DE202014100666U1

DE202014100666U1 - Piezoelectric actuator component

Info

Publication number: DE202014100666U1
Application number: DE202014100666.4U
Authority: DE
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2014-02-24
Anticipated expiration: 2024-02-15
Also published as: DE202014101942U1

Abstract

Piezoelektrisches Aktorbauelement, umfassend: einen Stapel (100) aus piezoelektrischen Schichten (110) und jeweils dazwischen angeordneten Elektrodenschichten (120, 130), wobei die piezoelektrischen Schichten (110) eine Materialmischung aus Bleizirkontitanat und Neodym und Kalium und Kupfer enthalten.A piezoelectric actuator component comprising: a stack (100) of piezoelectric layers (110) and electrode layers (120, 130) arranged between them, the piezoelectric layers (110) containing a material mixture of lead zirconium titanate and neodymium and potassium and copper.

Description

Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Aktorbauelement, das beispielsweise für Injektoranwendungen eingesetzt werden kann.The invention relates to a piezoelectric actuator component which can be used, for example, for injector applications.

Ein piezoelektrisches Bauelement weist üblicherweise einen Schichtstapel aus piezoelektrischen Schichten, zwischen denen Elektrodenschichten angeordnet sind, auf. Zum Auslenken des piezoelektrischen Schichtstapels kann an eine erste der Elektrodenschichten ein erstes Spannungspotential und an eine zweite der Elektrodenschichten ein zweites Spannungspotential angelegt werden. Zum Anlegen des ersten und zweiten Spannungspotentials an die Innenelektroden aus den ersten und zweiten Elektrodenschichten kann an dem piezoelektrischen Schichtstapel eine Außenkontaktierung vorgesehen sein.A piezoelectric component usually has a layer stack of piezoelectric layers, between which electrode layers are arranged. For deflecting the piezoelectric layer stack, a first voltage potential can be applied to a first of the electrode layers and a second voltage potential can be applied to a second of the electrode layers. For applying the first and second voltage potential to the internal electrodes of the first and second electrode layers, an external contact can be provided on the piezoelectric layer stack.

Beim Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Bauelement tritt eine Auslenkung des Schichtstapels auf. Dabei muss sichergestellt sein, dass die Außenkontaktierung nicht beschädigt wird und insbesondere nicht von dem piezoelektrischen Schichtstapel abreißt. Bei der Auslenkung der piezoelektrischen Schichten soll möglichst viel elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt werden, um dadurch die Verluste gering zu halten.When a voltage is applied to the piezoelectric component, a deflection of the layer stack occurs. It must be ensured that the external contact is not damaged and in particular does not tear off from the piezoelectric layer stack. When the piezoelectric layers are deflected, as much electrical energy as possible should be converted into mechanical energy in order to minimize the losses.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein piezoelektrisches Aktorbauelement anzugeben, das möglichst effizient und zuverlässig betreibbar ist.An object of the present invention is to provide a piezoelectric Aktorbauelement which is as efficient and reliable operable.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform umfasst das piezoelektrische Aktorbauelement einen Stapel aus piezoelektrischen Schichten und jeweils dazwischen angeordneten Elektrodenschichten. Die piezoelektrischen Schichten enthalten eine Materialmischung aus Bleizirkontitanat und Neodym und Kalium. Optional kann die Materialmischung zusätzlich Kupfer enthalten. Ein derartiges Keramikmaterial weist eine hohe elektromechanische Kopplung mit einem Kopplungsfaktor von größer/gleich 76 % auf. Dadurch weist das piezoelektrische Aktorbauelement eine geringe Verlustleistung auf. According to a possible embodiment, the piezoelectric actuator component comprises a stack of piezoelectric layers and electrode layers arranged between each. The piezoelectric layers contain a material mixture of lead zirconate and neodymium and potassium. Optionally, the material mixture may additionally contain copper. Such a ceramic material has a high electromechanical coupling with a coupling factor of greater than or equal to 76%. As a result, the piezoelectric actuator component has a low power loss.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform sind erste der Elektrodenschichten mit einer Außenkontaktierung, die an einer ersten Seitenfläche des Schichtstapels angeordnet ist, verbunden. Die ersten Elektrodenschichten reichen ausgehend von der ersten Seitenfläche in den piezoelektrischen Schichtstapel hinein und enden in einem Abstand vor einer der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche des Schichtstapels. Auf der zweiten Seitenfläche des Schichtstapels kann eine weitere Außenelektrodenschicht, die mit zweiten der Elektrodenschichten verbunden ist, angeordnet sein. Die zweiten Elektrodenschichten reichen ausgehend von der zweiten Seitenfläche in den piezoelektrischen Schichtstapel hinein und enden in einem Abstand vor der ersten Seitenfläche. According to a further possible embodiment, first of the electrode layers are connected to an external contact, which is arranged on a first side surface of the layer stack. The first electrode layers extend from the first side surface into the piezoelectric layer stack and end at a distance in front of a second side surface of the layer stack opposite the first side surface. On the second side surface of the layer stack, a further outer electrode layer, which is connected to the second of the electrode layers, may be arranged. The second electrode layers extend from the second side surface into the piezoelectric layer stack and end at a distance in front of the first side surface.

Dadurch entsteht zwischen der Außenkontaktierung auf der ersten Seitenfläche und dem jeweiligen Ende der ersten Elektrodenschichten eine erste Isolationszone. Zwischen der zweiten Seitenfläche und dem jeweiligen Ende der zweiten Elektrodenschichten entsteht eine zweite Isolationszone. Da in der ersten und zweiten Isolationszone nur eine der beiden Elektrodenschichten vorhanden ist, tritt beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Innenelektroden in der ersten und zweiten Isolationszone keine Auslenkung auf. Durch die Auslenkung des piezoelektrischen Schichtstapels, an denjenigen Stellen, an denen die ersten und zweiten Elektrodenschichten vorhanden sind, und die fehlende Auslenkung in der ersten und zweiten Isolationszone kann es innerhalb des piezoelektrischen Schichtstapels zwischen dem aktiven Bereich und den Isolationszonen zu mechanischen Spannungen kommen.As a result, a first isolation zone is formed between the external contact on the first side surface and the respective end of the first electrode layers. Between the second side surface and the respective end of the second electrode layers, a second isolation zone is formed. Since only one of the two electrode layers is present in the first and second isolation zones, no deflection occurs when an electrical voltage is applied to the internal electrodes in the first and second isolation zones. Due to the deflection of the piezoelectric layer stack, at those locations where the first and second electrode layers are present, and the missing deflection in the first and second isolation zones, mechanical stresses can occur within the piezoelectric layer stack between the active area and the isolation zones.

Die ersten und zweiten Elektrodenschichten können in dem piezoelektrischen Schichtstapel in Längsrichtung alternierend angeordnet sein. Bei dem piezoelektrischen Bauelement wird eine Entspannung der Isolationszonen dadurch erreicht, indem in der ersten Isolationszone jede zweite der ersten Elektrodenschichten und in der zweiten Isolationszone jede zweite der zweiten Elektrodenschichten entfernt ist. Dadurch kann auch das Auftreten von Polungsrissen innerhalb des piezoelektrischen Schichtstapels weitgehend vermieden werden. The first and second electrode layers may be arranged alternately in the longitudinal direction in the piezoelectric layer stack. In the case of the piezoelectric component, relaxation of the isolation zones is achieved by removing every second of the first electrode layers in the first isolation zone and every second of the second electrode layers in the second isolation zone. As a result, the occurrence of poling cracks within the piezoelectric layer stack can be largely avoided.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform weist das piezoelektrische Aktorbauelement eine Außenkontaktierung zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement auf. Teil der Außenkontaktierung ist eine jeweilige Außenelektrodenschicht, die auf jeder der ersten und zweiten Seitenfläche angeordnet ist. Die ersten Elektrodenschichten können mit der auf der ersten Seitenfläche angeordneten Außenelektrodenschicht verbunden sein. Die zweiten Elektrodenschichten können mit der auf der zweiten Seitenfläche vorgesehenen Außenelektrodenschicht verbunden sein.According to another possible embodiment, the piezoelectric actuator component has an external contact for applying a voltage to the actuator component. Part of the external contact is a respective outer electrode layer, which is arranged on each of the first and second side surface. The first electrode layers may be connected to the outer electrode layer disposed on the first side surface. The second electrode layers may be connected to the outer electrode layer provided on the second side surface.

