EP2215668A1 - Piezoelectric component with outer contacting having gas-phase deposition, method for manufacturing the component and use of the component - Google Patents

Piezoelectric component with outer contacting having gas-phase deposition, method for manufacturing the component and use of the component

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EP2215668A1
EP2215668A1 EP08856710A EP08856710A EP2215668A1 EP 2215668 A1 EP2215668 A1 EP 2215668A1 EP 08856710 A EP08856710 A EP 08856710A EP 08856710 A EP08856710 A EP 08856710A EP 2215668 A1 EP2215668 A1 EP 2215668A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
electrode
piezoelectric
outer electrode
vapor deposition
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08856710A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Axel Ganster
Susanne Kornely
Carsten Schuh
Jörg ZAPF
Stefan Denneler
Andreas Wolff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2215668A1 publication Critical patent/EP2215668A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/872—Connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. external electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/063—Forming interconnections, e.g. connection electrodes of multilayered piezoelectric or electrostrictive parts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Definitions

  • Piezoelectric device with external contact which has a vapor deposition, method of manufacturing the component and use of the component
  • the invention relates to a piezoelectric component with external contact, which has a vapor deposition.
  • a method for producing the component and a use of the component are presented.
  • Piezoelectric components are used for example in automotive technology for controlling fuel injection valves.
  • the core of these components is a piezoelectric element, in which an electrode layer and a further electrode layer are arranged one above the other. Between the electrode layers is a piezoelectric layer.
  • the piezoelectric layer consists for example of a piezoceramic such as lead zirconate titanate (PZT).
  • PZT lead zirconate titanate
  • the piezoelectric components are designed in multi-layer design.
  • Piezoelement stack arranged.
  • electrode layers internal electrodes
  • piezoelectric layers are alternately arranged one above the other.
  • a so-called multi-layer capacitor structure is realized for contacting the electrode layers.
  • the electrode layers are alternately at different side surfaces of the piezoelectric element and thus at different Side surfaces of the piezo element stack guided and contacted there electrically.
  • the electrode layers do not delimit the piezoelectric layer arranged therebetween in a full-surface manner.
  • the non-flat arrangement leads to piezoelectrically active and piezoelectrically inactive areas. In these areas different electrical fields are coupled. Due to the different electric fields, different deflections and thus mechanical stresses occur. This mechanical
  • An alternative variant is the so-called fully active piezoelectric actuator.
  • the electrode layers and the further electrode layers delimit the piezoelectric layers arranged therebetween in a full-surface manner.
  • a substantially identical electric field is coupled into the entire piezoelectric layer.
  • the electrode layers it is necessary for the electrode layers to be electrically individually controllable. It must be ensured that the electrode layers can be applied independently of one another with the corresponding electrical potentials.
  • the object of the present invention is therefore to show how the electrode layers of a piezoelectric element of a piezoelectric component can be contacted electrically independently of one another and with a high current carrying capacity.
  • a piezoelectric component is provided with at least one stacked piezoelectric element having at least one electrode layer with Elektrodenmate ⁇ al, at least one further electrode layer with further electrode material and at least one disposed between the electrode layers piezoelectric layer with piezoelectric material in the stacking direction, wherein the electrode layer to extends on at least one lateral surface portion of the piezoelectric element, on the lateral surface portion an electrical insulation layer is applied, for electrically contacting the electrode layer in the insulating layer at least one electrical via is present and the electrical via has at least one directly applied to the electrode layer electrically conductive vapor deposition layer.
  • the further electrode layer is guided to a side surface of the piezoelectric element.
  • the electrode layer extends to at least one further lateral surface section of the piezoelectric element, wherein a further electrical insulation layer is applied to the further lateral surface section, at least one further electrical via is present for the electrical contacting of the further electrode layer in the further insulation layer and the further electrical via is at least one has further, applied directly to the electrode layer electrically conductive vapor deposition layer.
  • a method for producing the piezoelectric component is also specified with the following method steps: a) providing at least one stacked piezoelectric element with an electrode layer, at least one further electrode layer and at least one arranged between the electrode layers piezoelectric layer, wherein the electrode layer up to a b) applying at least one electrical insulation layer to the surface section such that the electrode layer is freely accessible, c) applying an electrical via with at least one vapor deposition layer on the electrode layer by means of a gas phase deposition method and d) applying an outer electrode, see above that the outer electrode and the electrode layer are electrically contacted indirectly via the through-connection and the outer electrode and the further electrode sh not electrically isolated from each other.
