DE102018123594B4 - Process for the production of a ceramic component - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines keramischen Bauelements umfassend die folgenden Schritte:- Bereitstellen eines keramischen Grundkörpers (1),- Aufbringen einer ersten Metallschicht (5), die Kupfer enthält, auf mindestens eine Außenfläche (7) des keramischen Grundkörpers (1),- Einbrennen der ersten Metallschicht (5) bei einer Temperatur zwischen 550 °C und 900 °C,- Aufbringen einer zweiten Metallschicht (6), die aus Silber besteht, auf die eingebrannte erste Metallschicht (5),- Einbrennen der zweiten Metallschicht (6) bei einer Temperatur zwischen 500 °C und 600 °C um eine Metallisierung (4) zu bilden.A method for producing a ceramic component comprising the following steps: - providing a ceramic base body (1), - applying a first metal layer (5) containing copper to at least one outer surface (7) of the ceramic base body (1), - firing the first metal layer (5) at a temperature between 550 °C and 900 °C,- applying a second metal layer (6), which consists of silver, on the baked first metal layer (5),- baking the second metal layer (6) at a Temperature between 500 °C and 600 °C to form a metallization (4).

Description

Es wird ein keramisches Bauelement aufweisend einen keramischen Grundkörper und eine Metallisierung auf mindestens einer Außenfläche des keramischen Grundkörpers beschrieben. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Bauelements.A ceramic component is described, having a ceramic base body and a metallization on at least one outer surface of the ceramic base body. Furthermore, the invention relates to a method for producing the ceramic component.

Keramische Bauelemente, wie piezoelektrische Bauelemente, sind weit verbreitete Bauteile, die in einer Vielzahl von technischen Anwendungen eingesetzt werden können. Damit solche keramischen Bauteile dauerhaft zuverlässig arbeiten können, ist es zwingend notwendig, einen zuverlässigen Kontakt zwischen dem keramischen Bauelement und einer Schaltungsumgebung, zum Beispiel einem externen Steuergerät zu gewährleisten. Herkömmlicherweise gelingt dies durch Metallisierungen, die auf Außenflächen eines keramischen Grundkörpers des keramischen Bauelements aufgebracht sind.Ceramic devices, such as piezoelectric devices, are widely used devices that can be used in a variety of engineering applications. So that such ceramic components can work reliably over the long term, it is imperative to ensure reliable contact between the ceramic component and a circuit environment, for example an external control device. Conventionally, this is achieved by metallizations that are applied to the outer surfaces of a ceramic base body of the ceramic component.

Beispiele für keramische Bauelemente, die Metallisierungen aufweisen, sind in den Druckschriften DE 10 2012 105 517 A1 und US 2001 / 0 043 454 A1 genannt. Die Bauelemente sind hier jeweils als Vielschichtbauelemente ausgeführt, die mehrere dielektrische Schichten aufweisen.Examples of ceramic components that have metallizations are in the publications DE 10 2012 105 517 A1 and US 2001/0 043 454 A1. The components are each designed here as multilayer components that have a plurality of dielectric layers.

Die Metallisierungen werden anschließend elektrisch leitend mit Anschlussdrähten z. B. des externen Steuergeräts verbunden. Dies kann beispielsweise durch Löten, Schweißen oder Kleben erfolgen. Da die Metallisierungen ein Bindeglied zwischen dem keramischem Grundkörper des keramischen Bauelements und dem externen Steuergerät bilden, werden besondere Anforderungen an diese Metallisierungen gestellt.The metallizations are then made electrically conductive with connecting wires, e.g. B. the external control device connected. This can be done, for example, by soldering, welding or gluing. Since the metallization forms a link between the ceramic base body of the ceramic component and the external control device, special requirements are placed on this metallization.

Zum einen müssen die Metallisierungen ausreichend an den Außenflächen des keramischen Grundkörpers haften und zum anderen müssen die Metallisierungen Eigenschaften aufweisen, die es ermöglichen, einen zuverlässigen Kontakt zwischen den Metallisierungen und den Anschlussdrähten des externen Steuergeräts herzustellen. Des Weiteren werden, insbesondere an Metallisierungen von piezoelektrischen Bauelementen besonders hohe Anforderungen an deren Belastbarkeit gestellt, da diese ständig wechselnden mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.On the one hand, the metallizations must adhere sufficiently to the outer surfaces of the ceramic base body and, on the other hand, the metallizations must have properties that make it possible to establish reliable contact between the metallizations and the connecting wires of the external control device. Furthermore, particularly high demands are placed on the resilience of metallizations of piezoelectric components, since these are exposed to constantly changing mechanical loads.

