zeitgleich mit der Drahtkontaktierung an die Außenmetallisierung des Stapels kann eine Kontaktierung der Drähte an das mindestens eine Kontaktierungselement erfolgen. Das Verbinden der Drähte mit dem Kontaktierungselement kann ebenfalls durch Wickel- Bond-, oder Klebetechnik erfolgen. Die Drähte können entlang ihrer gesamten Länge in einer Richtung verlaufen, die verschieden von einer orthogonal zu der ersten Seitenfläche verlaufenden Richtung ist. Die erste Seitenfläche des Bauelements weist Längs- und Seitenkanten auf, wobei die Seitenkanten kürzer als die Längskanten sind. Die Drähte können insbesondere parallel zu der ersten Seitenfläche verlaufen und dabei kürzer als eine der Seitenkanten sein. Die Drahtkontaktierung an die metallische Schicht beziehungsweise an das Kontaktierungselement kann von hochfest bis flexibel ausgeführt werden, wodurch unterschiedliche Belastungsfälle mit hohen Lebensdauerzyklen realisiert werden können.The piezoelectric device enables voltage-controlled wire bonding, wherein the wires can be attached to the at least one metallic layer, which is arranged as outer metallization on the first side surface of the stack, for example by a winding-bonding or adhesive technology. At the same time as wire bonding to the outer metallization of the stack, contacting of the wires to the at least one contacting element can take place. The bonding of the wires to the contacting element can also be done by winding-bonding or adhesive technique. The wires may extend along their entire length in a direction that is different from a direction orthogonal to the first side surface. The first side surface of the component has longitudinal and lateral edges, wherein the side edges are shorter than the longitudinal edges. The wires may, in particular, run parallel to the first side surface and be shorter than one of the side edges. The wire bonding to the metallic layer or to the contacting element can be performed from high strength to flexible, whereby different load cases can be realized with high life cycles.

Die material- und prozesstechnischen Parameter zur Ausführung der Drahtkontaktierung, beispielsweise ein Winkel, in dem die Drähte zwischen der metallischen Schicht der Außenmetallisierung und dem Kontaktierungselement bezüglich einer Ebene der piezoelektrischen Schichten angeordnet sind, die mechanische Spannung des Drahtes sowie die Länge, das Material, die Festigkeit und die Dicke des Drahtes als auch die Anzahl der Drähte, sind in weiten Bereichen wählbar und erlauben somit eine hohe Robustheit in der Anwendung. Daher ermöglicht das piezoelektrische Aktorbauelement eine auf den Belastungsfall angepasste Anschlusskontaktierung an die Außenmetallisierung sowie eine Kontaktierungsmöglichkeit an ein Kontaktierungselement zur Spannungsversorgung des Aktors.The material and process parameters for performing the wire bonding, for example, an angle in which the wires between the metallic layer of the outer metallization and the contacting are arranged with respect to a plane of the piezoelectric layers, the mechanical stress of the wire and the length, the material, the Strength and the thickness of the wire as well as the number of wires, are selectable in a wide range and thus allow a high degree of robustness in the application. Therefore, the piezoelectric Aktorbauelement allows adapted to the load case connection contact to the outer metallization and a contacting possibility to a contacting element for powering the actuator.

Das Aktorbauelement lässt sich in vielfältigen Geometrieformen realisieren. Beispielsweise kann das piezoelektrische Aktorbauelement eine Grundfläche von 2 × 2 mm bis mehr als 40 × 40 mm, insbesondere von 7 × 7 mm, und eine Länge von 5 mm bis mehr als 250 mm, insbesondere eine Länge von 30 mm, aufweisen.The Aktorbauelement can be realized in a variety of geometric shapes. For example, the piezoelectric actuator component may have a footprint of 2 × 2 mm to more than 40 × 40 mm, in particular of 7 × 7 mm, and a length of 5 mm to more than 250 mm, in particular a length of 30 mm.

Ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktorbauelements umfasst das Bereitstellen eines Stapels aus piezoelektrischen Schichten mit jeweils dazwischen angeordneten Elektrodenschichten, wobei der Stapel eine erste Seitenfläche und eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche aufweist. Auf der ersten Seitenfläche des Stapels wird mindestens eine metallische Schicht angeordnet und die Elektrodenschichten werden mit der mindestens einen metallischen Schicht kontaktiert. Die mindestens eine metallische Schicht wird mit einer Vielzahl von Drähten verbunden und die Vielzahl der Drähte wird mit mindestens einem Kontaktierungselement zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement verbunden. Die Drähte werden derart geformt, dass das mindestens eine Kontaktierungselement in einem Raum zwischen einer ersten Ebene, in der die erste Seitenfläche liegt, und einer zweiten Ebene, die parallel zu der ersten Ebene und näher an der ersten Seitenfläche als an der zweiten Seitenfläche liegt, angeordnet ist, wobei die zweite Seitenfläche näher an der ersten Ebene als an der zweiten Ebene angeordnet ist.A method of manufacturing a piezoelectric actuator device comprises providing a stack of piezoelectric layers each having electrode layers therebetween, the stack having a first side surface and a second side surface opposite the first side surface. At least one metallic layer is arranged on the first side surface of the stack and the electrode layers are contacted with the at least one metallic layer. The at least one metallic layer is connected to a plurality of wires and the plurality of wires is connected to at least one contacting element for applying a voltage to the actuator device. The wires are shaped such that the at least one contacting element lies in a space between a first plane in which the first side surface lies and a second plane that is parallel to the first plane and closer to the first side surface than to the second side surface, is arranged, wherein the second side surface is arranged closer to the first plane than on the second plane.

Verschiedene Ausführungen des piezoelektrischen Aktorbauelements sowie des Verfahrens zur Herstellung des piezoelektrischen Aktorbauelements werden im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:Various embodiments of the piezoelectric Aktorbauelements and the method for producing the piezoelectric Aktorbauelements are explained in more detail below with reference to figures. Show it:

1 eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Schichtstapels eines Aktorbauelements, 1 an embodiment of a piezoelectric layer stack of an actuator component,

2A eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements, 2A a side view of an embodiment of a piezoelectric Aktorbauelements,

2B eine Draufsicht auf die Ausführungsform des piezoelektrischen Aktorbauelements, 2 B a plan view of the embodiment of the piezoelectric actuator device,

3A eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements, 3A a side view of another embodiment of a piezoelectric actuator device,

3B eine Draufsicht auf die weitere Ausführungsform des piezoelektrischen Aktorbauelements, 3B a top view of the further embodiment of the piezoelectric actuator device,

4A eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements, 4A a side view of another embodiment of a piezoelectric actuator device,

4B eine Draufsicht auf die weitere Ausführungsform des piezoelektrischen Aktorbauelements, 4B a top view of the further embodiment of the piezoelectric actuator device,

5 eine weitere Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements. 5 a further embodiment of a piezoelectric Aktorbauelements.