  • a piezoelectric element which has at least one further electrode layer, which extends to a further surface portion of the piezoelectric element.
  • the following further method steps are carried out: b ') applying at least one further electrical insulation layer on the further surface section such that the further electrode layer is freely accessible, c') applying a further electrical via with at least one further vapor deposition layer on the further electrode layer by means of a further vapor deposition Method and d ') applying a further outer electrode, so that the further outer electrode and the further electrode layer indirectly via the further through-contacting electrically contacted and the further outer electrode and the electrode layer are electrically isolated from each other.
  • the vapor deposition layer is metallic. Possible gas phase deposition methods for producing the vapor deposition layer are PVD (physical vapor deposition), for example sputtering or vapor deposition, or MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).
  • the contact area between an external contact and the electrode layer is relatively small, since an electrode layer generally only has a layer thickness of 2 ⁇ m to 4 ⁇ m.
  • the metallic particles of the external contact with 5 microns to 20 microns are relatively large, so that it usually comes only to selective contact between the external contact and the electrode layer. With the help of the metallic vapor deposition layer, it is ensured that the exposed electrode layers are contacted completely flat. Thus, the contact area between the very small metal particles of the external contact and the electrode layers of the piezoelectric element is increased.
  • the insulating layer may be made of any insulating material, such as glass, ceramic and plastic.
  • the insulation layer can already be applied pre-structured.
  • the insulation layer is a structured film.
  • an insulating film can be laminated unstructured and subsequently structured. Openings are created in the insulation film. The opening succeeds, for example, by laser ablation. It is also conceivable that a photosensitive insulation film is used. The photosensitive insulating film is photo-patterned so that the electrode layers are exposed at the respective surface portions.
  • the insulation layer can also be applied structured. This succeeds, for example, with the aid of the ink-jet method.
  • an outer electrode with Kunststoffmaschinesmate ⁇ al indirectly over the Gas phase deposition layer with the electrode layer and / or on the further surface portion a further outer electrode with werteremmaschiner mecanicsmaterral indirectly via the further through-connection with the further electrode layer are electrically connected.
  • a further outer electrode with werteremmaschiner mecanicsmaterral indirectly via the further through-connection with the further electrode layer are electrically connected.
  • the piezoelectric component may have a single piezoelectric element described above.
  • the piezoelectric component has a plurality of stacked piezo elements.
  • the piezoelectric component has a multilayer construction with superimposed electrode layers and piezoelectric layers.
  • a piezoelectric component wherein a plurality of piezoelectric elements is arranged one above the other to form a piezoelectric element stack such that the surface sections of the piezoelectric elements form a common stacked surface section, the insulation layers of the piezoelectric elements form a common stacked insulation layer Outside electrodes of the piezoelectric elements form a common stack outer electrode (collecting outer electrode), which is applied to the common stack insulating layer, that the common stack outer electrode and the electrode layers of the piezoelectric elements electrically contacted via the vias of the piezoelectric elements and the common stacking Outer electrode and the other electrode layers of the piezoelectric elements are electrically isolated from each other.
  • the plurality of piezoelectric elements is arranged to the piezoelectric element stack such that the further surface sections of the piezoelectric elements form a common further stacked surface section, the further insulation layers of the piezoelectric elements form a common further stacked insulation layer, the further external electrodes of the piezoelectric elements form a common further stack Form outside electrode (collecting outer electrode), which is applied to the common further stack insulating layer, that the common further stack outer electrode and the further electrode layers of the piezoelectric elements electrically contacted via the further vias of the piezoelectric elements and the common further stack outer electrode and the electrode layers of the piezoelectric elements are electrically isolated from each other.
  • Form outside electrode collector outer electrode
  • the vapor deposition layer and / or the further vapor deposition layer have a layer thickness selected from the range of 10 nm to 5 ⁇ m and in particular a layer thickness selected from the range of 50 nm to 2 ⁇ m. Higher or lower layer thicknesses may also be provided.
  • the vapor deposition layers may each comprise a single layer of a metal deposit.
  • the vapor deposition layer and / or the further vapor deposition layer have a multilayer structure with a plurality of partial vapor deposition layers.
  • the lowest partial contacting layer which is applied directly to a surface portion, consists of a well-adhering layer of titanium, of chromium or of a chromium-nickel alloy.
  • a layer for improving the electrical conductivity is deposited.
  • the via can also be galvanically reinforced.
  • the plated through hole has a galvanic reinforcement applied to the vapor deposition layer.