Hier und im Folgenden sollen Metallisierungen als ausreichend haftend betrachtet werden, wenn eine Kraft von mehr als 30 N aufgewendet werden muss um diese von den Außenflächen des keramischen Grundkörpers abzulösen.Here and in the following, metallization should be considered to be sufficiently adhesive if a force of more than 30 N has to be applied to detach it from the outer surfaces of the ceramic base body.

Des Weiteren soll hier und im Folgenden unter einem zuverlässigen Kontakt, ein Kontakt zwischen den Metallisierungen und den Anschlussdrähten eines externen Steuergeräts verstanden werden, der beispielsweise bei einem piezoelektrischen Bauelement, mehr als 10⁸ Auslenkungen des piezoelektrischen Bauelements schadlos übersteht.Furthermore, a reliable contact should be understood here and below as a contact between the metallizations and the connecting wires of an external control device, which, for example in the case of a piezoelectric component, withstands more than 10 ⁸ deflections of the piezoelectric component without being damaged.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden üblicherweise Kupfermetallisierungen, die als Hauptbestandteil Kupfer enthalten, auf die Außenflächen des keramischen Grundkörpers aufgebracht. Diese Kupfermetallisierungen weisen eine ausreichende Haftung zum keramischen Grundkörper auf. Da aber Kupfer nicht oxidationsbeständig ist, ist zum Beispiel eine Lötbarkeit der Kupfermetallisierungen soweit eingeschränkt, dass ein zuverlässiger Kontakt zwischen selbigen und den Anschlussdrähten des externen Steuergeräts nicht gewährleistet ist. Dies erschwert die Anbindung des keramischen Bauelements an das externe Steuergerät.In order to meet these requirements, copper metallizations, which contain copper as the main component, are usually applied to the outer surfaces of the ceramic base body. These copper metallizations have sufficient adhesion to the ceramic base body. However, since copper is not resistant to oxidation, solderability of the copper metallizations is limited to such an extent that reliable contact between the same and the connection wires of the external control device is not guaranteed. This makes it difficult to connect the ceramic component to the external control unit.

Um Metallisierungen zu erzeugen, die einen zuverlässigen Kontakt zu den Anschlussdrähten des externen Steuergeräts gewährleisten, wird üblicherweise eine zusätzliche Metallschicht bestehend aus, beispielsweise Kupfer-Silber-Legierungen oder Chrom-Nickel-Silber-Legierungen mittels Sputtern auf die Kupfermetallisierungen aufgetragen.In order to produce metallizations that ensure reliable contact with the connection wires of the external control device, an additional metal layer consisting of, for example, copper-silver alloys or chromium-nickel-silver alloys is usually applied to the copper metallizations by means of sputtering.

Ferner ist es möglich, die Kupfermetallisierungen mittels einer galvanischen Methode mit einem Metall, zum Beispiel Nickel oder Zinn, zu überziehen. Da aber das Aufbringen der zusätzlichen Metallschicht auf die Kupfermetallisierungen mittels Sputtern einen Vakuumschritt erfordert, ist diese Methode sehr zeit- und kostenintensiv. Auch das Aufbringen der zusätzlichen Metallschicht mittels einer galvanischen Methode ist risikobehaftet, da für diese Methode Bedingungen gewählt werden müssen, die den keramischen Grundkörper des keramischen Bauelements angreifen und dadurch zu Defekten des keramischen Bauelements führen können.It is also possible to coat the copper metallizations with a metal, for example nickel or tin, using a galvanic method. However, since the application of the additional metal layer to the copper metallizations by means of sputtering requires a vacuum step, this method is very time-consuming and expensive. The application of the additional metal layer by means of a galvanic method is also risky, since for this method conditions must be selected which attack the ceramic base body of the ceramic component and can thereby lead to defects in the ceramic component.

Deshalb ist es dringend notwendig, keramische Bauelemente bereitzustellen, die Metallisierungen auf den Außenflächen des keramischen Grundkörpers aufweisen, die ausreichend an dem keramischen Grundkörper haften und Eigenschaften aufweisen, die einen zuverlässigen Kontakt zwischen den Metallisierungen und den Anschlussdrähten des externen Steuergeräts gewährleisten. Insbesondere sollen solche Metallisierungen eine bessere Oxidationsbeständigkeit aufweisen als die Kupfermetallisierungen. Ferner sollen die Metallisierungen einfach und kostengünstig aufzubringen sein, ohne den keramischen Grundkörper zu gefährden.Therefore, there is an urgent need to provide ceramic devices that have metallizations on the outer surfaces of the ceramic body that adhere sufficiently to the ceramic body and have properties that ensure reliable contact between the metallizations and the leads of the external control device. In particular, such metallizations should have better oxidation resistance than the copper metallizations. Furthermore, the metallization should be able to be applied easily and inexpensively without endangering the ceramic base body.