Zum Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Aktorbauelement kann das Bauelement ein erstes und zweites Kontakierungselement aufweisen. Das Kontaktierungselement kann beispielsweise als ein Kontaktierungspin ausgebildet sein. Zum Zuführen eines Spannungspotentials zu der Außenelektrodenschicht auf der ersten Seitenfläche kann das piezoelektrische Aktorbauelement ein erstes Spannungszuführungselement, das mit dem ersten Kontaktierungselement verbunden ist, aufweisen. Das Aktorbauelement kann zum Zuführen eines weiteren Spannungspotentials zu der Außenelektrodenschicht auf der zweiten Seitenfläche ein zweites Spanungszuführungselement, das mit dem zweiten Kontaktierungselement verbunden ist, umfassen. Das erste und zweite Spannungszuführungselement kann jeweils als eine Leiterbahn mit einem mäanderförmigen Verlauf ausgebildet sein. Durch die Mäanderaußenkontaktierung weist das piezoelektrische Aktorbauelement eine integrierte Zugentlastung auf, wodurch eine Beschädigung der Außenkontaktierung durch Zugbeanspruchung bei einer Auslenkung der piezoelektrischen Schichten zuverlässig verhindert werden kann. For applying a voltage to the piezoelectric actuator component, the component may have a first and second Kontakierungselement. The contacting element may be formed, for example, as a Kontaktierungspin. For supplying a voltage potential to the outer electrode layer on the first side surface, the piezoelectric actuator device may include a first voltage supply element connected to the first contact element. The Aktorbauelement can be used to supply a another voltage potential to the outer electrode layer on the second side surface, a second voltage supply element, which is connected to the second contacting element comprise. The first and second voltage supply element may each be formed as a conductor track with a meandering course. As a result of the meander outer contact, the piezoelectric actuator component has an integrated strain relief, as a result of which damage to the external contact due to tensile stress can be reliably prevented during a deflection of the piezoelectric layers.

Zur Kontaktierung des ersten Spannungszuführungselements mit der Außenelektrodenschicht auf der ersten Seitenfläche des Schichtstapels beziehungsweise zur Kontaktierung des zweiten Spanungszuführungselements mit der Außenelektrodenschicht auf der zweiten Seitenfläche des piezoelektrischen Schichtstapels kann das piezoelektrischen Aktorbauelement eine Kontaktschicht aufweisen. Die Kontaktschicht kann zwischen dem ersten Spannungszuführungselement und der Außenelektrodenschicht auf der ersten Seitenfläche beziehungsweise zwischen dem zweiten Spannungszuführungselement und der Außenelektrodenschicht auf der zweiten Seitenfläche des Schichtstapels vorgesehen sein. Die Kontaktschicht kann beispielsweise Sintersilber enthalten.For contacting the first voltage supply element with the outer electrode layer on the first side surface of the layer stack or for contacting the second voltage supply element with the outer electrode layer on the second side surface of the piezoelectric layer stack, the piezoelectric actuator component may have a contact layer. The contact layer may be provided between the first voltage supply element and the outer electrode layer on the first side surface or between the second voltage supply element and the outer electrode layer on the second side surface of the layer stack. The contact layer may, for example, contain sintered silver.

Das erste und zweite Spannungszuführungselement kann jeweils einen ersten Abschnitt, der in die jeweilige Kontaktschicht auf der ersten und zweiten Seitenfläche des Schichtstapels eingebettet ist, aufweisen. Des Weiteren kann das erste und zweite Spannungszuführungselement jeweils einen zweiten Abschnitt, der mit dem ersten beziehungsweise zweiten Kontaktierungselement verbunden ist, aufweisen. Der jeweilige zweite Abschnitt des ersten und zweiten Spannungszuführungselements kann zumindest über einem Teil des jeweiligen ersten Abschnitts des ersten und zweiten Spannungszuführungselements angeordnet sein. Der jeweilige zweite Teil des ersten und zweiten Spannungszuführungselements kann freiliegend, das heißt nicht in die Kontaktschicht eingebettet, sein. Dadurch können bei einer Auslenkung des piezoelektrischen Schichtstapels mechanische Spannungen in dem ersten und zweiten Spannungszuführungselement, die zu einem Abreißen der Außenkontaktierung von dem Schichtstapel führen könnten, weitestgehend reduziert werden. The first and second voltage supply elements may each have a first portion embedded in the respective contact layer on the first and second side surfaces of the layer stack. Furthermore, the first and second voltage supply element may each have a second portion which is connected to the first and second contacting element, respectively. The respective second portion of the first and second voltage supply elements may be disposed over at least a portion of the respective first portion of the first and second voltage supply elements. The respective second part of the first and second voltage supply element may be exposed, that is not embedded in the contact layer. As a result, with a deflection of the piezoelectric layer stack, mechanical stresses in the first and second voltage supply elements, which could lead to a tearing off of the external contact from the layer stack, can be reduced as much as possible.

In der ersten und zweiten Isolationszone können zwischen dem jeweiligen Ende der ersten Elektrodenschichten und der zweiten Seitenfläche und dem Ende der zweiten Elektrodenschichten und der ersten Seitenfläche Gräben, in denen das Material der ersten und zweiten Elektrodenschichten entfernt ist, vorhanden sein. Gemäß einer Ausführungsform des piezoelektrischen Aktorbauelements ist in den Gräben ein Passivierungsmaterial enthalten. In the first and second isolation regions, trenches in which the material of the first and second electrode layers is removed may be present between the respective end of the first electrode layers and the second side surface and the end of the second electrode layers and the first side surface. According to one embodiment of the piezoelectric Aktorbauelements a passivation material is contained in the trenches.

Des Weiteren kann das Passivierungsmaterial auf einer dritten Seitenfläche und auf einer der dritten Seitenfläche gegenüberliegenden vierten Seitenfläche vorhanden sein. Die dritte und vierte Seitenfläche können aktive Flächen sein, an denen sowohl die ersten als auch die zweiten Elektrodenschichten enden. Das Passivierungsmaterial kann darüber hinaus auch auf die erste und zweite Seitenfläche, insbesondere auf der jeweiligen Außenelektrodenschicht, der jeweiligen Kontaktschicht und dem jeweiligen ersten Abschnitt des ersten und zweiten Spannungszuführungselements angeordnet sein. Das Passivierungsmaterial kann auf der ersten und zweiten Seitenfläche teilweise vorhanden sein. Die erste und zweite Seitenfläche können auch frei beziehungsweise unbedeckt von dem Passivierungsmaterial sein.Furthermore, the passivation material may be present on a third side surface and on a fourth side surface opposite the third side surface. The third and fourth side surfaces may be active surfaces on which both the first and second electrode layers terminate. The passivation material may also be arranged on the first and second side surfaces, in particular on the respective outer electrode layer, the respective contact layer and the respective first portion of the first and second voltage supply elements. The passivation material may be partially present on the first and second side surfaces. The first and second side surfaces may also be free or uncovered by the passivation material.

Das Passivierungsmaterial kann für einen Langzeitbetrieb bei Temperaturen zwischen 150 °C und 220°C, insbesondere Temperaturen um 190 °C, an der Oberfläche des Schichtstapels und in den Gräben ausgelegt sein. Dadurch ist sicher gestellt, dass die Funktionalität des Passivierungsmaterials, insbesondere die Konsistenz und die elektrischen Isolationseigenschaften des Passivierungsmaterials, in den Gräben und an der Oberfläche des Schichtstapels, beim Betrieb des Piezoaktors in dem oben genannten Hochtemperaturbereich erhalten bleibt.The passivation material may be designed for long-term operation at temperatures between 150 ° C and 220 ° C, especially temperatures around 190 ° C, at the surface of the layer stack and in the trenches. This ensures that the functionality of the passivation material, in particular the consistency and the electrical insulation properties of the passivation material, in the trenches and on the surface of the layer stack is maintained during operation of the piezoactuator in the abovementioned high-temperature range.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform kann der piezoelektrische Schichtstapel zusammen mit der Außenkontaktierung aus den Außenelektrodenschichten, den jeweiligen Kontaktschichten, dem ersten und zweiten Spannungszuführungselement sowie dem ersten und zweiten Kontaktierungselement von einem Vergussmaterial umgeben sein. Das Aktorbauelement kann gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Hülse aufweisen, in die das Vergussmaterial eingefüllt ist und die die gesamte Anordnung aus dem piezoelektrischen Schichtstapel und der Außenkontaktierung umgibt. According to a further possible embodiment, the piezoelectric layer stack can be surrounded by a potting material together with the external contact of the outer electrode layers, the respective contact layers, the first and second voltage supply element and the first and second contacting element. The Aktorbauelement may according to a further embodiment comprise a sleeve into which the potting material is filled and which surrounds the entire arrangement of the piezoelectric layer stack and the external contact.