1 zeigt eine Ausführungsform eines Stapels 100 eines piezoelektrischen Aktorbauelements aus piezoelektrischen Schichten 10, zwischen denen Elektrodenschichten 20 und 21 angeordnet sind. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform des piezoelektrischen Aktorbauelements ist der keramische Materialstapel quaderförmig ausgebildet. Die piezoelektrischen Schichten sind in zueinander parallel angeordneten Ebenen E5 angeordnet und in einer Stapelrichtung Z übereinander gestapelt. Zum Anlegen einer Spannung, die zum Betreiben des piezoelektrischen Aktorbauelements dient, kann beispielsweise an jede zweite der Elektrodenschichten, beispielsweise an die Elektrodenschichten 20, ein erstes Spannungspotential und an die dazwischen liegenden Elektrodenschichten, beispielsweise die Elektrodenschichten 21, ein zweites Spannungspotential angelegt werden. 1 shows an embodiment of a stack 100 a piezoelectric Aktorbauelements of piezoelectric layers 10 between which electrode layers 20 and 21 are arranged. At the in 1 shown embodiment of the piezoelectric Aktorbauelements the ceramic material stack is cuboid. The piezoelectric layers are arranged in mutually parallel planes E5 and stacked one above the other in a stacking direction Z. For applying a voltage, which serves to operate the piezoelectric Aktorbauelements, for example, to every other of the electrode layers, for example to the electrode layers 20 , a first voltage potential and to the intermediate electrode layers, for example the electrode layers 21 , a second voltage potential can be applied.

Die Elektrodenschichten 20 erstrecken sich beispielsweise von einer Seitenfläche S100a des Stapels in den Stapel 100 und enden mindestens in einem Abstand ID entfernt von der gegenüberliegenden Seitenfläche S100b in dem Stapel. Die zwischen den Elektrodenschichten 20 liegenden Elektrodenschichten 21 können sich ausgehend von der Seitenfläche S100b in den Stapel 100 erstrecken, wobei die Elektrodenschichten 21 mindestens in einem Abstand ID entfernt von der Seitenfläche S100a enden. Somit weist der Stapel aus den piezoelektrischen Schichten und den dazwischen angeordneten Elektrodenschichten 20, 21 zwischen den Seitenflächen S100a, S100b und einem Abstand ID von den Seitenflächen entfernt entlang der gesamten Seitenflächen Isolationszonen 60 und 61 auf. Innerhalb der Isolationszonen sind in dem Stapel nur die ersten oder die zweiten Elektrodenschichten angeordnet, während die anderen der ersten und zweiten Elektrodenschichten innerhalb der Isolationszone nicht vorhanden sind. Innerhalb der Isolationszone 60 sind die Elektrodenschichten 20 angeordnet, während dort die Elektrodenschichten 21 nicht vorhanden sind, und umgekehrt sind innerhalb der Isolationszone 61 im Stapel lediglich die Elektrodenschichten 21 angeordnet, während dort die Elektrodenschichten 20 nicht enthalten sind.The electrode layers 20 For example, they extend from a side surface S100a of the stack into the stack 100 and terminate at least a distance ID away from the opposite side surface S100b in the stack. The between the electrode layers 20 lying electrode layers 21 can start from the side surface S100b in the stack 100 extend, wherein the electrode layers 21 at least a distance ID away from the side surface S100a ends. Thus, the stack of the piezoelectric layers and the interposed electrode layers 20 . 21 between the side surfaces S100a, S100b and a distance ID from the side surfaces along the entire side surface isolation zones 60 and 61 on. Within the isolation zones, only the first or the second electrode layers are arranged in the stack, while the others of the first and second electrode layers are not present within the isolation zone. Within the isolation zone 60 are the electrode layers 20 arranged there while the electrode layers 21 are absent, and vice versa are within the isolation zone 61 in the stack, only the electrode layers 21 arranged there while the electrode layers 20 not included.

Die Isolationszonen 60 und 61 erstrecken sich somit in dem Stapel zwischen den jeweiligen Seitenflächen S100a beziehungsweise S100b und den Enden der Elektrodenschichten 20 und 21 über die komplette Breite B des Aktors hinweg.The isolation zones 60 and 61 thus extend in the stack between the respective side surfaces S100a and S100b and the ends of the electrode layers 20 and 21 across the entire width B of the actuator.

2A zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform 1 eines piezoelektrischen Aktorbauelements mit dem in 1 gezeigten Schichtstapel 100. Dargestellt ist die Kontaktierung der Seitenfläche S100a. Die Kontaktierung der Seitenfläche S100b erfolgt auf ähnliche Weise. 2A shows a side view of an embodiment 1 of a piezoelectric Aktorbauelements with the in 1 shown layer stack 100 , Shown is the contacting of the side surface S100a. The contacting of the side surface S100b takes place in a similar manner.

Neben Seitenkanten SK1, SK2 weist das Aktorbauelement Längskanten LK1, LK2, die länger als die Seitenkanten sind, auf. Eine metallische Schicht 30 ist entlang der Längsrichtung des Aktors näher an der Längskanten LK1 als an der Längskante LK2 angeordnet. Die Elektrodenschichten 20 sind mit der metallischen Schicht 30 kontaktiert. Zum Zuführen einer Spannung an die Elektrodenschichten 20 ist ein Kontaktierungselement 50 vorgesehen, das näher an der Längskante LK2 als an der Längskante LK1 angeordnet ist. Das piezoelektrische Aktorbauelement weist des Weiteren eine Vielzahl von Drähten 40 auf. Jeder der Drähte 40 ist mit der metallischen Schicht 30 und mit dem Kontaktierungselement 50 verbunden. Das Kontaktierungselement 50 kann beispielsweise als ein Anschlussstift beziehungsweise als ein Kontaktpin ausgebildet sein.In addition to side edges SK1, SK2, the Aktorbauelement longitudinal edges LK1, LK2, which are longer than the side edges on. A metallic layer 30 is arranged along the longitudinal direction of the actuator closer to the longitudinal edges LK1 than at the longitudinal edge LK2. The electrode layers 20 are with the metallic layer 30 contacted. For supplying a voltage to the electrode layers 20 is a contacting element 50 provided, which is arranged closer to the longitudinal edge LK2 than at the longitudinal edge LK1. The piezoelectric actuator device further includes a plurality of wires 40 on. Each of the wires 40 is with the metallic layer 30 and with the contacting element 50 connected. The contacting element 50 may be formed, for example, as a pin or as a contact pin.

2B zeigt die in 2A gezeigte Ausführungsform 1 des piezoelektrischen Aktorbauelements in einer Draufsicht auf eine in 1 gezeigte Oberseite O100 des Aktors. Die Elektrodenschichten 20 erstrecken sich ausgehend von dem strichliert eingezeichneten Ende der Isolationsschicht 61 bis zur Seitenfläche S100a, an der sie mit der metallischen Schicht 30 kontaktiert sind. Die metallische Schicht 30 ist auf der Seitenfläche S100a angeordnet und mit den Drähten 40 verbunden. Dazu ist ein Endabschnitt 40a jedes Drahtes 40 mit der metallischen Schicht 30 kontaktiert. Ein dem Endabschnitt 40a gegenüberliegender Endabschnitt 40b des Drahtes ist mit dem Kontaktierungselement 50 verbunden. In einem Zwischenabschnitt 40c weist jeder Draht eine freie Länge auf, an der er weder mit der metallischen Schicht 30 noch mit dem Kontaktierungselement 50 verbunden ist. 2 B shows the in 2A shown embodiment 1 of the piezoelectric Aktorbauelements in a plan view of an in 1 shown top O100 of the actuator. The electrode layers 20 extend starting from the dashed line end of the insulation layer 61 up to the side surface S100a, where it meets with the metallic layer 30 are contacted. The metallic layer 30 is arranged on the side surface S100a and with the wires 40 connected. This is an end section 40a every wire 40 with the metallic layer 30 contacted. A the end section 40a opposite end section 40b of the wire is connected to the contacting element 50 connected. In an intermediate section 40c each wire has a free length at which it does not interfere with the metallic layer 30 still with the contacting element 50 connected is.