Ein hier beschriebener Aspekt ist das Bereitstellen, eines keramischen Bauelements, das auf mindestens einer Außenfläche eines keramischen Grundkörpers eine Metallisierung aufweist, die ausreichend an der Außenfläche des keramischen Grundkörpers haftet und gleichzeitig eine bessere Oxidationsbeständigkeit aufweist als Kupfermetallisierungen. Ferner ist es eine Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Bauelements anzugeben, bei dem die Metallisierung komplett ohne Sputtern oder galvanische Methoden aufgebracht werden kann.One aspect described here is the provision of a ceramic component that has a metallization on at least one outer surface of a ceramic base body that adheres sufficiently to the outer surface of the ceramic base body and at the same time has better oxidation resistance than copper metallizations. Furthermore, it is an object to specify a method for producing the ceramic component, in which the metallization can be applied completely without sputtering or galvanic methods.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Bauelements gelöst.The object is achieved according to the invention by a method for producing the ceramic component.

Durch das Verfahren wird ein keramisches Bauelement, das einen keramischen Grundkörper und eine Metallisierung auf mindestens einer Außenfläche des keramischen Grundkörpers aufweist, bereitgestellt. Die Metallisierung weist mindestens eine erste Metallschicht und eine zweite Metallschicht auf, wobei die erste Metallschicht Kupfer enthält und die zweite Metallschicht aus Silber besteht.The method provides a ceramic component that has a ceramic base body and a metallization on at least one outer surface of the ceramic base body. The metallization has at least a first metal layer and a second metal layer, the first metal layer containing copper and the second metal layer consisting of silver.

Ferner kann die zweite Metallschicht auf der ersten Metallschicht ausgebildet sein, wobei die erste Metallschicht direkt auf der Außenfläche des keramischen Grundkörpers des keramischen Bauelements ausgebildet ist. Mit anderen Worten, die erste Metallschicht befindet sich zwischen der Außenfläche des keramischen Grundkörpers und der zweiten Metallschicht. Durch einen direkten Kontakt der ersten Metallschicht mit der Außenfläche des keramischen Grundkörpers kann eine ausreichende Haftung der Metallisierung an dem keramischen Grundkörper gewährleistet werden. Durch die zweite Metallschicht, die auf der ersten Metallschicht aufgebracht ist, kann eine Oxidationsbeständigkeit der Metallisierung erreicht werden, die besser ist als die einer Kupfermetallisierung. Dadurch bildet die zweite Metallschicht eine lötbare Oberfläche, die es ermöglicht, Anschlussdrähte eines externen Steuergeräts zuverlässig an das keramische Bauelement anzuschließen.Furthermore, the second metal layer can be formed on the first metal layer, with the first metal layer being formed directly on the outer surface of the ceramic base body of the ceramic component. In other words, the first metal layer is located between the outer surface of the ceramic base body and the second metal layer. Adequate adhesion of the metallization to the ceramic base body can be ensured by direct contact of the first metal layer with the outer surface of the ceramic base body. The second metal layer, which is applied to the first metal layer, makes it possible to achieve an oxidation resistance of the metallization that is better than that of a copper metallization. As a result, the second metal layer forms a solderable surface that makes it possible to reliably connect connecting wires from an external control device to the ceramic component.

Vorzugsweise kann das keramische Bauelement eine Metallisierung aufweisen, bei der die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht jeweils eine Dicke von 5 µm bis 25 µm aufweisen.The ceramic component can preferably have a metallization in which the first metal layer and the second metal layer each have a thickness of 5 μm to 25 μm.