Im Folgenden wird ein Herstellungsverfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements angegeben. Das Verfahren sieht vor, einen Stapel aus piezoelektrischen Schichten und jeweils dazwischen angeordneten Elektrodenschichten bereitzustellen, wobei die piezoelektrischen Schichten eine Materialmischung aus Bleizirkontitanat und Neodym und Kalium enthalten, wobei erste und zweite der Elektrodenschichten zwischen einer ersten und zweiten Seitenfläche des Stapels alternierend angeordnet sind und wobei sich jede der ersten und zweiten Elektrodenschichten in einer jeweiligen Ebene, die senkrecht zu einer Längsrichtung des Stapels verläuft, erstreckt.Hereinafter, a manufacturing method for manufacturing the piezoelectric device will be given. The method provides to provide a stack of piezoelectric layers and electrode layers therebetween, wherein the piezoelectric layers comprise a material mixture of lead zirconate and neodymium and potassium, wherein first and second of the electrode layers are alternately arranged between a first and second side surface of the stack and wherein each of the first and second electrode layers extends in a respective plane that is perpendicular to a longitudinal direction of the stack.

Eine erste Isolationszone, in der die ersten Elektrodenschichten nicht enthalten und die zweiten Elektrodenschichten enthalten sind, wird durch Ätzen der ersten Elektrodenschichten in den Stapel eingebracht. Eine zweite Isolationszone, in der die ersten Elektrodenschichten enthalten und die zweiten Elektrodenschichten nicht enthalten sind, wird durch Ätzen der zweiten Elektrodenschichten in den Stapel eingebracht. Durch das Ätzen des Materials der ersten und zweiten Elektrodenschichten, beispielsweise von Kupfer, können Isolationszonen mit einer sehr kleinen Breite, beispielsweise einer Breite von 125 µm, erzeugt werden. A first isolation zone, in which the first electrode layers are not contained and the second electrode layers are included, is introduced into the stack by etching the first electrode layers. A second isolation zone in which the first electrode layers are included and the second electrode layers are not included is introduced into the stack by etching the second electrode layers. By etching the material of the first and second electrode layers, for example of copper, isolation zones with a very small width, for example a width of 125 μm, can be produced.

Eine erste Außenelektrodenschicht wird auf der ersten Seitenfläche des Stapels angeordnet. Eine zweite Außenelektrodenschicht wird auf der zweiten Seitenfläche des Stapels vorgesehen. Eine erste Kontaktschicht wird auf der ersten Außenelektrodenschicht angeordnet. Auf der zweiten Außenelektrodenschicht wird eine zweite Kontaktschicht angeordnet. Zur Zuführung einer Spannung zu der ersten Außenelektrodenschicht wird ein erstes Spannungszuführungselement mit der ersten Kontaktschicht kontaktiert. Ein zweites Spannungszuführungselement zur Zuführung einer Spannung zu der zweiten Außenelektrodenschicht wird mit der zweiten Kontaktschicht kontaktiert.A first outer electrode layer is disposed on the first side surface of the stack. A second outer electrode layer is provided on the second side surface of the stack. A first contact layer is disposed on the first outer electrode layer. On the second outer electrode layer, a second contact layer is arranged. For supplying a voltage to the first outer electrode layer, a first voltage supply element is contacted with the first contact layer. A second voltage supply element for supplying a voltage to the second outer electrode layer is contacted with the second contact layer.

Gräben, die beim Ätzen des Materials der ersten und zweiten Elektrodenschichten in der ersten und zweiten Isolationszone entstehen, werden durch Kapillarpassivieren mit einem Passivierungsmaterial gefüllt. Sämtliche Seitenflächen des piezoelektrischen Schichtstapels, insbesondere die Aktivflächen auf einer dritten und vierten Seitenfläche des Schichtstapels, an denen die ersten und die zweiten Elektrodenschichten enden, können von dem oben erwähnten Passivierungsmaterial umgeben sein. Das Passivierungsmaterial kann Silikon enthalten. Die Kontaktschichten dienen beim Kapillarpassivieren als Barriere gegen entlang der ersten und zweiten Seitenfläche des Schichtstapels kriechendes Passivierungsmaterial.Trenches that result from the etching of the material of the first and second electrode layers in the first and second isolation zones are filled with a passivation material by capillary passivation. All side surfaces of the piezoelectric layer stack, in particular the active surfaces on a third and fourth side surface of the layer stack, at which the first and the second electrode layers terminate, may be surrounded by the above-mentioned passivation material. The passivation material may contain silicone. The capillary passivation contact layers serve as a barrier against passivation material creeping along the first and second side surfaces of the layer stack.

Ein erstes Kontaktierungselements zum Anlegen einer Spannung an die ersten Elektrodenschichten wird mit dem ersten Spannungszuführungselement kontaktiert. Ein zweites Kontaktierungselement zum Anlegen einer Spannung an die zweiten Elektrodenschichten wird mit dem zweiten Spannungszuführungselement kontaktiert.A first contacting element for applying a voltage to the first electrode layers is contacted with the first voltage supply element. A second contacting element for applying a voltage to the second electrode layers is contacted with the second voltage supply element.

Die gesamte Anordnung aus dem piezoelektrischen Schichtstapel und der Außenkontaktierung kann anschließend von einem Vergussmaterial umhüllt werden. Es kann auch eine Hülse bereitgestellt werden, in die die Anordung eingesetzt wird. Die Hülse kann mit dem Vergussmaterial gefüllt werden.The entire arrangement of the piezoelectric layer stack and the external contact can then be enveloped by a potting material. It can also be provided a sleeve into which the arrangement is used. The sleeve can be filled with the potting material.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to figures showing exemplary embodiments of the present invention. Show it:

1 eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements in einer Queransicht, 1 an embodiment of a piezoelectric Aktorbauelements in a transverse view,

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

2B eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements in einer räumlichen Ansicht, 2 B an embodiment of a piezoelectric Aktorbauelements in a spatial view,

3 eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements in einer räumlichen Ansicht. 3 an embodiment of a piezoelectric Aktorbauelements in a three-dimensional view.

1 zeigt eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements 1000 in einer Queransicht. Das piezoelektrische Aktorbauelement umfasst einen Stapel 100 aus piezoelektrischen Schichten 110 und jeweils dazwischen angeordneten Elektrodenschichten 120, 130. Für den piezoelektrischen Schichtstapel 100 wird ein monolithischer Keramikgrundkörper im Multilagenaufbau verwendet. Die piezoelektrischen Schichten 110 enthalten eine Materialmischung aus Bleizirkontitanat und Neodym und Kalium. Die Materialmischung kann beispielsweise Bleizirkontitanat im Bereich von 95 Gew.-% und 99,8 Gew.-%, Neodym im Bereich von 0,5 Gew.-% und 1 Gew.-% und Kalium im Bereich von 0,1 Gew.-% und 0,5 Gew.-% enthalten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Materialmischung Kupfer enthalten. Der Anteil von Kupfer kann beispielsweise im Bereich von 0 Gew.-% und 0,2 Gew.-% in der Materialmischung enthalten sein. 1 shows an embodiment of a piezoelectric Aktorbauelements 1000 in a transverse view. The piezoelectric actuator component comprises a stack 100 made of piezoelectric layers 110 and each electrode layers disposed therebetween 120 . 130 , For the piezoelectric layer stack 100 a monolithic ceramic body is used in multi-layer construction. The piezoelectric layers 110 contain a material mixture of lead zirconate and neodymium and potassium. The material mixture can be, for example, lead zirconium titanate in the range of 95% by weight and 99.8% by weight, neodymium in the range of 0.5% by weight and 1% by weight and potassium in the range of 0.1% by weight. % and 0.5 wt .-% included. According to a further embodiment, the material mixture may contain copper. The proportion of copper may, for example, be in the range from 0% by weight to 0.2% by weight in the material mixture.

Eine derartige Materialzusammensetzung der piezoelektrischen Schichten ermöglicht eine hohe Kopplung von elektrischer und mechanischer Energie mit einem Kopplungsfaktor k33, der beispielsweise größer/gleich 76 % sein kann. Die dielektrische Piezokonstante d33 kann beispielsweise im Bereich von 700 pm/V bis 1100 pm/V liegen. Des Weiteren weisen piezoelektrische Schichten mit einer derartigen Materialzusammensetzung eine Dielektrizitätskonstante ε_r im Bereich von 3200 bis 4800 auf. Der Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Schichtstapels kann im Bereich zwischen 20 GPa und 32 GPa liegen.Such a material composition of the piezoelectric layers enables a high coupling of electrical and mechanical energy with a coupling factor k33, which can be, for example, greater than or equal to 76%. The dielectric piezon constant d33 can be, for example, in the range of 700 pm / V to 1100 pm / V. Furthermore, piezoelectric layers having such a material composition have a dielectric constant ε _r in the range from 3200 to 4800. The elastic modulus of the piezoelectric layer stack may be in the range between 20 GPa and 32 GPa.