An der Seitenfläche S100b erfolgt die Kontaktierung der Elektrodenschichten 21 mit einer metallischen Schicht 31, die über Drähte 41 mit einem Kontaktierungselement 41 verbunden ist, analog zur Kontaktierung der Elektrodenschichten 20 an der Seitenfläche S100a. An der Seitenfläche S100b ist die metallische Schicht 31 als Außenmetallisierung angeordnet. Die Elektrodenschichten 21 erstrecken sich ausgehend von dem strichliert eingezeichneten Ende der Isolationsschicht 60 bis zur Seitenfläche S100b, an der sie mit der metallischen Schicht 31 kontaktiert sind. Ein Endabschnitt 41a jedes Drahtes 41 ist mit der metallischen Schicht 31 verbunden. Ein dem Endabschnitt 41a gegenüberliegender Endabschnitt 41b ist an das Kontaktierungselement 51 angeschlossen. Zwischen der metallischen Schicht 31 und dem Kontaktierungselement 51 weist jeder Draht 41 einen Zwischenabschnitt 41c mit einer freien Länge auf. Der Zwischenabschnitt 41c ist weder mit der metallischen Schicht 31 noch mit dem Kontaktierungselement 51 verbunden.On the side surface S100b the contacting of the electrode layers takes place 21 with a metallic layer 31 that have wires 41 with a contacting element 41 is connected, analogous to the contacting of the electrode layers 20 on the side surface S100a. On the side surface S100b is the metallic layer 31 arranged as external metallization. The electrode layers 21 extend starting from the dashed line end of the insulation layer 60 up to the side surface S100b, where it meets with the metallic layer 31 are contacted. An end section 41a every wire 41 is with the metallic layer 31 connected. A the end section 41a opposite end section 41b is to the contacting element 51 connected. Between the metallic layer 31 and the contacting element 51 assigns each wire 41 an intermediate section 41c with a free length. The intermediate section 41c is not with the metallic layer 31 still with the contacting element 51 connected.

3A zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform 2 eines piezoelektrischen Aktorbauelements. Dargestellt ist die Seitenfläche S100a des Aktorbauelements, auf der die metallische Schicht 30 angeordnet ist. Die metallische Schicht 30 dient als Außenmetallisierung zur Kontaktierung der Elektroden 20, die an der Seitenfläche S100a enden. Die metallische Schicht 30 ist mittig auf der Seitenfläche S100a angeordnet und erstreckt sich entlang der Längskanten LK1, LK2 des Aktorbauelements. Zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement sind zwei Kontaktierungselemente 50a und 50b vorgesehen, die beispielsweise als ein Anschlusspin oder Kontaktpin ausgeführt sein können. Die beiden Kontaktierungselemente 50a und 50b sind über eine Vielzahl von Drähten 40 mit der metallischen Schicht 30 verbunden. Die beiden Kontaktierungselemente 50 sind seitlich von der metallischen Schicht 30 angeordnet. 3A shows a side view of an embodiment 2 of a piezoelectric Aktorbauelements. Shown is the side surface S100a of Aktorbauelements on which the metallic layer 30 is arranged. The metallic layer 30 serves as external metallization for contacting the electrodes 20 that end at the side surface S100a. The metallic layer 30 is arranged centrally on the side surface S100a and extends along the longitudinal edges LK1, LK2 of the Aktorbauelements. To apply a voltage to the Aktorbauelement are two contacting elements 50a and 50b provided, which may for example be designed as a connection pin or contact pin. The two contacting elements 50a and 50b are over a variety of wires 40 with the metallic layer 30 connected. The two contacting elements 50 are laterally of the metallic layer 30 arranged.

3B zeigt eine Draufsicht auf die Oberfläche O100 des Aktorbauelements 2 der 3A. An der Seitenfläche S100a ist mittig die metallische Schicht 30 angeordnet. Die metallische Schicht 30 ist mit den Elektrodenschichten 20, die an der Seitenfläche S100a enden, verbunden. Die Kontaktierungselemente 50a und 50b sind über die Drähte 40 mit der metallischen Schicht 30 verbunden. Dazu ist ein mittlerer Abschnitt 40a jedes Drahtes mit der metallischen Schicht 30 verbunden. An jeweiligen Endabschnitten 40b sind die Drähte 40 an die Kontaktierungselemente 50a und 50b angeschlossen. Zwischen dem mittleren Abschnitt 40a und den beiden Endabschnitten 40b sind freie Drahtabschnitte 40c angeordnet. An diesem Bereich sind die Drähte 40 unkontaktiert. Die Drähte 40 sind derart geformt, dass die Kontaktierungselemente 50a und 50b vor der Seitenfläche S100a angeordnet sind. 3B shows a plan view of the surface O100 of Aktorbauelements 2 of the 3A , On the side surface S100a is the center of the metallic layer 30 arranged. The metallic layer 30 is with the electrode layers 20 connected to the side surface S100a connected. The contacting elements 50a and 50b are over the wires 40 with the metallic layer 30 connected. This is a middle section 40a every wire with the metallic layer 30 connected. At respective end sections 40b are the wires 40 to the contacting elements 50a and 50b connected. Between the middle section 40a and the two end sections 40b are free wire sections 40c arranged. At this area are the wires 40 uncontacted. The wires 40 are shaped such that the contacting elements 50a and 50b are arranged in front of the side surface S100a.

Die Kontaktierung des Aktorbauelements erfolgt an der Seitenfläche S100b analog zur Kontaktierung an der Seitenfläche S100a. An der Seitenfläche S100b ist mittig eine metallische Schicht 31 angeordnet. Die metallische Schicht 31 ist mit den Elektrodenschichten 21, die sich bis zur Seitenfläche S100b im Inneren des Stapels erstrecken, kontaktiert. Die metallische Schicht 31 ist mittels einer Vielzahl von Drähten 41 mit den Kontaktierungselementen 51a und 51b verbunden. Dazu ist ein mittlerer Abschnitt 41a der Drähte 41 mit der metallischen Schicht 31 verbunden. Die jeweiligen Endabschnitte 41b der Drähte sind an einer Seite mit dem Kontaktierungselement 51a und an der anderen Seite der Drähte mit dem Kontaktierungselement 51b verbunden. Zwischen den Kontaktierungselementen 51a, 51b und der metallischen Schicht 31 weisen die Drähte jeweils freie Abschnitte 41c auf, an denen die Drähte unverbunden zu den Kontaktierungselementen 51a, 51b und der metallischen Schicht 31 sind. Die Drähte 41 sind derart geformt, dass die Kontaktierungselemente 51a und 51b vor der Seitenfläche S100b angeordnet sind.The contacting of the Aktorbauelements takes place on the side surface S100b analogous to contacting on the side surface S100a. On the side surface S100b is centrally a metallic layer 31 arranged. The metallic layer 31 is with the electrode layers 21 that is up to the Side surface S100b extend inside the stack, contacted. The metallic layer 31 is by means of a variety of wires 41 with the contacting elements 51a and 51b connected. This is a middle section 41a the wires 41 with the metallic layer 31 connected. The respective end sections 41b the wires are on one side with the contacting element 51a and on the other side of the wires with the contacting element 51b connected. Between the contacting elements 51a . 51b and the metallic layer 31 The wires each have free sections 41c on which the wires are unconnected to the contacting elements 51a . 51b and the metallic layer 31 are. The wires 41 are shaped such that the contacting elements 51a and 51b are arranged in front of the side surface S100b.