Weiterhin kann der keramische Grundkörper des keramischen Bauelements übereinandergestapelte keramische Schichten mit dazwischenliegenden ersten und zweiten Innenelektroden aufweisen. Vorzugsweise können die ersten und zweiten Innenelektroden aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung bestehen, wobei für den Mengenanteil x an Kupfer in der kupferhaltigen Legierung, aus der die ersten und zweiten Innenelektroden bestehen, bezogen auf 100 at% der kupferhaltigen Legierung gilt: $$0\text{at\% < x< 100 at\%}\text{.}$$

Furthermore, the ceramic base body of the ceramic component can have ceramic layers stacked one on top of the other with first and second internal electrodes lying in between. The first and second internal electrodes can preferably consist of copper or a copper-containing alloy, with the following applying to the proportion x of copper in the copper-containing alloy of which the first and second internal electrodes consist, based on 100 at% of the copper-containing alloy: $$0\text{at\% <x< 100 at\%}\text{.}$$

Vorzugsweise kann das keramische Bauelement als ein piezoelektrisches Bauelement ausgebildet sein, beispielsweise als ein Piezoaktor. Bei einem Piezoaktor wird mittels der ersten und zweiten Innenelektroden eine Spannung an die keramischen Schichten angelegt, wodurch es zu einer Längenänderung der keramischen Schichten entlang der Richtung der angelegten Spannung kommt. Vorzugsweise ist die Richtung der angelegten Spannung die Stapelrichtung der keramischen Schichten. Durch diese Längenausdehnung kommt es zu einem Hub, der beispielsweise dazu benutzt werden kann weitere Bauteile zu bewegen.The ceramic component can preferably be designed as a piezoelectric component, for example as a piezo actuator. In a piezoelectric actuator, a voltage is applied to the ceramic layers by means of the first and second internal electrodes, which results in a change in length of the ceramic layers along the direction of the applied voltage. Preferably, the direction of the applied voltage is the stacking direction of the ceramic layers. This linear expansion results in a stroke that can be used, for example, to move other components.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Bauelements angegeben, welches folgende Teilschritte umfasst:

• - Bereitstellen eines keramischen Grundkörpers,
• - Aufbringen einer ersten Metallschicht, die Kupfer enthält, auf mindestens eine Außenfläche des keramischen Grundkörpers,
• - Einbrennen der ersten Metallschicht,
• - Aufbringen einer zweiten Metallschicht, die aus Silber besteht, auf die eingebrannte erste Metallschicht,
• - Einbrennen der zweiten Metallschicht um eine Metallisierung zu bilden.

A method for producing the ceramic component is specified, which comprises the following partial steps:

• - Provision of a ceramic base body,
• - Application of a first metal layer containing copper to at least one outer surface of the ceramic base body,
• - firing of the first metal layer,
• - Application of a second metal layer consisting of silver on the fired first metal layer,
• - Baking the second metal layer to form a metallization.

Vorzugsweise können die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht mittels eines Druckverfahrens auf Außenflächen des keramischen Grundkörpers des keramischen Bauelements aufgebracht werden. Das Aufbringen der ersten und der zweiten Metallschicht mittels Druckverfahren kann schnell und einfach unter Normaldruckbedingungen durchgeführt werden. Dadurch wird der Zeit- und Geräteaufwand zum Aufbringen der Metallisierung reduziert, wodurch die Kosten verringert werden können. Weiterhin können die Druckverfahren unter Bedingungen durchgeführt werden, die eine Beschädigung des keramischen Grundkörpers des keramischen Bauelements ausschließen.The first metal layer and the second metal layer can preferably be applied to outer surfaces of the ceramic base body of the ceramic component by means of a printing process. The application of the first and the second metal layer by means of printing methods can be carried out quickly and easily under normal pressure conditions. This reduces the time and equipment required to apply the metallization, which can reduce costs. Furthermore, the printing process can be carried out under conditions that exclude damage to the ceramic base body of the ceramic component.

Für das Aufbringen der ersten und der zweiten Metallschicht auf die Außenflächen des keramischen Grundkörpers mittels eines Druckverfahrens kann vorzugsweise eine erste metallhaltige Paste und eine zweite metallhaltige Paste verwendet werden. Vorzugsweise enthält die erste metallhaltige Paste Kupferpartikel und die zweite metallhaltige Paste Silberpartikel, wobei die Silberpartikel einen mittleren Durchmesser zwischen 1 µm bis 2 µm aufweisen können. Dieser mittlere Durchmesser der Silberpartikel erlaubt es, die zweite Metallschicht auf der ersten Metallschicht derart aufzubringen, dass sich die zweite Metallschicht nicht von der ersten Metallschicht ablöst. Dadurch kann eine Metallisierung erzeugt werden, die ausreichend an der Außenfläche des keramischen Grundkörper des keramischen Bauelements haftet.A first metal-containing paste and a second metal-containing paste can preferably be used for applying the first and the second metal layer to the outer surfaces of the ceramic base body by means of a printing process. The first metal-containing paste preferably contains copper particles and the second metal-containing paste contains silver particles, the silver particles having a can have an average diameter of between 1 μm and 2 μm. This mean diameter of the silver particles allows the second metal layer to be applied to the first metal layer in such a way that the second metal layer does not become detached from the first metal layer. As a result, a metallization can be produced which adheres sufficiently to the outer surface of the ceramic base body of the ceramic component.