Der piezoelektrische Schichtstapel 100 kann eine Seitenfläche S100a und eine Seitenfläche S100b aufweisen. Elektrodenschichten 120 und Elektrodenschichten 130 sind zwischen der Seitenfläche S100a und der Seitenflächen S100b angeordnet. Die Elektrodenschichten bilden Innenelektroden des piezoelektrischen Schichtstapels 100 und können beispielsweise ein Material aus Kupfer enthalten. Die Elektrodenschichten 120 erstrecken sich in dem piezoelektrischen Schichtstapel 100 ausgehend von der Seitenfläche S100a bis in einem Abstand entfernt zu der Seitenfläche S100b. Die Elektrodenschichten 130 erstrecken sich in dem piezoelektrischen Schichtstapel 100 ausgehend von der Seitenfläche S100b bis in einem Abstand entfernt zu der Seitenfläche S100a. The piezoelectric layer stack 100 may have a side surface S100a and a side surface S100b. electrode layers 120 and electrode layers 130 are disposed between the side surface S100a and the side surfaces S100b. The electrode layers form internal electrodes of the piezoelectric layer stack 100 and For example, they may contain a material of copper. The electrode layers 120 extend in the piezoelectric layer stack 100 from the side surface S100a to a distance away from the side surface S100b. The electrode layers 130 extend in the piezoelectric layer stack 100 from the side surface S100b to a distance away from the side surface S100a.

Da die Elektrodenschichten 120 in dem Abstand vor der Seitenfläche S100b enden, entsteht zwischen der Seitenfläche S100b und dem jeweiligen Ende E120 der Elektrodenschichten 120 eine Isolationszone I1, in der nur die Elektrodenschichten 130 vorhanden sind. Entsprechend entsteht zwischen der Seitenfläche S100a und einem jeweiligen Ende E130 der Elektrodenschichten 130 eine Isolationszone I2, in der die Elektrodenschichten 130 nicht vorhanden sind und nur die Elektrodenschichten 120 enthalten sind. Because the electrode layers 120 in the distance in front of the side surface S100b, arises between the side surface S100b and the respective end E120 of the electrode layers 120 an isolation zone I1, in which only the electrode layers 130 available. Accordingly, between the side surface S100a and a respective end E130 of the electrode layers is formed 130 an isolation zone I2 in which the electrode layers 130 are absent and only the electrode layers 120 are included.

Die Elektrodenschichten 120, 130 können in dem piezoelektrischen Schichtstapel 100 alternierend in Längsrichtung gestapelt angeordnet sein. Jede der Elektrodenschichten 120, 130 kann in dem Stapel 100 in einer jeweiligen Ebene E1, E2, die senkrecht zur Längsrichtung des Stapels 100 verläuft, angeordnet sein. Aufgrund der alternierenden Anordnung der Innenelektrodenschichten 120, 130 in dem Stapel 100 ist in den Isolationszonen I1, I2 jede zweite der Elektrodenschichten 120, 130 entfernt. Dadurch treten bei einer Auslenkung des piezoelektrischen Schichtstapels in den Isolationszonen nur geringe mechanische Spannungen auf, wodurch Polungsrisse weitestgehend vermieden werden können. The electrode layers 120 . 130 may be in the piezoelectric layer stack 100 be arranged alternately stacked in the longitudinal direction. Each of the electrode layers 120 . 130 can in the stack 100 in a respective plane E1, E2 perpendicular to the longitudinal direction of the stack 100 runs, be arranged. Due to the alternating arrangement of the inner electrode layers 120 . 130 in the pile 100 is in the isolation zones I1, I2 every other of the electrode layers 120 . 130 away. As a result, only slight mechanical stresses occur when the piezoelectric layer stack is deflected in the isolation zones, as a result of which polarity cracks can be largely avoided.

Zwischen dem jeweiligen Ende E120 der Elektrodenschichten 120 und der Seitenfläche S100b des Stapels 100 können Gräben 140 vorhanden sein. In jedem der Gräben 140 kann ein Passivierungsmaterial 200 enthalten sein. Zwischen dem jeweiligen Ende E130 der Elektrodenschichten 130 und der Seitenfläche S100a des Stapels 100 können Gräben 150 vorhanden sein. In jedem der Gräben 150 kann ebenfalls das Passivierungsmaterial 200 enthalten sein. Das Passivierungsmaterial 200 kann beispielsweise Silikon enthalten.Between the respective end E120 of the electrode layers 120 and the side surface S100b of the stack 100 can ditches 140 to be available. In each of the trenches 140 can be a passivation material 200 be included. Between the respective end E130 of the electrode layers 130 and the side surface S100a of the stack 100 can ditches 150 to be available. In each of the trenches 150 may also be the passivation material 200 be included. The passivation material 200 may contain silicone, for example.

Das piezoelektrische Aktorbauelement 1000 weist auf der Seitenfläche S100a eine Außenelektrodenschicht 300a und auf der Seitenfläche S100b des Stapels 100 eine Außenelektrodenschicht 300b auf. Die Außenelektrodenschichten können Kupfer, Silber, Glasfritte, Chrom und/oder Nickel in verschiedenen Kombinationen enthalten. Die Außenelektrodenschichten können eine Schichtdicke zwischen 1 µm und 40 µm aufweisen.The piezoelectric actuator component 1000 has an outer electrode layer on the side surface S100a 300a and on the side surface S100b of the stack 100 an outer electrode layer 300b on. The outer electrode layers may contain copper, silver, glass frit, chromium and / or nickel in various combinations. The outer electrode layers may have a layer thickness between 1 .mu.m and 40 .mu.m.

Des Weiteren umfasst das Aktorbauelement 1000 ein Kontaktierungselement 500a und ein Kontaktierungselement 500b zum Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Aktorbauelement. Die Kontaktierungselemente 500a und 500b können beispielsweise jeweils als ein Kontaktpin ausgeführt sein. Die Kontaktierungselemente 500a, 500b können beispielsweise Kupfer oder eine Legierung, zum Beispiel CuSn6, enthalten. Die Kontaktierungspins können beispielsweise einen Durchmesser zwischen 0,4 mm und 0,6 mm aufweisen. Auf den Kontaktierungselementen können eine Silberbeschichtung und eine Isolationsschicht 510a, 510b, die beispielsweise hochtemperaturbeständiges Teflon enthält, aufgebracht sein. An dem jeweiligen Bereich der Kontaktierungselemente 500a, 500b, an dem die Isolationsschicht aufgebracht ist, können die Kontaktierungselemente 500a, 500b beispielsweise einen Außendurchmesser zwischen 0,6 mm und 0,85 mm aufweisen. Furthermore, the actuator component comprises 1000 a contacting element 500a and a contacting element 500b for applying a voltage to the piezoelectric Aktorbauelement. The contacting elements 500a and 500b For example, each may be embodied as a contact pin. The contacting elements 500a . 500b For example, they may contain copper or an alloy, for example CuSn6. The Kontaktierungspins may for example have a diameter between 0.4 mm and 0.6 mm. On the contacting elements, a silver coating and an insulating layer 510a . 510b , which contains, for example, high-temperature resistant Teflon, be applied. At the respective area of the contacting elements 500a . 500b , to which the insulating layer is applied, the contacting elements 500a . 500b for example, have an outer diameter between 0.6 mm and 0.85 mm.

Zum Zuführen der Spannung zu den Außenelektrodenschichten 300a und 300b weist das Aktorbauelement ein Spannungszuführungselement 600a und ein Spannungszuführungselement 600b auf. Das Kontaktierungselement 500a ist mit dem Spannungszuführungselement 600a verbunden. Das Kontaktierungselement 500b ist mit dem Spannungszuführungselement 600b verbunden. Die Spannungszuführungselemente 600a, 600b können ein Material aus CuSn6 enthalten. For supplying the voltage to the outer electrode layers 300a and 300b the actuator component has a voltage supply element 600a and a voltage supply element 600b on. The contacting element 500a is with the voltage supply element 600a connected. The contacting element 500b is with the voltage supply element 600b connected. The voltage supply elements 600a . 600b may contain a material of CuSn6.

Die Spannungszuführungselemente 600a und 600b können jeweils als eine in Schleifen verlaufende Leiterbahn ausgebildet sein. Die jeweilige Leiterbahn der Spannungszuführungselemente 600a 600b weist somit einen mäanderförmigen Verlauf auf. Durch die mäanderförmige Ausbildung der jeweiligen Leiterbahn der Spannungszuführungselemente 600a, 600b weist das piezoelektrische Aktorbauelement eine integrierte Zugentlastung seiner Außenkontaktierung auf.The voltage supply elements 600a and 600b can each be designed as a running in loops trace. The respective trace of the voltage supply elements 600a 600b thus has a meandering course. Due to the meandering design of the respective trace of the voltage supply elements 600a . 600b the piezoelectric actuator component has an integrated strain relief of its external contact.