Bei der Ausführungsform 1 und 2 des piezoelektrischen Aktorbauelements sind die Vielzahl der Drähte 40 beziehungsweise 41 in einem Abstand d1 von der Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b des Aktorbauelements entfernt angeordnet. Der Abstand d1 der Drähte 40, 41 entspricht dabei mindestens der Dicke der metallischen Schicht 30, 31 und vorzugsweise der Dicke der metallischen Schicht 30, 31. Die Drähte 40, 41 können parallel zu den Seitenflächen S100a und S100b angeordnet sein. Insbesondere können die Drähte entlang ihrer gesamten Länge parallel zu den Seitenflächen verlaufen. Die Kontaktierungselemente 50 beziehungsweise 51 sind ebenfalls in dem Abstand d1 von der Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b entfernt angeordnet. Die metallischen Schichten 30 und 31 können mit einer Dicke von weniger als 50 μm, beispielsweise mit einer Dicke von 20 μm, auf den Seitenflächen S100a und S100b aufgebracht sein. Somit weist das Aktorbauelement eine besonders flache Bauform auf.In the embodiments 1 and 2 of the piezoelectric actuator device, the plurality of wires 40 respectively 41 at a distance d1 from the side surface S100a or S100b of Aktorbauelements away. The distance d1 of the wires 40 . 41 corresponds to at least the thickness of the metallic layer 30 . 31 and preferably the thickness of the metallic layer 30 . 31 , The wires 40 . 41 may be arranged parallel to the side surfaces S100a and S100b. In particular, the wires may be parallel to the side surfaces along their entire length. The contacting elements 50 respectively 51 are also located at the distance d1 from the side surface S100a and S100b, respectively. The metallic layers 30 and 31 may be applied with a thickness of less than 50 microns, for example, with a thickness of 20 microns, on the side surfaces S100a and S100b. Thus, the Aktorbauelement has a particularly flat design.

4A zeigt eine Seitenansicht auf eine Seite S100a einer Ausführungsform 3 eines piezoelektrischen Aktorbauelements. Entlang der Längskanten LK1 und LK2 des Aktorbauelements sind metallische Schichten 30a und 30b als Außenmetallisierungen angeordnet. Die an der Seitenfläche S100a angeordneten Außenmetallisierungen 30a und 30b kontaktieren die Elektrodenschichten 20. Die metallische Schicht 30a ist dabei näher an der Längskante LK1 als an der Längskante LK2 angeordnet, und umgekehrt ist die metallische Schicht 30b näher an der Längskante LK2 als an der Längskante LK1 des Aktorbauelements angeordnet. Die metallischen Schichten 30a und 30b sind über eine Vielzahl von Drähten 40 miteinander verbunden. An die Drähte 40 ist ein Kontaktierungselement 50 angeschlossen, das zwischen den metallischen Schichten 30a und 30b angeordnet ist. 4A shows a side view of a side S100a of an embodiment 3 of a piezoelectric Aktorbauelements. Along the longitudinal edges LK1 and LK2 of the Aktorbauelements are metallic layers 30a and 30b arranged as external metallizations. The outer metallizations arranged on the side surface S100a 30a and 30b contact the electrode layers 20 , The metallic layer 30a is arranged closer to the longitudinal edge LK1 than on the longitudinal edge LK2, and vice versa is the metallic layer 30b arranged closer to the longitudinal edge LK2 than at the longitudinal edge LK1 of Aktorbauelements. The metallic layers 30a and 30b are over a variety of wires 40 connected with each other. To the wires 40 is a contacting element 50 connected between the metallic layers 30a and 30b is arranged.

4B zeigt die in 4A gezeigte Ausführungsform 3 des piezoelektrischen Aktorbauelements in einer Draufsicht auf eine Oberseite O100. An der Seitenfläche S100a sind die metallischen Schichten 30a und 30b mit Endabschnitten 40a der Drähte 40 verbunden. Ein mittlerer Abschnitt 40b jedes Drahtes ist an das Kontaktierungselement 50 angeschlossen. Zwischen den Endabschnitten 40a und dem mittleren Abschnitt 40b sind freie Abschnitte 40b der Drähte angeordnet. An den freien Abschnitten 40c sind die Drähte 40 mit den metallischen Schichten 30a, 30b und dem Kontaktierungselement 50 unverbunden. 4B shows the in 4A shown embodiment 3 of the piezoelectric Aktorbauelements in a plan view of a top O100. On the side surface S100a are the metallic layers 30a and 30b with end sections 40a the wires 40 connected. A middle section 40b Each wire is connected to the contacting element 50 connected. Between the end sections 40a and the middle section 40b are free sections 40b the wires arranged. At the free sections 40c are the wires 40 with the metallic layers 30a . 30b and the contacting element 50 unconnected.

An der Seitenfläche S100b ist das Aktorbauelement 3 ähnlich wie an der Seitenfläche S100a kontaktiert. Zwei metallische Schichten 31a und 31b sind entlang der Längskanten LK1 und LK2 an der Seitenfläche S100b angeordnet. Die beiden metallischen Schichten 31a und 31b sind mit den Elektrodenschichten 21 verbunden. Drähte 41 verbinden die Außenmetallisierungen 31a und 31b mit einem Kontaktierungselement 51. Dazu sind Endabschnitte 41a der Drähte 41 mit den metallischen Schichten 31a und 31b verbunden. Die Drähte 41 sind jeweils an einem mittleren Drahtabschnitt 41c an dem Kontaktierungselement 51 fixiert. Freie Abschnitten 41c der Drähte 41, die zwischen den Endabschnitten 41a und dem mittleren Abschnitt 41c angeordnet sind, sind mit den metallischen Schichten 31a, 31b und dem Kontaktierungselement 51 unverbunden.On the side surface S100b is the Aktorbauelement 3 similar as contacted on the side surface S100a. Two metallic layers 31a and 31b are arranged along the longitudinal edges LK1 and LK2 on the side surface S100b. The two metallic layers 31a and 31b are with the electrode layers 21 connected. wires 41 connect the outer metallizations 31a and 31b with a contacting element 51 , These are end sections 41a the wires 41 with the metallic layers 31a and 31b connected. The wires 41 are each at a middle wire section 41c on the contacting element 51 fixed. Free sections 41c the wires 41 between the end sections 41a and the middle section 41c are arranged with the metallic layers 31a . 31b and the contacting element 51 unconnected.