Ferner kann die erste metallhaltige Paste 6 wt% bis 8 wt% Glasfritte und die zweite metallhaltige Paste bis zu 2 wt% Glasfritte enthalten, wobei die Prozentangaben auf 100 wt% der jeweiligen Paste bezogen sind. Der relativ hohe Anteil an Glasfritte in der ersten metallhaltigen Paste ermöglicht eine Anbindung der ersten Metallschicht an die ersten oder zweiten Innenelektroden des keramischen Grundkörpers des keramischen Bauelements. Der relativ niedrige Gehalt an Glasfritte in der zweiten metallhaltigen Paste gewährleistet eine Anbindung der zweiten Metallschicht an die erste Metallschicht, derart, dass sich die zweite Metallschicht nicht von der ersten Metallschicht ablöst, wodurch eine ausreichend haftende Metallisierung erhalten wird. Weiterhin gewährleistet der relativ niedrige Gehalt an Glasfritte die Lötbarkeit der zweiten Metallschicht. Dies ermöglicht die Herstellung eines zuverlässigen Kontakts zwischen dem keramischen Bauteil und den Anschlussdrähten des externen Steuergeräts.Furthermore, the first metal-containing paste can contain 6% by weight to 8% by weight glass frit and the second metal-containing paste can contain up to 2% by weight glass frit, the percentages being based on 100% by weight of the respective paste. The relatively high proportion of glass frit in the first metal-containing paste enables the first metal layer to be bonded to the first or second internal electrodes of the ceramic base body of the ceramic component. The relatively low content of glass frit in the second metal-containing paste ensures bonding of the second metal layer to the first metal layer in such a way that the second metal layer does not detach from the first metal layer, as a result of which a sufficiently adherent metallization is obtained. Furthermore, the relatively low content of glass frit ensures the solderability of the second metal layer. This enables reliable contact to be made between the ceramic component and the lead wires of the external control device.

Die erste Metallschicht wird bei einer Temperatur eingebrannt, die in einem Bereich zwischen 550 °C und 900 °C, besonders bevorzugt zwischen 750 °C und 780 °C liegt. Ferner erfolgt das Einbrennen der zweiten Metallschicht bei einer Temperatur, die in einem Bereich zwischen 500 °C und 600 °C, besonders bevorzugt zwischen 550 °C und 590 °C liegt. Durch die Verwendung einer relativ niedrigen Temperatur zum Einbrennen der zweiten Metallschicht kann ein Schmelzen eines niedrigschmelzenden Eutektikums zwischen Silber und Kupfer verhindert werden, da diese niedrige Temperatur unter der Ausbildungstemperatur des Eutektikums liegt. Dadurch kann ein Zusammenschmelzen der ersten und der zweiten Metallschicht zu einer gemeinsamen Metallschicht, die eine Legierung aus Kupfer und Silber enthält, weitestgehend verhindert werden. Dadurch bleiben die Eigenschaften der jeweiligen Metallschicht erhalten.The first metal layer is fired at a temperature in a range between 550°C and 900°C, particularly preferably between 750°C and 780°C. Furthermore, the second metal layer is burned in at a temperature which is in a range between 500.degree. C. and 600.degree. C., particularly preferably between 550.degree. C. and 590.degree. By using a relatively low temperature for firing the second metal layer, melting of a low melting point eutectic between silver and copper can be prevented since this low temperature is below the formation temperature of the eutectic. This largely prevents the first and second metal layers from fusing together to form a common metal layer that contains an alloy of copper and silver. As a result, the properties of the respective metal layer are retained.

Des Weiteren kann das Einbrennen der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht in einer Atmosphäre erfolgen, die weniger als 2 ppm Sauerstoff enthält. Solch ein niedriger Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre kann die Oxidation der ersten und der zweiten Metallschicht während des Einbrennens verhindern, wodurch die Eigenschaften der jeweiligen Metallschicht erhalten bleiben.Furthermore, the first metal layer and the second metal layer can be baked in an atmosphere that contains less than 2 ppm oxygen. Such a low oxygen content in the atmosphere can prevent oxidation of the first and second metal layers during baking, thereby maintaining the properties of each metal layer.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit dazugehörigen Figuren weiter beschrieben.