Zum elektrischen Kontaktieren der Außenelektrodenschicht 300a mit dem Spannungszuführungselement 600a ist auf der Außenelektrodenschicht 300a eine Kontaktschicht 400a angeordnet. Das Spannungszuführungselement 600a weist einen Abschnitt 610a, der in der Kontaktschicht 400a eingebettet ist, auf. Des Weiteren weist das Spannungszuführungselement 600a einen sich an den Abschnitt 610a anschließenden Abschnitt 620 auf, der mit dem Kontaktierungselement 500a verbunden ist. For electrically contacting the outer electrode layer 300a with the voltage supply element 600a is on the outer electrode layer 300a a contact layer 400a arranged. The voltage supply element 600a has a section 610a who is in the contact layer 400a is embedded on. Furthermore, the voltage supply element 600a Join the section 610a subsequent section 620 on, with the contacting element 500a connected is.

Zum elektrischen Anbinden der Außenelektrodenschicht 300b an das Spannungszuführungselement 600b ist eine Kontaktschicht 400b auf der Außenelektrodenschicht 300b angeordnet. Das Spannungszuführungselement 600b weist einen Abschnitt 610b, der in der Kontaktschicht 400b eingebettet ist, auf. Des Weiteren weist das Spannungszuführungselement 600b einen sich an den Abschnitt 610b anschließenden Abschnitt 620b, der mit dem Kontaktierungselement 500b verbunden ist, auf.For electrically connecting the outer electrode layer 300b to the voltage supply element 600b is a contact layer 400b on the outer electrode layer 300b arranged. The voltage supply element 600b has a section 610b who is in the contact layer 400b is embedded on. Furthermore, the voltage supply element 600b Join the section 610b subsequent section 620b that with the contacting element 500b is connected.

Die Kontaktschicht 400a und der Abschnitt 610a des Spannungszuführungselements 600a können sich auf der Seitenfläche S100a des Stapels 100 entlang eines Abschnitts des Stapels, in dem die Elektrodenschichten 120, 130 angeordnet sind, erstrecken. Die Kontaktschicht 400b und der Abschnitt 610b des Spannungszuführungselements 600b können sich auf der Seitenfläche S100b des Stapels 100 entlang eines Abschnitts des Stapels, in dem die Elektrodenschichten 120, 130 angeordnet sind, erstrecken. The contact layer 400a and the section 610a the voltage supply element 600a can be on the side surface S100a of the stack 100 along a portion of the stack in which the electrode layers 120 . 130 are arranged extend. The contact layer 400b and the section 610b the voltage supply element 600b can be on the side surface S100b of the stack 100 along a portion of the stack in which the electrode layers 120 . 130 are arranged extend.

Der Abschnitt 620a des Spannungszuführungselements 600a kann über zumindest einem Teil des Abschnitts 610a des Spannungszuführungselements 600a angeordnet sein. Ebenso kann der Abschnitt 620b des Spannungszuführungselements 600b über zumindest einem Teil des Abschnitts 610b des Spannungszuführungselements 600b angeordnet sein. In der mäanderförmigen Ausführungsform sind die Spannungszuführungselemente 600a und 600b somit jeweils als Doppelmäander ausgeführt. Der jeweilige Abschnitt 610a, 610b der Spannungszuführungselemente 600a, 600b ist als Grundmäander ausgeführt, der in der Kontaktschicht 400a beziehungsweise 400b eingebettet ist. Der jeweilige Abschnitt 620b der Spannungszuführungselemente 600a, 600b ist als Deckmäander ausgeführt. Der jeweilige zweite Abschnitt 620a, 620b der Spannungszuführungselemente 600a, 600b ist vorzugsweise nicht in die Kontaktschicht 400a, 400b eingebettet, sondern ist frei über dem jeweiligen Abschnitt 610a, 610b des Spannungszuführungselements 600a, 600b angeordnet. The section 620a the voltage supply element 600a can about at least part of the section 610a the voltage supply element 600a be arranged. Likewise, the section 620b the voltage supply element 600b over at least part of the section 610b the voltage supply element 600b be arranged. In the meandering embodiment, the voltage supply elements 600a and 600b thus each executed as a double meander. The respective section 610a . 610b the voltage supply elements 600a . 600b is designed as a base meander, which is in the contact layer 400a respectively 400b is embedded. The respective section 620b the voltage supply elements 600a . 600b is designed as a top meander. The respective second section 620a . 620b the voltage supply elements 600a . 600b is preferably not in the contact layer 400a . 400b embedded, but is free above the respective section 610a . 610b the voltage supply element 600a . 600b arranged.

Der Übergang zwischen dem jeweiligen Abschnitt 610a, 610b und dem jeweiligen Abschnitt 620a, 620b der Spannungszuführungselemente 600a, 600b kann wahlweise an dem freien oder an dem fixen Ende des piezoelektrischen Schichtstapels 100 liegen. Die Schleifen der jeweiligen mäanderförmigen Leiterbahn des Abschnitts 610a, 610b können enger ausgeführt sein als die Schleifen der mäanderförmigen Leiterbahn des Abschnitts 620a, 620b der Spannungszuführungselemente 600a, 600b.The transition between each section 610a . 610b and the respective section 620a . 620b the voltage supply elements 600a . 600b optionally at the free or at the fixed end of the piezoelectric layer stack 100 lie. The loops of the respective meandering track of the section 610a . 610b can be made narrower than the loops of the meandering track of the section 620a . 620b the voltage supply elements 600a . 600b ,

2A zeigt eine Draufsicht auf die Seitenfläche S100a des piezoelektrischen Aktorbauelements 1000. 2B zeigt eine räumliche Ansicht des piezoelektrischen Aktorbauelements 1000 mit der Seitenfläche S100a. Auf der Seitenfläche S100a ist die Außenelektrodenschicht 300a angeordnet. Auf der Außenelektrodenschicht 300a ist eingebettet in die Kontaktschicht 400a der Abschnitt 610a des Spannungszuführungselements 600a angeordnet. Der Übergang zwischen dem Abschnitt 610a des Spannungszuführungselements 600a und dem Abschnitt 620a des Spannungszuführungselement 600a ist hier beispielsweise an dem fixen Ende des piezoelektrischen Schichtstapels vorgesehen. Der Abschnitt 620a des Spannungszuführungselements 600a ist über einem Teil des Abschnitts 610a des Spannungszuführungselements 600a angeordnet. Wie in den 2A und 2B gezeigt, weisen beide Abschnitte 610a und 620a des Spannungszuführungselements 600a den mäanderförmigen Verlauf auf. 2A shows a plan view of the side surface S100a of the piezoelectric Aktorbauelements 1000 , 2 B shows a spatial view of the piezoelectric Aktorbauelements 1000 with the side surface S100a. On the side surface S100a is the outer electrode layer 300a arranged. On the outer electrode layer 300a is embedded in the contact layer 400a the section 610a the voltage supply element 600a arranged. The transition between the section 610a the voltage supply element 600a and the section 620a the voltage supply element 600a is here, for example, provided at the fixed end of the piezoelectric layer stack. The section 620a the voltage supply element 600a is over part of the section 610a the voltage supply element 600a arranged. As in the 2A and 2 B shown, have both sections 610a and 620a the voltage supply element 600a the meandering course on.

Die Kontaktschicht 400a beziehungsweise 400b kann eine Breite, die schmäler als eine Breite der Außenelektrodenschicht 300a beziehungsweise 300b ist, aufweisen. Die Kontaktschicht 400a beziehungsweise 400b braucht somit nicht über die gesamte Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b des Stapels aufgetragen zu sein. Das Material der Kontaktschicht 400a, 400b kann Sintersilber enthalten. Das Material der Kontaktschicht 400a, 400b ist zwischen der Außenelektrodenschicht 300a, 300b und dem jeweiligen Abschnitt 610a, 610b der Spannungszuführungselemente 600a, 600b angeordnet. The contact layer 400a respectively 400b can have a width that is narrower than a width of the outer electrode layer 300a respectively 300b is, have. The contact layer 400a respectively 400b thus need not be applied over the entire side surface S100a or S100b of the stack. The material of the contact layer 400a . 400b may contain sintered silver. The material of the contact layer 400a . 400b is between the outer electrode layer 300a . 300b and the respective section 610a . 610b the voltage supply elements 600a . 600b arranged.