Bei der in den 4A und 4B gezeigten Ausführungsform 3 sind die Drähte 40, 41 derart gebogen, dass die Kontaktierungselemente 50, 51 vor den Seitenfläche S100a, S100b angeordnet sind. Wie in 4B gezeigt, können die Drähte 40, 41 derart gebogen sein, dass die Kontaktierungselemente 50, 51 in einem Abstand d2 von der Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b entfernt angeordnet sind. Der Abstand d2 entspricht dabei mindestens der Dicke der metallischen Schichten. Bei der in 4B gezeigten Ausführungsform sind die Drähte 40 beziehungsweise 41 derart gebogen, dass der Abstand d2 größer als die Dicke der Außenmetallisierung 30 beziehungsweise 31 ist, so dass die Kontaktierungselemente 50 beziehungsweise 51 weiter als bei den Ausführungsformen 1 und 2 von den Seitenflächen des Aktorbauelements entfernt sind. Die Drähte 40, 41 können alternativ dazu auch parallel zu den Seitenflächen S100a und S100b angeordnet sein, so dass die Kontaktierungselemente nahe an den Seitenflächen des Aktors angeordnet sind.In the in the 4A and 4B Embodiment 3 shown are the wires 40 . 41 bent so that the contacting elements 50 . 51 are arranged in front of the side surface S100a, S100b. As in 4B shown, the wires can 40 . 41 be bent such that the contacting elements 50 . 51 are arranged at a distance d2 from the side surface S100a and S100b, respectively. The distance d2 corresponds to at least the thickness of the metallic layers. At the in 4B the embodiment shown are the wires 40 respectively 41 bent so that the distance d2 greater than the thickness of the outer metallization 30 respectively 31 is, so that the contacting elements 50 respectively 51 further than in the embodiments 1 and 2 are removed from the side surfaces of Aktorbauelements. The wires 40 . 41 may alternatively be arranged parallel to the side surfaces S100a and S100b, so that the contacting elements are arranged close to the side surfaces of the actuator.

Bei den Ausführungsformen 1, 2 und 3 des piezoelektrischen Aktorbauelements können die mindestens eine metallische Schicht und das mindestens eine Kontaktierungselement senkrecht zur Ebene E5 der piezoelektrischen Schichten angeordnet sein. Die Drähte 40, 41 können parallel zur Ebene E5 der piezoelektrischen Schichten verlaufen. Die Vielzahl der Drähte 40, 41 kann senkrecht zu der Stapelrichtung Z der piezoelektrischen Schichten angeordnet sein.In embodiments 1, 2 and 3 of the piezoelectric actuator component, the at least one metallic layer and the at least one contacting element may be arranged perpendicular to the plane E5 of the piezoelectric layers. The wires 40 . 41 may be parallel to the plane E5 of the piezoelectric layers. The variety of wires 40 . 41 may be arranged perpendicular to the stacking direction Z of the piezoelectric layers.

5 zeigt eine Ausführungsform 4 des piezoelektrischen Aktorbauelements, bei der im Unterschied zur Ausführungsform 3 die Drähte 40 beziehungsweise 41 zwischen den metallischen Schichten 30a, 30b beziehungsweise 31a, 31b anstatt parallel zur Ebene E5 der piezoelektrischen Schichten in einem Winkel kleiner als 85° zur Ebene E5 der piezoelektrischen Schichten angeordnet sind. 5 shows an embodiment 4 of the piezoelectric Aktorbauelements, in contrast to the embodiment 3, the wires 40 respectively 41 between the metallic layers 30a . 30b respectively 31a . 31b instead of being arranged parallel to the plane E5 of the piezoelectric layers at an angle smaller than 85 ° to the plane E5 of the piezoelectric layers.

Bei den in den 2A bis 5 gezeigten Ausführungsformen 1, 2, 3 und 4 des piezoelektrischen Aktorbauelements können die Vielzahl der Drähte 40, 41 parallel zu den Seitenflächen S100a, S100b des Stapels 100 angeordnet sein. Die Drähte können kürzer als die Kantenlänge der Seitenkanten SK1, SK2 der Seitenflächen S100a, S100b sein. Insbesondere kann der Abschnitt der Drähte, der zwischen der metallischen Schicht und dem Kontaktierungselement angeordnet ist, kürzer sein als die Kantenlänge der Seitenkanten SK1, SK2 der Seitenflächen S100a, S100b. Die Drähte können untereinander unmittelbar unverbunden beziehungsweise mittelbar über die Kontaktierungselemente beziehungsweise die metallische Schicht verbunden sein. Die Drähte sind an einem Abschnitt mit der metallischen Schicht und an einem weiteren Abschnitt mit dem Kontaktierungselement verbunden. An einem zwischen diesen beiden Abschnitten angeordneten freien Abschnitt, sind die Drähte unverbunden mit der metallischen Schicht beziehungsweise dem Kontaktierungselement und in einem Abstand über der Seitenfläche S100a, S100b des Aktorbauelements angeordnet. Der Abstand entspricht dabei mindestens der Dicke des Kontaktierungselements beziehungsweise der Schichtdicke, mit der die metallische Schicht auf die Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b aufgebracht ist. Die Drähte können in dem freien Abschnitt mindestens an zwei Stellen in dem gleichen Abstand vor den Seitenflächen S100a beziehungsweise S100b angeordnet sein.In the in the 2A to 5 1, 2, 3 and 4 of the piezoelectric Aktorbauelements shown, the plurality of wires 40 . 41 parallel to the side surfaces S100a, S100b of the stack 100 be arranged. The wires may be shorter than the edge length of the side edges SK1, SK2 of the side surfaces S100a, S100b. In particular, the portion of the wires arranged between the metallic layer and the contacting element may be shorter than the edge length of the side edges SK1, SK2 of the side surfaces S100a, S100b. The wires can be connected to each other directly unconnected or indirectly via the contacting elements or the metallic layer. The wires are connected at one section to the metallic layer and at another section to the contacting element. At a free section arranged between these two sections, the wires are arranged unconnected to the metallic layer or the contacting element and at a distance above the side surface S100a, S100b of the actuator component. The distance corresponds at least to the thickness of the contacting element or the layer thickness with which the metallic layer is applied to the side surface S100a or S100b. The wires may be arranged in the free portion at least at two locations at the same distance in front of the side surfaces S100a and S100b, respectively.

Das Kontaktierungselement 50 kann bei sämtlichen Ausführungsformen derart an den Drähten angeordnet sein, dass das Kontaktierungselement der Seitenfläche des Aktors zugewandt ist, wie beispielsweise in 2B gezeigt ist, oder von der Seitenfläche des Aktors abgewandt ist, wie beispielsweise in 3B dargestellt ist.The contacting element 50 can be arranged in all embodiments on the wires such that the contacting element faces the side surface of the actuator, such as in 2 B is shown, or facing away from the side surface of the actuator, such as in 3B is shown.