• 1 zeigt im schematischen Querschnitt eine Ausführungsform eines keramischen Bauelements.
• 2 zeigt ein Schliffbild einer Ausführungsform eines keramischen Bauelements.

The present invention is described further below using exemplary embodiments with associated figures.

• 1 shows a schematic cross section of an embodiment of a ceramic component.
• 2 shows a micrograph of an embodiment of a ceramic component.

Gleiche Elemente, ähnliche oder augenscheinlich gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse in den Figuren sind nicht maßstabsgetreu.Identical, similar or apparently identical elements are provided with the same reference symbols in the figures. The figures and the proportions in the figures are not true to scale.

1 zeigt im schematischen Querschnitt ausschnittsweise eine Ausführungsform eines keramischen Bauelements. Das keramische Bauelement ist als Piezoaktor ausgebildet. Der Piezoaktor umfasst einen keramischen Grundkörper 1, der keramische Schichten mit dazwischenliegenden ersten Innenelektroden 2 und zweiten Innenelektroden 3 aufweist. Die ersten Innenelektroden 2 und die zweiten Innenelektroden 3 sind alternierend angeordnet, wobei sich die ersten Innenelektroden 2 bis zu einer Außenfläche 7 erstrecken. Die zweiten Innenelektroden 3 sind von der Außenfläche 7 beabstandet um einen Kurzschluss des Piezoaktors zu vermeiden. Ferner bestehen die ersten Innenelektroden 2 und die zweiten Innenelektroden 3 aus Kupfer. Auf der Außenfläche 7 des keramischen Grundkörpers 1 ist eine Metallisierung 4 aufgebracht. Die Metallisierung 4, weist eine erste Metallschicht 5 und eine zweite Metallschicht 6 auf, wobei die erste Metallschicht 5 direkt auf der Außenfläche 7 des keramischen Grundkörpers 1 ausgebildet ist und die zweite Metallschicht 6 auf der ersten Metallschicht 5 aufgebracht ist. Ferner besteht die erste Metallschicht 5 aus Kupfer und die zweite Metallschicht 6 aus Silber. 1 shows in a schematic cross section a detail of an embodiment of a ceramic component. The ceramic component is designed as a piezo actuator. The piezoelectric actuator comprises a ceramic base body 1, which has ceramic layers with first inner electrodes 2 and second inner electrodes 3 in between. The first inner electrodes 2 and the second inner electrodes 3 are arranged alternately, with the first inner electrodes 2 extending as far as an outer surface 7 . The second inner electrodes 3 are spaced apart from the outer surface 7 in order to avoid a short circuit in the piezoelectric actuator. Furthermore, the first internal electrodes 2 and the second internal electrodes 3 are made of copper. A metallization 4 is applied to the outer surface 7 of the ceramic base body 1 . The metallization 4 has a first metal layer 5 and a second metal layer 6 , the first metal layer 5 being formed directly on the outer surface 7 of the ceramic base body 1 and the second metal layer 6 being applied to the first metal layer 5 . Furthermore, the first metal layer 5 consists of copper and the second metal layer 6 consists of silver.

Für die Herstellung der ersten Metallschicht 5 wurde eine erste metallhaltige Paste, die Kupferpartikel und 8 wt% Glasfritte, bezogen auf 100 wt% der ersten metallhaltigen Paste, enthält, mittels Siebdruck auf die Außenfläche 7 des keramischen Grundkörpers 1 aufgebracht und bei einer Temperatur zwischen 750 °C und 780 °C eingebrannt. For the production of the first metal layer 5, a first metal-containing paste containing copper particles and 8 wt% glass frit, based on 100 wt% of the first metal-containing paste, was applied to the outer surface 7 of the ceramic base body 1 by means of screen printing and at a temperature between 750 °C and 780 °C.