Der piezoelektrische Schichtstapel 100 weist neben den Seitenflächen S100a, S100b eine Seitenfläche S100c und eine der Seitenfläche gegenüberliegende Seitenfläche S100d auf. Die Elektrodenschichten 120, 130 erstrecken sich in dem piezoelektrischen Schichtstapel 100 von der Seitenfläche S100c bis zu der Seitenfläche S100d. Die Seitenflächen S100c und S100d bilden somit die aktiven Flächen des piezoelektrischen Schichtstapels. Das Passivierungsmaterial 200 kann auf den aktiven Seitenflächen S100c und S100d angeordnet sein. Darüber hinaus kann das Passivierungsmaterial 200 auch auf den Seitenflächen S100a und S100b beziehungsweise auf den Außenelektrodenschichten 300a, 300b, auf den Kontaktschichten 400a, 400b und dem Abschnitt 610a, 610b der Spannungszuführungselemente 600a, 600b vorgesehen sein. Das Passivierungsmaterial kann auf den Seitenflächen S100a und S100b teilweise vorhanden sein. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform ist auf den Seitenflächen S100a und S100b kein Passivierungsmaterial vorhanden.The piezoelectric layer stack 100 has, in addition to the side surfaces S100a, S100b, a side surface S100c and a side surface S100d opposite to the side surface. The electrode layers 120 . 130 extend in the piezoelectric layer stack 100 from the side surface S100c to the side surface S100d. The side surfaces S100c and S100d thus form the active surfaces of the piezoelectric layer stack. The passivation material 200 may be disposed on the active side surfaces S100c and S100d. In addition, the passivation material 200 also on the side surfaces S100a and S100b or on the outer electrode layers 300a . 300b , on the contact layers 400a . 400b and the section 610a . 610b the voltage supply elements 600a . 600b be provided. The passivation material may be partially present on the side surfaces S100a and S100b. In another possible embodiment, no passivation material is present on the side surfaces S100a and S100b.

Die Anordnung aus dem piezoelektrischen Schichtstapel 100 und der Außenkontaktierung aus den Außenelektrodenschichten 300a, 300b, der Kontaktschicht 400a, 400b, den Kontaktierungselementen 500a, 500b und den Spannungszuführungselementen 600a, 600b können von einem Vergussmaterial 700 umgeben sein. 3 zeigt eine Ausführungsform des piezoelektrischen Aktorbauelements 1000, bei dem der piezoelektrische Schichtstapel 100 sowie die Außenkontaktierung von dem Vergussmaterial 700 umgeben sind. Dadurch ist das piezoelektrische Aktorbauelement leicht zu handhaben und insbesondere vor Feuchtigkeit geschützt. The arrangement of the piezoelectric layer stack 100 and the external contact of the outer electrode layers 300a . 300b , the contact layer 400a . 400b , the contacting elements 500a . 500b and the voltage supply elements 600a . 600b can from a potting material 700 be surrounded. 3 shows an embodiment of the piezoelectric Aktorbauelements 1000 in which the piezoelectric layer stack 100 and the external contact of the potting material 700 are surrounded. That's it easy to handle piezoelectric Aktorbauelement and especially protected from moisture.

Zum Schutz vor einer mechanischen Beschädigung kann die Anordnung aus dem piezoelektrischen Schichtstapel 100, der Außenkontaktierung und dem Vergussmaterial 700 von einer Hülse 800 umgeben sein. Die Hülse 800 kann beispielsweise ein Material aus Polybutylenterephthalat enthalten. To protect against mechanical damage, the arrangement of the piezoelectric layer stack 100 , the external contacting and the potting material 700 from a sleeve 800 be surrounded. The sleeve 800 For example, it may contain a material of polybutylene terephthalate.

Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Aktorbauelements angegeben. Zum Herstellen des piezoelektrischen Aktorbauelements 1000 wird zunächst ein Stapel 100 aus piezoelektrischen Schichten 110 und jeweils dazwischen angeordneten Elektrodenschichten 120, 130 bereitgestellt. Die piezoelektrischen Schichten 110 enthalten eine Materialmischung aus Bleizirkontitanat und Neodym und Kalium. Optional kann in der Materialmischung zusätzlich noch Kupfer enthalten sein. In dem piezoelektrischen Schichtstapel 100 sind die Elektrodenschichten 120 und 130 zwischen der Seitenfläche S100a und der Seitenfläche S100b des piezoelektrischen Schichtstapels alternierend angeordnet. Jede der Elektrodenschichten 120, 130 erstreckt sich in einer jeweiligen Ebene E1, E2, die senkrecht zu einer Längsrichtung des Stapels 100 verläuft, in das Innere des Schichtstapels 100. In the following, a method for producing the piezoelectric Aktorbauelements is given. For producing the piezoelectric Aktorbauelements 1000 will be a stack first 100 made of piezoelectric layers 110 and each electrode layers disposed therebetween 120 . 130 provided. The piezoelectric layers 110 contain a material mixture of lead zirconate and neodymium and potassium. Optionally, copper may additionally be contained in the material mixture. In the piezoelectric layer stack 100 are the electrode layers 120 and 130 is alternately arranged between the side surface S100a and the side surface S100b of the piezoelectric layer stack. Each of the electrode layers 120 . 130 extends in a respective plane E1, E2, which is perpendicular to a longitudinal direction of the stack 100 runs, into the interior of the layer stack 100 ,

Die Isolationszone I1, in der die Elektrodenschichten 120 nicht enthalten und die Elektrodenschichten 130 enthalten sind, kann durch Ätzen der Elektrodenschichten 120 in den Stapel 100 eingebracht werden. Dabei können Gräben 140 in die Isolationszone I1 geätzt werden. Durch partielles Ätzen oder Sprühätzen können beispielsweise Endbereiche jeder zweiten der Elektrodenschichten 120 entfernt werden. Dabei wird ein Material der Elektrodenschichten 120 aus dem Stapel 100 derart entfernt, dass ein jeweiliges Ende E120 der Elektrodenschichten 120 in einem Abstand von der Seitenfläche S100a des Stapels entfernt angeordnet ist. Der Abstand entspricht der Breite der Isolationszone I1. The isolation zone I1, in which the electrode layers 120 not included and the electrode layers 130 may be contained by etching the electrode layers 120 in the pile 100 be introduced. This can be ditches 140 etched in the isolation zone I1. By partial etching or spray etching, for example, end regions of each second of the electrode layers 120 be removed. In this case, a material of the electrode layers 120 from the pile 100 such that a respective end E120 of the electrode layers 120 is disposed at a distance from the side surface S100a of the stack. The distance corresponds to the width of the isolation zone I1.

Die Isolationszone I2, in der die Elektrodenschichten 120 enthalten und die Elektrodenschichten 130 nicht enthalten sind, kann durch Ätzen der Elektrodenschichten 130 in den Stapel 100 eingebracht werden. Dabei können Gräben 150 in die Isolationszone I2 geätzt werden. Durch partielles Ätzen oder Sprühätzen können beispielsweise Endbereiche jeder zweiten der Elektrodenschichten 130 entfernt werden. Dabei wird ein Material der Elektrodenschichten 130 aus dem Stapel 100 derart entfernt, dass ein jeweiliges Ende E130 der Elektrodenschichten 130 in einem Abstand, der der Breite der Isolationszone I2 entspricht, von der zweiten Seitenfläche S100b entfernt angeordnet ist. The isolation zone I2, in which the electrode layers 120 included and the electrode layers 130 can not be included, by etching the electrode layers 130 in the pile 100 be introduced. This can be ditches 150 etched in the isolation zone I2. By partial etching or spray etching, for example, end regions of each second of the electrode layers 130 be removed. In this case, a material of the electrode layers 130 from the pile 100 such that a respective end E130 of the electrode layers 130 at a distance corresponding to the width of the isolation zone I2, away from the second side surface S100b.

Durch das Ätzen der Elektrodenschichten 120, 130 kann der Abstand zwischen dem jeweiligen Ende E120, E130 der Elektrodenschichten 120, 130 und der Seitenfläche S100a, S100b sehr klein sein. Der Abstand beziehungsweise die Breite der Isolationszonen I1, I2 kann zwischen 50 µm und 200 µm betragen. Aufgrund der geringen Breite der Isolationszonen weist das piezoelektrische Aktorbauelement eine hohe Leistungsdichte im Keramikvolumen des piezoelektrischen Schichtstapels auf.By etching the electrode layers 120 . 130 For example, the distance between the respective ends E120, E130 of the electrode layers 120 . 130 and the side surface S100a, S100b be very small. The distance or the width of the isolation zones I1, I2 can be between 50 μm and 200 μm. Due to the small width of the isolation zones, the piezoelectric actuator component has a high power density in the ceramic volume of the piezoelectric layer stack.

Die Außenelektrodenschicht 300a wird auf der Seitenfläche S100a des Stapels angeordnet. Die Außenelektrodenschicht 300b wird auf der Seitenfläche S100b des Stapels 100 angeordnet. Die Kontaktschicht 400a wird auf der Außenelektrodenschicht 300a angeordnet. Die Kontaktschicht 400b wird auf der Außenelektrodenschicht 300b angeordnet. The outer electrode layer 300a is placed on the side surface S100a of the stack. The outer electrode layer 300b is on the side surface S100b of the stack 100 arranged. The contact layer 400a is on the outer electrode layer 300a arranged. The contact layer 400b is on the outer electrode layer 300b arranged.