Die Drähte 40 beziehungsweise 41 können derart geformt sein, dass das mindestens eine Kontaktierungselement 50 beziehungsweise 51 vor der Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b angeordnet ist. Die Drähte 40 beziehungsweise 41 können derart geformt sein, dass auch die Drähte selbst entlang ihrer gesamten Länge vor der Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b angeordnet sind. Die Drähte 40 sind insbesondere derart geformt, dass das mindestens eine Kontaktierungselement 50 in einem Raum R, der zwischen einer Ebene E1, in der die Seitenfläche S100a liegt, und einer Ebene E2, die parallel zur Ebene E1 und näher an der Seitenfläche S100a als an der Seitenfläche S100b liegt, angeordnet ist, wobei die Seitenfläche S100b näher an der Ebene E1 als an der Ebene E2 angeordnet ist. Die Drähte 41 sind derart geformt, dass das Kontaktierungselement 51 in einem Raum R', der sich zwischen einer Ebene E1', in der die Seitenfläche S100b liegt, und einer Ebene E2', die parallel zu der Ebene E1' und näher an der Seitenfläche S100b als an der Seitenfläche S100a liegt, angeordnet ist, wobei die Seitenfläche S100a näher an der Ebene E1' als an der Ebene E2' angeordnet ist.The wires 40 respectively 41 can be shaped such that the at least one contacting element 50 respectively 51 is arranged in front of the side surface S100a or S100b. The wires 40 respectively 41 may be shaped such that the wires themselves are arranged along their entire length in front of the side surface S100a or S100b. The wires 40 are in particular shaped such that the at least one contacting element 50 in a space R located between a plane E1 in which the side surface S100a lies and a plane E2 parallel to the plane E1 and closer to the side surface S100a than the side surface S100b, the side surface S100b being closer to the plane E1 is arranged as at the level E2. The wires 41 are shaped such that the contacting element 51 in a space R 'located between a plane E1' in which the side surface S100b is located and a plane E2 'which is parallel to the plane E1' and closer to the side surface S100b than the side surface S100a, wherein the side surface S100a is located closer to the plane E1 'than to the plane E2'.

Ein quaderförmiges Aktorbauelement kann neben den Seitenflächen S100a, S100b eine dazu senkrecht angeordnete Seitenfläche S100c und eine der Seitenfläche S100c gegenüberliegende Seitenfläche S100d aufweisen. Insbesondere kann der Raum R beziehungsweise der Raum R' zwischen einer Ebene E3, in der die Seitenfläche S100c liegt, und einer Ebene E4, in der die Seitenfläche S100d liegt, angeordnet sein. Somit sind die Kontaktierungselemente 50, 51 unmittelbar vor den Seitenflächen S100a beziehungsweise S100b angeordnet und stehen nicht seitlich über.A parallelepiped actuator component can have, in addition to the side surfaces S100a, S100b, a side surface S100c arranged perpendicular thereto and a side surface S100d opposite the side surface S100c. In particular, the space R or the space R 'can be arranged between a plane E3 in which the side surface S100c lies and a plane E4 in which the side surface S100d lies. Thus, the contacting elements 50 . 51 arranged immediately in front of the side surfaces S100a and S100b, respectively, and do not protrude laterally.

Bei den Ausführungsformen 1, 2, 3 und 4 des piezoelektrischen Aktorbauelements reichen die Elektrodenschichten 20 beziehungsweise 21 von einer jeweiligen Seitenfläche bis zu einem Abstand entfernt von der dazu gegenüberliegenden Seitenfläche. Zwischen den Seitenflächen S100a, S100b und den Enden der Elektrodenschichten 20, 21 sind die Isolationszonen 60, 61 mit einer Breite ID ausgebildet. Die Isolationszone 60, in der lediglich die Elektrodenschichten 20 in dem Stapel übereinander angeordnet jedoch keine Elektrodenschichten 21 vorhanden sind, erstreckt sich zwischen der Seitenfläche S100a und einem Abschnitt des Stapels, der um den Abstand ID von der Seitenfläche S100a entfernt ist. In der Isolationszone 61 sind lediglich die Elektrodenschichten 21 im Stapel 100 übereinander angeordnet, während die Elektrodenschichten 20 in der Isolationszone 61 nicht vorhanden sind. Die Isolationszone 61 erstreckt sich zwischen der Seitenfläche S100b und einem Abschnitt des Stapels, der von der Seitenfläche S100b in einem Abstand ID entfernt angeordnet ist.In Embodiments 1, 2, 3, and 4 of the piezoelectric actuator device, the electrode layers are sufficient 20 respectively 21 from a respective side surface to a distance away from the side surface opposite thereto. Between the side surfaces S100a, S100b and the ends of the electrode layers 20 . 21 are the isolation zones 60 . 61 formed with a width ID. The isolation zone 60 in which only the electrode layers 20 however, no electrode layers are stacked in the stack 21 are present extends between the side surface S100a and a portion of the stack, which is removed by the distance ID from the side surface S100a. In the isolation zone 61 are only the electrode layers 21 in the pile 100 arranged one above the other while the electrode layers 20 in the isolation zone 61 are not available. The isolation zone 61 extends between the side surface S100b and a portion of the stack located away from the side surface S100b at a distance ID.

Die in den Ausführungen 1, 2, 3 und 4 gezeigten Aktorbauelemente können beispielsweise eine Länge von 30 mm, eine Breite von 7 mm und eine Tiefe von 7 mm aufweisen. Es lassen sich allerdings auch andere Geometrieformen, beispielsweise Geometrieformen mit einer Grundfläche von 2 × 2 mm bis zu 40 × 40 mm und mehr als 40 × 40 mm realisieren. Die Länge des Aktors kann zwischen 5 mm und 250 mm und mehr als 250 mm variieren. Zur Ausführung der Drahtkontaktierung können Drähte mit einer Drahtstärke beziehungsweise einem Drahtdurchmesser zwischen 10 μm und 300 μm verwendet werden. Es können je nach Anwendungsfall auch Drähte mit Durchmessern von mehr als 300 μm eingesetzt werden. Die mindestens eine metallische Schicht kann Silber oder Kupfer enthalten, eine Dicke zwischen 10 μm und 50 μm aufweisen und eine Breite zwischen 1 mm bis 4 mm haben.The Aktorbauelemente shown in the embodiments 1, 2, 3 and 4, for example, have a length of 30 mm, a width of 7 mm and a depth of 7 mm. However, it is also possible to realize other geometry shapes, for example geometry shapes with a base area of 2 × 2 mm up to 40 × 40 mm and more than 40 × 40 mm. The length of the actuator can vary between 5 mm and 250 mm and more than 250 mm. To carry out the wire bonding wires with a wire thickness or a wire diameter between 10 microns and 300 microns can be used. Depending on the application, it is also possible to use wires with diameters of more than 300 μm. The at least one metallic layer may contain silver or copper, have a thickness between 10 μm and 50 μm and have a width between 1 mm and 4 mm.