Anschließend wurde eine zweite metallhaltige Paste, die Silberpartikel, die einen mittleren Durchmesser von 1 µm aufweisen, und 2 wt% Glasfritte, bezogen auf 100 wt% der zweiten metallhaltigen Paste, enthält, mittels Siebdruck auf die erste Metallschicht 5 aufgebracht. Diese wurde bei einer Temperatur von 590 °C eingebrannt, um die zweite Metallschicht 6 zu bilden. Durch die Verwendung der ersten metallhaltigen Paste, die Kupfer und 8 % Glasfritte enthält, wird eine Anbindung der ersten Innenelektroden 2 an die Metallisierung 4 ermöglicht. Außerdem ermöglicht die erste Metallschicht 5 eine ausreichende Haftung der Metallisierung 4, an der Außenfläche 7 des keramischen Grundkörpers 1. Die zweite Metallschicht 6 schafft eine lötbare Oberfläche 8 auf der Metallisierung, die es ermöglicht, den Piezoaktor mittels, beispielsweise eines Lötverfahrens an ein externes Steuergerät (nicht abgebildet) anzuschließen.Subsequently, a second metal-containing paste containing silver particles having an average diameter of 1 μm and 2% by weight glass frit, based on 100% by weight of the second metal-containing paste, was applied to the first metal layer 5 by means of screen printing. This was fired at a temperature of 590°C to form the second metal layer 6 . The use of the first metal-containing paste, which contains copper and 8% glass frit, enables the first internal electrodes 2 to be connected to the metallization 4 . In addition, the first metal layer 5 enables sufficient adhesion of the metallization 4 to the outer surface 7 of the ceramic base body 1. The second metal layer 6 creates a solderable surface 8 on the metallization, which makes it possible to connect the piezo actuator to an external control unit by means of a soldering process, for example (not shown) to connect.

Obwohl in der Figur nicht dargestellt sind die zweiten Innenelektroden 3 mittels einer weiteren Metallisierung, die auf einer weiteren Außenfläche des keramischen Grundkörpers aufgebracht ist, auf analoge Weise elektrisch leitend kontaktiert, wie es für die ersten Innenelektroden 2 beschrieben wurde. Der Aufbau und die Herstellung der weiteren Metallisierung sind analog zu den vorhergehenden Ausführungen.Although not shown in the figure, the second internal electrodes 3 are electrically conductively contacted in a manner analogous to that described for the first internal electrodes 2 by means of a further metallization which is applied to a further outer surface of the ceramic base body. The structure and production of the further metallization are analogous to the previous statements.

2 zeigt ein Schliffbild einer Ausführungsform eines keramischen Bauelements. Die erste Metallschicht 5 und die zweite Metallschicht 6 der Metallisierung 4 sind eindeutig zu erkennen. Weiterhin sind keinerlei Anzeichen für ein Zusammenschmelzen der ersten Metallschicht 5 und der zweiten Metallschicht 6 zu einer gemeinsamen Metallschicht, die eine Kupfer-Silber-Legierung enthält, zu erkennen. Dadurch bleiben die gewünschten Eigenschaften der jeweiligen Metallschicht erhalten. Ferner legt der homogene Kontakt zwischen der ersten Metallschicht 5 und der zweiten Metallschicht 6 und zwischen der ersten Metallschicht 5 und dem keramischen Grundkörper 1, eine ausreichende Haftung der Metallisierung 4 nahe. Dies ermöglicht eine zuverlässige Anbindung des externen Steuergeräts an das keramische Bauelement. 2 shows a micrograph of an embodiment of a ceramic component. The first metal layer 5 and the second metal layer 6 of the metallization 4 can be clearly seen. Furthermore, there are no signs of a fusion of the first metal layer 5 and the second metal layer 6 to form a common metal layer containing a copper-silver alloy. As a result, the desired properties of the respective metal layer are retained. Furthermore, the homogeneous contact between the first metal layer 5 and the second metal layer 6 and between the first metal layer 5 and the ceramic base body 1 suggests adequate adhesion of the metallization 4 . This enables a reliable connection of the external control device to the ceramic component.

BezugszeichenlisteReference List

11

keramischer Grundkörperceramic body

22

erste Innenelektrodenfirst inner electrodes

33

zweite Innenelektrodensecond inner electrodes

44

Metallisierungmetallization

55

erste Metallschichtfirst metal layer

66

zweite Metallschichtsecond metal layer

77

Außenflächeouter surface

88th

lötbare Oberflächesolderable surface

Claims (11)