Das Spannungszuführungselement 600a zur Zuführung einer Spannung zu der Außenelektrodenschicht 300a wird mit der Kontaktschicht 400a kontaktiert. Das Spannungszuführungselement 600a kann mit einem Abschnitt 610a und einem Abschnitt 620a bereitgestellt werden. Der Abschnitt 610a des Spannungszuführungselements 600a kann in die Kontaktschicht 400a eingebettet werden. Der Abschnitt 620a des Spannungszuführungselements 600a kann außerhalb der Kontaktschicht 400a angeordnet werden. Der Abschnitt 620a des Spannungszuführungselements 600a kann über zumindest einem Teil des Abschnitts 600a des Spannungszuführungselements 600a angeordnet werden. The voltage supply element 600a for supplying a voltage to the outer electrode layer 300a comes with the contact layer 400a contacted. The voltage supply element 600a can with a section 610a and a section 620a to be provided. The section 610a the voltage supply element 600a can in the contact layer 400a be embedded. The section 620a the voltage supply element 600a can outside the contact layer 400a to be ordered. The section 620a the voltage supply element 600a can about at least part of the section 600a the voltage supply element 600a to be ordered.

Das Spannungszuführungselement 600b zur Zuführung einer Spannung zu der Außenelektrodenschicht 300b wird mit der Kontaktschicht 400b kontaktiert. Das Spannungszuführungselement 600b weist einen Abschnitt 610b und einen Abschnitt 620b auf. Der Abschnitt 610b des Spannungszuführungselements 600b wird in die Kontaktschicht 400b eingebettet. Der Abschnitt 620b des Spannungszuführungselements 600b wird außerhalb der Kontaktschicht 400b angeordnet. Der Abschnitt 620b des Spannungszuführungselements 600b kann über zumindest einem Teil des Abschnitts 610a des Spannungszuführungselements 600b angeordnet werden.The voltage supply element 600b for supplying a voltage to the outer electrode layer 300b comes with the contact layer 400b contacted. The voltage supply element 600b has a section 610b and a section 620b on. The section 610b the voltage supply element 600b gets into the contact layer 400b embedded. The section 620b the voltage supply element 600b is outside the contact layer 400b arranged. The section 620b the voltage supply element 600b can about at least part of the section 610a the voltage supply element 600b to be ordered.

Zur Fixierung der Spannungszuführungselemente 600a, 600a an die Kontaktschichten 400a, 400b wird das Material der Kontaktschichten gesintert. Die Kontaktschichten 400a, 400b können beispielsweise Sintersilber enthalten. Das Sintersilber sintert bei Temperaturen kleiner als 500 °C. Nach dem Sintern bestehen die Kontaktschichten 400a, 400b aus reinem Silber.For fixing the voltage supply elements 600a . 600a to the contact layers 400a . 400b the material of the contact layers is sintered. The contact layers 400a . 400b For example, they may contain sintered silver. The sintered silver sinters at temperatures below 500 ° C. After sintering, the contact layers exist 400a . 400b made of pure silver.

Die Gräben 140 und 150 werden durch Kapillarpassivieren mit dem Passivierungsmaterial 200 gefüllt. Dabei dienen die Kontaktschichten 400a, 400b als Barriere, die ein Kriechen des Passivierungsmaterials entlang der Seitenfläche S100a und der Seitenfläche S100b des piezoelektrischen Schichtstapels verhindert. Somit können die Gräben 140, 150 ohne Lufteinschlüsse mit dem Passivierungsmaterial 200 gefüllt werden. Des Weiteren werden die aktiven Seitenflächen S100c und S100d passiviert. Die Seitenflächen S100a und S100b können vollflächig, teilweise oder gar nicht passiviert werden.The trenches 140 and 150 are made by capillary passivation with the passivation material 200 filled. The contact layers serve here 400a . 400b as a barrier which prevents creep of the passivation material along the side surface S100a and the side surface S100b of the piezoelectric layer stack. Thus, the trenches 140 . 150 without air pockets with the passivation material 200 be filled. Furthermore, the active side surfaces S100c and S100d are passivated. The side surfaces S100a and S100b can be passively, partially or not passivated.

Zum Anlegen einer Spannung an die Elektrodenschichten 120 wird das Kontaktierungselement 500a mit dem Spannungszuführungselement 600a kontaktiert. Das Kontaktierungselement 500a wird mit dem Abschnitt 620a des Spannungszuführungselements 600a kontaktiert. Das Kontaktierungselement 500b wird zum Anlegen einer Spannung an die Elektrodenschichten 130 mit dem Spannungszuführungselement 600b kontaktiert. Das Kontaktierungselement 500b wird mit dem Abschnitt 620b des Spannungszuführungselements 600b kontaktiert. For applying a voltage to the electrode layers 120 becomes the contacting element 500a with the voltage supply element 600a contacted. The contacting element 500a will with the section 620a the voltage supply element 600a contacted. The contacting element 500b is used to apply a voltage to the electrode layers 130 with the voltage supply element 600b contacted. The contacting element 500b will with the section 620b the voltage supply element 600b contacted.

Die Anordnung aus dem Stapel 100, den Außenelektrodenschichten 300a, 300b, den Kontaktschichten 400a, 400b, den Kontaktierungselementen 500a, 500b und den Spannungszuführungselementen 600a, 600b kann mit einem Vergussmaterial 700 umgeben werden. Optional kann die Anordnung in einer Hülse 800 angeordnet werden. Die Hülse 800 kann mit dem Vergussmaterial 700 befüllt werden. The arrangement from the stack 100 , the outer electrode layers 300a . 300b , the contact layers 400a . 400b , the contacting elements 500a . 500b and the voltage supply elements 600a . 600b can with a potting material 700 be surrounded. Optionally, the arrangement in a sleeve 800 to be ordered. The sleeve 800 can with the potting material 700 be filled.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: piezoelektrischer Schichtstapel piezoelectric layer stack
110110: piezoelektrische Schichten piezoelectric layers
120120: Elektrodenschichten electrode layers
130130: Elektrodenschichten electrode layers
140, 150140, 150: Gräben trenches
200200: Passivierungsmaterial passivation
300a, 300b300a, 300b: Außenelektrodenschicht Outer electrode layer
400a, 400b400a, 400b: Kontaktschicht contact layer
500a, 500b500a, 500b: Kontaktierungselement contacting
600a, 600b600a, 600b: Spannungszuführungselement Voltage supply element
700700: Vergussmaterial grout
800800: Hülse shell
10001000: piezoelektrisches Aktorbauelement piezoelectric actuator component
I1, I2I1, I2: Isolationszone isolation zone

Claims

Piezoelektrisches Aktorbauelement, umfassend: einen Stapel (100) aus piezoelektrischen Schichten (110) und jeweils dazwischen angeordneten Elektrodenschichten (120, 130), wobei die piezoelektrischen Schichten (110) eine Materialmischung aus Bleizirkontitanat und Neodym und Kalium und Kupfer enthalten.A piezoelectric actuator device comprising: a stack ( 100 ) of piezoelectric layers ( 110 ) and interposed electrode layers ( 120 . 130 ), wherein the piezoelectric layers ( 110 ) Contain a material mixture of lead zirconate and neodymium and potassium and copper.