Bei der Herstellung des piezoelektrischen Aktorbauelement der Ausführungsformen 1, 2, 3 und 4 können die Drähte 40, 41 vor dem Verbinden mit der mindestens einen metallischen Schicht und dem mindestens einen Kontaktierungselement zwischen der mindestens einen metallischen Schicht und dem mindestens einen Kontaktierungselements mit einer mechanischen Spannung vorgespannt angeordnet werden. Die Vorspannung kann an die während einer späteren Applikation auftretende Belastung angepasst sein. Das Verbinden der Drähte 40, 41 mit der mindestens einen metallischen Schicht und dem mindestens einen Kontaktierungselement kann durch Löten, Kleben oder Bonden erfolgen. Die Verbindung der Drähte 40, 41 mit dem mindestens einen Kontaktierungselement kann dabei zeitgleich zu dem Verbinden der Drähte mit der mindestens einen metallischen Schicht erfolgen.In the manufacture of the piezoelectric actuator device of Embodiments 1, 2, 3, and 4, the wires 40 . 41 before being connected to the at least one metallic layer and the at least one contacting element between the at least one metallic layer and the at least one contacting element are arranged biased with a mechanical stress. The bias voltage may be adjusted to the load occurring during a later application. Connecting the wires 40 . 41 with the at least one metallic layer and the at least one contacting element can be done by soldering, gluing or bonding. The connection of the wires 40 . 41 With the at least one contacting element can take place simultaneously with the connection of the wires with the at least one metallic layer.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: piezoelektrische Schichtenpiezoelectric layers
20, 2120, 21: Elektrodenschichtenelectrode layers
30, 3130, 31: metallische Schicht, Außenmetallisierungmetallic layer, external metallization
40, 4140, 41: Drähtewires
50, 5150, 51: Kontaktierungselementcontacting
60, 6160, 61: Isolationszoneisolation zone
100100: Stapelanordnungstack assembly

Claims

Piezoelektrisches Aktorbauelement, umfassend: – einen Stapel (100) aus piezoelektrische Schichten (10) und jeweils dazwischen angeordneten Elektrodenschichten (20), wobei der Stapel eine erste Seitenfläche (S100a) und eine der ersten Seitenfläche (S100a) gegenüberliegende zweite Seitenfläche (S100b) aufweist, – mindestens eine metallische Schicht (30), die auf der Seitenfläche (S100a) des Stapels angeordnet ist und mit den Elektrodenschichten (20) kontaktiert ist, – eine Vielzahl von Drähten (40), – mindestens ein Kontaktierungselement (50) zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement, – wobei jeder der Drähte (40) mit der mindestens einen metallischen Schicht (30) und mit dem mindestens einen Kontaktierungselement (50) verbunden ist, – wobei die Drähte (40) derart geformt sind, dass das mindestens eine Kontaktierungselement (50) in einem Raum (R) zwischen einer ersten Ebene (E1), in der die erste Seitenfläche (S100a) liegt, und einer zweiten Ebene (E2), die parallel zur ersten Ebene (E1) und näher an der ersten Seitenfläche (S100a) als an der zweiten Seitenfläche (S100b) liegt, angeordnet ist, wobei die zweite Seitenfläche (S100b) näher an der ersten Ebene (E1) als an der zweiten Ebene (E2) angeordnet ist.Piezoelectric actuator device comprising: - a stack ( 100 ) made of piezoelectric layers ( 10 ) and interposed electrode layers ( 20 wherein the stack has a first side surface (S100a) and a second side surface (S100b) opposite the first side surface (S100a), - at least one metallic layer ( 30 ) which is arranged on the side surface (S100a) of the stack and with the electrode layers ( 20 ), - a plurality of wires ( 40 ), - at least one contacting element ( 50 ) for applying a voltage to the actuator component, - wherein each of the wires ( 40 ) with the at least one metallic layer ( 30 ) and with the at least one contacting element ( 50 ), the wires ( 40 ) are shaped such that the at least one contacting element ( 50 ) in a space (R) between a first plane (E1) in which the first side surface (S100a) is located and a second plane (E2) parallel to the first plane (E1) and closer to the first side surface (S100a) being located on the second side surface (S100b), the second side surface (S100b) being located closer to the first plane (E1) than to the second plane (E2).

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach Anspruch 1, – wobei jeder der Drähte (40) einen ersten Abschnitt (40a), an dem der jeweilige Draht mit der mindestens einen metallischen Schicht (30) verbunden ist, einen zweiten Abschnitt (40b), an dem der jeweilige Draht mit dem mindestens einen Kontaktierungselement (50) verbunden ist, und einen zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt angeordneten dritten Abschnitt (40c), an dem der jeweilige Draht in einem Abstand (d1, d2) zu der ersten Seitenfläche (S10a) verläuft, aufweist, – wobei jeder der Drähte (40) an dem dritten Abschnitt (40c) mit dem mindestens einen Kontaktierungselement (50) und der mindestens einen metallischen Schicht (30) unverbunden ist, – wobei mindestens einer der Abschnitte (40a, 40b, 40c) jedes der Drähte (40) in dem Raum (R) angeordnet ist.Piezoelectric actuator device according to claim 1, - wherein each of the wires ( 40 ) a first section ( 40a ), on which the respective wire with the at least one metallic layer ( 30 ), a second section ( 40b ), on which the respective wire with the at least one contacting element ( 50 ) and a third section (11) located between the first and second sections ( 40c ), at which the respective wire extends at a distance (d1, d2) to the first side surface (S10a), - wherein each of the wires ( 40 ) at the third section ( 40c ) with the at least one contacting element ( 50 ) and the at least one metallic layer ( 30 ) is unconnected, - at least one of the sections ( 40a . 40b . 40c ) each of the wires ( 40 ) is arranged in the space (R).

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, – wobei die piezoelektrischen Schichten (10) in dem Stapel (100) in einer Stapelrichtung (Z) angeordnet sind, – wobei die Vielzahl der Drähte (40) senkrecht zu der Stapelrichtung (Z) angeordnet ist.Piezoelectric actuator component according to one of Claims 1 or 2, - the piezoelectric layers ( 10 ) in the stack ( 100 ) are arranged in a stacking direction (Z), - wherein the plurality of wires ( 40 ) is arranged perpendicular to the stacking direction (Z).

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vielzahl der Drähte (40) parallel zu der Seitenfläche (S100a) des Stapels (100) angeordnet ist.A piezoelectric actuator device according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of wires ( 40 ) parallel to the side surface (S100a) of the stack ( 100 ) is arranged.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens eine metallische Schicht (30) und das mindestens eine Kontaktierungselement (50) senkrecht zu einer fünften Ebene (E5), in der eine der piezoelektrischen Schichten (10) angeordnet ist, verläuft.Piezoelectric actuator component according to one of claims 1 to 4, wherein the at least one metallic layer ( 30 ) and the at least one contacting element ( 50 ) perpendicular to a fifth plane (E5), in which one of the piezoelectric layers ( 10 ) is arranged, runs.