Verfahren zur Herstellung eines keramischen Bauelements umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines keramischen Grundkörpers (1), - Aufbringen einer ersten Metallschicht (5), die Kupfer enthält, auf mindestens eine Außenfläche (7) des keramischen Grundkörpers (1), - Einbrennen der ersten Metallschicht (5) bei einer Temperatur zwischen 550 °C und 900 °C, - Aufbringen einer zweiten Metallschicht (6), die aus Silber besteht, auf die eingebrannte erste Metallschicht (5), - Einbrennen der zweiten Metallschicht (6) bei einer Temperatur zwischen 500 °C und 600 °C um eine Metallisierung (4) zu bilden.Method for producing a ceramic component, comprising the following steps: - Providing a ceramic base body (1), - Application of a first metal layer (5) containing copper to at least one outer surface (7) of the ceramic base body (1), - firing of the first metal layer (5) at a temperature between 550 °C and 900 °C, - Application of a second metal layer (6), which consists of silver, on the fired first metal layer (5), - firing of the second metal layer (6) at a temperature between 500 °C and 600 °C to form a metallization (4). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Metallschicht (6) auf der ersten Metallschicht (5) ausgebildet ist und die erste Metallschicht (5) direkt auf der Außenfläche (7) des keramischen Grundkörpers (1) aufgebracht ist.procedure after claim 1 , wherein the second metal layer (6) is formed on the first metal layer (5) and the first metal layer (5) is applied directly to the outer surface (7) of the ceramic base body (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die erste Metallschicht (5) und die zweite Metallschicht (6) jeweils eine Dicke von 5 µm bis 25 µm aufweisen.Procedure according to one of Claims 1 or 2 , wherein the first metal layer (5) and the second metal layer (6) each have a thickness of 5 microns to 25 microns. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das keramische Bauelement als piezoelektrisches Bauelement ausgebildet ist.Procedure according to one of Claims 1 until 3 , wherein the ceramic component is designed as a piezoelectric component. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der keramische Grundkörper (1) eine Vielzahl an keramischen Schichten und erste und zweite Innenelektroden (2,3) aufweist.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , wherein the ceramic base body (1) has a plurality of ceramic layers and first and second internal electrodes (2,3). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die ersten und zweiten Innenelektroden (2,3) aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung bestehen, und x einem Mengenanteil an Kupfer in einer Legierung entspricht, aus der die ersten und zweiten Innenelektroden (2,3) bestehen und wobei bezogen auf 100 at% der Legierung gilt: $$0\text{at\% < x < 100 at\%}.$$

Procedure according to one of Claims 1 until 5 , wherein the first and second internal electrodes (2,3) are made of copper or an alloy containing copper, and x corresponds to a proportion of copper in an alloy of which the first and second internal electrodes (2,3) are made and based on 100 at % of the alloy applies: $$0\text{at\% < x < 100 at\%}.$$

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Metallschicht (5) und die zweite Metallschicht (6) mittels eines Druckverfahrens aufgebracht werden.Procedure according to one of Claims 1 until 6 , wherein the first metal layer (5) and the second metal layer (6) are applied by means of a printing process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei für das Aufbringen der ersten Metallschicht (5) eine erste metallhaltige Paste und für das Aufbringen der zweiten Metallschicht (6) eine zweite metallhaltige Paste verwendet wird.Procedure according to one of Claims 1 until 7 , A first metal-containing paste being used for applying the first metal layer (5) and a second metal-containing paste being used for applying the second metal layer (6). Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste metallhaltige Paste Kupferpartikel enthält und die zweite metallhaltige Paste Silberpartikel enthält, wobei die Silberpartikel einen mittleren Durchmesser zwischen 1 µm bis 2 µm aufweisen.procedure after claim 8 , wherein the first metal-containing paste contains copper particles and the second metal-containing paste contains silver particles, the silver particles having an average diameter of between 1 μm and 2 μm. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei die erste und die zweite metallhaltige Paste Glasfritte enthalten und für einen Mengenanteil a an Glasfritte in der ersten metallhaltigen Paste und für einen Mengenanteil b an Glasfritte in der zweiten metallhaltigen Paste, bezogen auf 100 wt% der jeweiligen metallhaltigen Paste gilt: $$6\text{wt\%}\le \text{a}\le \text{8 wt\%}\text{,}$$

$$\text{0 wt\%}\le \text{b}\le \text{2 wt\%}\text{.}$$

Procedure according to one of Claims 8 until 9 , wherein the first and the second metal-containing paste contain glass frit and for a proportion a of glass frit in the first metal-containing paste and for a proportion b of glass frit in the second metal-containing paste, based on 100 wt% of the respective metal-containing paste applies: $$6\text{wt\%}\le \text{a}\le \text{8 wt\%}\text{,}$$

$$\text{0 wt\%}\le \text{b}\le \text{2 wt\%}\text{.}$$

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei für das Einbrennen der ersten und der zweiten Metallschicht (5,6) eine Atmosphäre ausgewählt wird, die weniger als 2 ppm Sauerstoff enthält.Procedure according to one of Claims 1 until 10 , wherein an atmosphere containing less than 2 ppm oxygen is selected for baking the first and the second metal layer (5,6).

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