Piezoelektrisches Aktorbauelement, nach Anspruch 1, wobei die Materialmischung zusätzlich Kupfer enthält. Piezoelectric actuator component according to claim 1, wherein the material mixture additionally contains copper.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, – wobei der Stapel (100) eine erste Seitenfläche (S100a) und eine zweite Seitenfläche (S100b) aufweist, wobei erste und zweite der Elektrodenschichten (120, 130) zwischen der ersten und zweiten Seitenfläche (S100a, S100b) angeordnet sind, – wobei sich die ersten Elektrodenschichten (120) ausgehend von der ersten Seitenfläche (S100a) bis in einem Abstand zu der zweiten Seitenfläche (S100b) in den Stapel (100) erstrecken, – wobei sich die zweiten Elektrodenschichten (130) ausgehend von der zweiten Seitenfläche (S100b) bis in einem Abstand zu der ersten Seitenfläche (S100a) in den Stapel (100) erstrecken, – wobei der Abstand zwischen 50 µm und 200 µm beträgt.Piezoelectric actuator component according to one of Claims 1 or 2, - the stack ( 100 ) has a first side surface (S100a) and a second side surface (S100b), wherein first and second of the electrode layers ( 120 . 130 ) are arranged between the first and second side surfaces (S100a, S100b), the first electrode layers ( 120 ) starting from the first side surface (S100a) at a distance to the second side surface (S100b) in the stack ( 100 ), - wherein the second electrode layers ( 130 ) starting from the second side surface (S100b) at a distance to the first side surface (S100a) in the stack ( 100 ), the distance being between 50 μm and 200 μm.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, – wobei die ersten und zweiten Elektrodenschichten (120, 130) in dem Stapel (100) alternierend in Längsrichtung des Stapels angeordnet sind, – wobei jede der ersten und zweiten Elektrodenschichten (120, 130) in dem Stapel (100) in einer jeweiligen Ebene (E1, E2), die senkrecht zur Längsrichtung des Stapels (100) verläuft, angeordnet ist.Piezoelectric actuator component according to one of claims 1 to 3, - wherein the first and second electrode layers ( 120 . 130 ) in the stack ( 100 ) are arranged alternately in the longitudinal direction of the stack, - wherein each of the first and second electrode layers ( 120 . 130 ) in the stack ( 100 ) in a respective plane (E1, E2) perpendicular to the longitudinal direction of the stack (E1, E2) 100 ), is arranged.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 3 oder 4, – wobei jede der ersten Elektrodenschichten (120) ein jeweiliges Ende (E120), das in einer jeweiligen Ebene (E1) der ersten Elektrodenschichten in dem Abstand zu der zweiten Seitenfläche (S100b) angeordnet ist, aufweist, – wobei zwischen dem jeweiligen Ende (E120) der ersten Elektrodenschichten (120) und der zweiten Seitenfläche (S100b) des Stapels (100) erste Gräben (140) vorhanden sind, – wobei jede der zweiten Elektrodenschichten (130) ein jeweiliges Ende (E130), das in einer jeweiligen Ebene (E2) der zweiten Elektrodenschichten (130) in dem Abstand zu der ersten Seitenfläche (S100a) angeordnet ist, aufweist, – wobei zwischen dem jeweiligen Ende (E130) der zweiten Elektrodenschichten (130) und der ersten Seitenfläche (S100a) des Stapels (100) zweite Gräben (150) vorhanden sind, – wobei in jedem der ersten Gräben (140) und in jedem der zweiten Gräben (150) ein Passivierungsmaterial (200) enthalten ist.Piezoelectric actuator component according to one of claims 3 or 4, - wherein each of the first electrode layers ( 120 ) has a respective end (E120) disposed in a respective plane (E1) of the first electrode layers at a distance from the second side surface (S100b), wherein between the respective end (E120) of the first electrode layers (E120) 120 ) and the second side surface (S100b) of the stack ( 100 ) first trenches ( 140 ), wherein each of the second electrode layers ( 130 ) a respective end (E130) located in a respective plane (E2) of the second electrode layers (E2) 130 ) is arranged at the distance to the first side surface (S100a), wherein between the respective end (E130) of the second electrode layers ( 130 ) and the first side surface (S100a) of the stack ( 100 ) second trenches ( 150 ), wherein in each of the first trenches ( 140 ) and in each of the second trenches ( 150 ) a passivation material ( 200 ) is included.

Piezoelekrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend: – eine Außenelektrodenschicht (300a, 300b), die auf einer der ersten und zweiten Seitenflächen (S100a, S100b) des Stapels angeordnet ist, – ein Kontaktierungselement (500a, 500b) zum Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Aktorbauelement (1000), – ein Spannungszuführungselement (600a, 600b) zum Zuführen einer Spannung zu der Außenelektrodenschicht (300a, 300b), wobei das Spannungszuführungselement (600a, 600b) mit dem Kontaktierungselement (500a, 500b) verbunden ist, – wobei das Spannungszuführungselement (600a, 600b) als eine Leiterbahn mit mäanderförmigem Verlauf ausgebildet ist.Piezoelectric actuator component according to one of claims 1 to 5, comprising: An outer electrode layer ( 300a . 300b ) disposed on one of the first and second side surfaces (S100a, S100b) of the stack, - a contacting element ( 500a . 500b ) for applying a voltage to the piezoelectric actuator component ( 1000 ), - a voltage supply element ( 600a . 600b ) for supplying a voltage to the outer electrode layer ( 300a . 300b ), wherein the voltage supply element ( 600a . 600b ) with the contacting element ( 500a . 500b ), the voltage supply element ( 600a . 600b ) is formed as a conductor with a meandering course.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach Anspruch 6, umfassend: – eine Kontaktschicht (400a, 400b), die auf der Außenelektrodenschicht (300a, 300b) angeordnet ist, – wobei das Spannungszuführungselement (600a, 600b) einen ersten Abschnitt (610a, 610b), der in der Kontaktschicht (400a, 400b) eingebettet ist, aufweist, – wobei das Spannungszuführungselement (600a, 600b) einen sich an den ersten Abschnitt (610a, 610b) anschließenden zweiten Abschnitt (620a, 620b), der mit dem Kontaktierungselement (500a, 500b) verbunden ist, aufweist.Piezoelectric actuator device according to claim 6, comprising: - a contact layer ( 400a . 400b ) located on the outer electrode layer ( 300a . 300b ) is arranged, - wherein the voltage supply element ( 600a . 600b ) a first section ( 610a . 610b ), which in the contact layer ( 400a . 400b ), wherein - the voltage supply element ( 600a . 600b ) to the first section ( 610a . 610b ) subsequent second section ( 620a . 620b ), which with the contacting element ( 500a . 500b ) is connected.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach Anspruch 7, wobei sich die Kontaktschicht (400a, 400b) und der erste Abschnitt (610a, 610b) des Spannungszuführungselements (600a, 600b) auf der einen der ersten und zweiten Seitenfläche (S100a, S100b) des Stapels entlang eines Abschnitts des Stapels, in dem die ersten und zweiten Elektrodenschichten (120, 130) angeordnet sind, erstrecken.Piezoelectric actuator device according to claim 7, wherein the contact layer ( 400a . 400b ) and the first section ( 610a . 610b ) of the voltage supply element ( 600a . 600b ) on the one of the first and second side surfaces (S100a, S100b) of the stack along a portion of the stack in which the first and second electrode layers (15) 120 . 130 ) are arranged extend.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei der zweite Abschnitt (620a, 620b) des Spannungszuführungselements (600a, 600b) über zumindest einem Teil des ersten Abschnitts (610a, 610b) des Spannungszuführungselements angeordnet ist. Piezoelectric actuator device according to one of claims 7 or 8, wherein the second section ( 620a . 620b ) of the voltage supply element ( 600a . 600b ) over at least part of the first section ( 610a . 610b ) of the voltage supply element is arranged.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der zweite Abschnitt (620a, 620b) des Spannungszuführungselements (600a, 600b) nicht in die Kontaktschicht (400a, 400b) eingebettet ist.Piezoelectric actuator device according to one of claims 7 to 9, wherein the second section ( 620a . 620b ) of the voltage supply element ( 600a . 600b ) not in the contact layer ( 400a . 400b ) is embedded.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Kontaktschicht (400a, 400b) eine Breite, die schmäler als eine Breite der Außenelektrodenschicht (300a, 300b) ist, aufweist.Piezoelectric actuator component according to one of claims 7 to 10, wherein the contact layer ( 400a . 400b ) has a width that is narrower than a width of the outer electrode layer ( 300a . 300b ).

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 11, – wobei der Stapel (100) eine dritte Seitenfläche (S100c) und eine der dritten Seitenfläche gegenüberliegende vierte Seitenfläche (S100d) aufweist, – wobei sich die ersten und zweiten Elektrodenschichten (120, 130) in dem Stapel (100) ausgehend von der dritten Seitenfläche (S100d) bis hin zu der vierten Seitenfläche (S100d) erstrecken, – wobei das Passivierungsmaterial (200) auf der dritten und vierten Seitenfläche (S100a, S100b, S100c, S100d) des Stapels angeordnet ist.Piezoelectric actuator component according to one of Claims 5 to 11, - the stack ( 100 ) has a third side surface (S100c) and a fourth side surface (S100d) opposite to the third side surface, wherein the first and second electrode layers (S100d) 120 . 130 ) in the stack ( 100 ) extending from the third side surface (S100d) to the fourth side surface (S100d), - wherein the passivation material ( 200 ) is disposed on the third and fourth side surfaces (S100a, S100b, S100c, S100d) of the stack.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 12, umfassend: – ein Vergussmaterial (700), – wobei der Stapel (100), die Außenelektrodenschicht (300a, 300b), die Kontaktschicht (400a, 400b), das Kontaktierungselement (500a, 500b) und das Spannungszuführungselement (600a, 600b) von dem Vergussmaterial (700) umgeben sind. Piezoelectric actuator component according to one of claims 7 to 12, comprising: - a potting material ( 700 ), - the stack ( 100 ), the outer electrode layer ( 300a . 300b ), the contact layer ( 400a . 400b ), the contacting element ( 500a . 500b ) and the voltage supply element ( 600a . 600b ) of the potting material ( 700 ) are surrounded.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach Anspruch 13, umfassend: – eine Hülse (800), – wobei das Vergussmaterial (700) von der Hülse (800) umgeben ist.A piezoelectric actuator device according to claim 13, comprising: - a sleeve ( 800 ), - the casting material ( 700 ) of the sleeve ( 800 ) is surrounded.

Piezoelektrisches Aktorbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei die Kontaktschicht (400a, 400b) Sintersilber enthält.Piezoelectric actuator component according to one of claims 7 to 14, wherein the contact layer ( 400a . 400b ) Contains sintered silver.