Piezoelektrisches Aktorbauelemnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jeder der Drähte (40) parallel zu der fünften Ebene (E5) oder in einem Winkel kleiner als 85° zu der fünften Ebene (E5) der piezoelektrischen Schichten angeordnet ist.A piezoelectric Aktorbauememnet according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the wires ( 40 ) is arranged parallel to the fifth plane (E5) or at an angle smaller than 85 ° to the fifth plane (E5) of the piezoelectric layers.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, – wobei die Vielzahl der Drähte (40) in einem Abstand (d1) von der Seitenfläche (S100a) entfernt angeordnet ist, – wobei der Abstand (d1) mindestens der Dicke der mindestens einen metallischen Schicht (30) entspricht.Piezoelectric actuator component according to one of Claims 1 to 6, - wherein the plurality of wires ( 40 ) is arranged at a distance (d1) from the side surface (S100a), - the distance (d1) being at least the thickness of the at least one metallic layer ( 30 ) corresponds.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, – wobei das mindestens eine Kontaktierungselement (50) in einem weiteren Abstand (d2) von der Seitenfläche (S100a) des Stapels entfernt angeordnet ist, – wobei der weiteren Abstand (d2) mindestens der Dicke der mindestens einer metallischen Schicht (30) entspricht.Piezoelectric actuator component according to one of claims 1 to 7, - wherein the at least one contacting element ( 50 ) is arranged at a further distance (d2) from the side surface (S100a) of the stack, - wherein the further distance (d2) at least the thickness of the at least one metallic layer ( 30 ) corresponds.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend: – mindestens zwei des mindestens einen Kontaktierungselements (50a, 50b), – wobei die mindestens eine metallische Schicht (30) zwischen den mindestens zwei Kontaktierungselementen (50a, 50b) angeordnet ist, – wobei die Drähte (40) zwischen den mindestens zwei Kontaktierungselementen (50a, 50b) angeordnet sind.Piezoelectric actuator component according to one of claims 1 to 8, comprising: - at least two of the at least one contacting element ( 50a . 50b ), Wherein the at least one metallic layer ( 30 ) between the at least two contacting elements ( 50a . 50b ), the wires ( 40 ) between the at least two contacting elements ( 50a . 50b ) are arranged.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend: – mindestens zwei Schichten (30a, 30b) der mindestens einen metallischen Schicht (30), – wobei das mindestens eine Kontaktierungselement (50) zwischen den mindestens zwei metallischen Schichten (30a, 30b) angeordnet ist, – wobei die Drähte (40) zwischen den mindestens zwei metallischen Schichten (30a, 30b) verlaufen.Piezoelectric actuator component according to one of claims 1 to 9, comprising: - at least two layers ( 30a . 30b ) of the at least one metallic layer ( 30 ), - wherein the at least one contacting element ( 50 ) between the at least two metallic layers ( 30a . 30b ), the wires ( 40 ) between the at least two metallic layers ( 30a . 30b ).

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, – wobei der Stapel (100) weitere Elektrodenschichten (21) aufweist, – wobei sich die Elektrodenschichten (20) von der Seitenfläche (S100a) ausgehend in Richtung auf die zweite Seitenfläche (S100b) in den Stapel (100) erstrecken und mindestens in einem Abstand (ID) entfernt von der zweiten Seitenfläche (S100b) in dem Stapel (100) enden, – wobei sich die weiteren Elektrodenschichten (21) von der zweiten Seitenfläche (S100b) in Richtung auf die erste Seitenfläche (S100a) in den Stapel erstrecken und mindestens in dem Abstand (ID) entfernt von der ersten Seitenfläche (S100a) in dem Stapel (100) enden.Piezoelectric actuator component according to one of claims 1 to 10, - wherein the stack ( 100 ) further electrode layers ( 21 ), - wherein the electrode layers ( 20 ) from the side surface (S100a) toward the second side surface (S100b) into the stack ( 100 ) and at least a distance (ID) away from the second side surface (S100b) in the stack ( 100 ), - wherein the further electrode layers ( 21 ) extend from the second side surface (S100b) toward the first side surface (S100a) into the stack and at least at the distance (ID) away from the first side surface (S100a) in the stack (S100a). 100 ) end up.

Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktorbauelements, umfassend: – Bereitstellen eines Stapels (100) aus piezoelektrischen Schichten (10) mit jeweils dazwischen angeordneten Elektrodenschichten (20), wobei der Stapel eine erste Seitenfläche (S100a) und eine der ersten Seitenfläche (S100a) gegenüberliegende zweite Seitenfläche (S100b) aufweist, – Anordnen mindestens einer metallischen Schicht (30) auf der ersten Seitenfläche (S100a) des Stapels und Kontaktieren der Elektrodenschichten (20) mit der mindestens einen metallischen Schicht (30), – Verbinden der mindestens einen metallischen Schicht (30) mit einer Vielzahl von Drähten (40) und Verbinden der Vielzahl der Drähte (40) mit mindestens einem Kontaktierungselement (50) zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement, – Formen der Drähte (40) derart, dass das mindestens eine Kontaktierungselement (50) in einem Raum (R) zwischen einer ersten Ebene (E1), in der die erste Seitenfläche (S100a) liegt, und einer zweiten Ebene (E2), die parallel zu der ersten Ebene (E1) und näher an der ersten Seitenfläche (S100a) als an der zweiten Seitenfläche (S100b) liegt, angeordnet ist, wobei die zweite Seitenfläche (S100b) näher an der ersten Ebene (E1) als an der zweiten Ebene (E2) angeordnet ist.A method of manufacturing a piezoelectric actuator device, comprising: - providing a stack ( 100 ) of piezoelectric layers ( 10 ), each with interposed electrode layers ( 20 ), wherein the stack has a first side surface (S100a) and a second side surface (S100b) opposite the first side surface (S100a), - arranging at least one metallic layer ( 30 ) on the first side surface (S100a) of the stack and contacting the electrode layers ( 20 ) with the at least one metallic layer ( 30 ), - connecting the at least one metallic layer ( 30 ) with a plurality of wires ( 40 ) and connecting the plurality of wires ( 40 ) with at least one contacting element ( 50 ) for applying a voltage to the actuator component, - forming the wires ( 40 ) such that the at least one contacting element ( 50 ) in a space (R) between a first plane (E1) in which the first side surface (S100a) is located and a second plane (E2) parallel to the first plane (E1) and closer to the first side surface (S100a ) is located at the second side surface (S100b), the second side surface (S100b) being located closer to the first plane (E1) than to the second plane (E2).

Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Drähte (40) vor dem Verbinden mit der mindestens einen metallischen Schicht (30) und dem mindestens einen Kontaktierungselement (50) mit einer mechanischen Spannung zwischen der mindestens einen metallischen Schichte (30) und dem mindestens einen Kontaktierungselement (50) angeordnet werden.The method of claim 12, wherein the wires ( 40 ) prior to bonding to the at least one metallic layer ( 30 ) and the at least one contacting element ( 50 ) with a mechanical stress between the at least one metallic layer ( 30 ) and the at least one contacting element ( 50 ) to be ordered.

Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Verbinden der Drähte (40) mit der mindestens einen metallischen Schicht (30) und dem mindestens einen Kontaktierungselement (50) durch Löten, Kleben oder Bonden erfolgt.Method according to one of claims 12 or 13, wherein connecting the wires ( 40 ) with the at least one metallic layer ( 30 ) and the at least one contacting element ( 50 ) by soldering, gluing or bonding.

Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Verbinden der Drähte (40) mit dem mindestens einen Kontaktierungselement (50) zeitgleich zu dem Verbinden der Drähte (40) mit der mindestens einen metallischen Schicht (30) erfolgt.Method according to one of claims 12 to 14, wherein connecting the wires ( 40 ) with the at least one contacting element ( 50 ) at the same time as connecting the wires ( 40 ) with the at least one metallic layer ( 30 ) he follows.