  • the galvanic reinforcement is, for example, an electrodeposited copper layer.
  • Layer thickness of this layer is several microns, for example, 10 microns and more.
  • the metals mentioned can moreover also be used in the further, electrically conductive components of the piezoelectric
  • Contacting material at least one selected from the group consisting of chromium, gold, copper, nickel, palladium, platinum, titanium and silver metal.
  • the metals mentioned may be present alone or together with other metals as an alloy.
  • the electrode layers and other electrode layers do not limit the piezoelectric layer vollflachig.
  • the electrode layer and the further electrode layer bound the piezoelectric layer completely flat.
  • the piezoelectric component is fully active.
  • the insulation layer, the further insulation layer, the outer electrode and / or the further outer electrode are made stretchable. This means that these components of the expansion and contraction of the
  • a stretchable embodiment relates, for example, the materials used.
  • an insulating material is particularly suitable an elastomer, for example a
  • Silicone elastomer The same applies to the outer electrodes. In a particular embodiment, therefore, the outer electrode and / or the further outer electrode on an electrically conductive adhesive.
  • the conductive adhesive preferably has a silicone elastomer. It is also conceivable that the outer electrode maybeeist a flexible metal mesh.
  • These components are longitudinal or transverse to the stacking direction of the piezoelectric element or to Stacking direction of the piezo element stack structured.
  • the structurings are designed in such a way that the mechanical tensile stresses occurring in the piezoelement stack or in the piezoelement stack due to the expansion and contraction are converted into shear stresses in the abovementioned components.
  • a cross-structuring also leads to an efficient mechanical decoupling of the expansion and contraction of the piezoelectric element or the piezoelectric element stack. A tensile load of the components is reduced.
  • the shape of the via can be used to reduce tensile stresses.
  • the plated-through hole and / or the further plated-through hole have a trapezoidal cross-section.
  • the strains occurring as a result of the electrical activation of the electrode layers are not transformed into pure tensile stresses, but predominantly into bending stresses within the vapor deposition layer. Bending stresses, in particular under fatigue loads, as may occur in piezoelectric components, are for the mostly metallic materials of the
  • Gas phase deposition layer easier to endure than pure tensile stresses. Thus, the reliability of the vapor deposition layer and thus the total contact of the electrode layers is increased.
  • the vapor deposition layers can be limited to the respective electrode layer to be contacted.
  • the vapor deposition is generated only in the opening of the insulating layer or the further insulating layer. This is achieved by covering the areas to which no vapor deposition is to be applied. A cover when applying the other ingredients, such as the insulation layer can also be useful.
  • the insulating layer the further insulating layer, the via, the further via, the outer electrode and / or the further outer electrode is a mask used.
  • the mask may be designed such that the gas phase deposits arise only m the openings of the insulating layer.
  • the gas phase deposits are also produced on the insulating layer. The result is a piezoelectric component in which the
  • Gas phase deposition layer on the insulation layer and / or the further via on the further insulation layer extend.
  • the invention provides the following particular advantages:
  • the electrode layers can be contacted individually and reliably, while at the same time providing efficient electrical insulation to the adjacent electrode layers.
  • FIG. 1 shows a stacked piezoelement in a lateral cross section.
  • FIG. 2 shows a piezoelectric element stack from the side.
  • FIG. 3 shows a section of the piezoelement stack from the side.
  • FIG. 4 shows a detail of a further piezoelement stack from the side.
  • the core of the piezoelectric component 1 is a stacked piezoelectric element 10 which comprises an electrode layer 12, a further electrode layer 13 and a piezoelectric layer 14 arranged in the stacking direction 11 between the two electrodes.
  • the electrode material of the electrode layer and the further electrode material of the further electrode layer are each a silver-palladium alloy.
  • the piezoelectric material of the piezoelectric layer is lead zirconate titanate, ie a piezoceramic.
  • the piezo element is monolithic.
  • each case a piezoelectric component in monolithic multilayer construction. It is a plurality of piezo elements in the
  • Stacking direction 101 arranged one above the other to a piezoelectric element stack 100.
  • the end of the piezoelectric element stack forms in each case a cover plate 110.
  • These cover plates also consist of lead zirconate titanate.
  • the cover plates are piezoelectrically inactive since no electric field is coupled in here.
  • the piezo element stacks are monolithic.
  • the monolithic piezoelectric element stacks are achieved by printing ceramic green films with electrode material and with further electrode material and stacking them on top of one another. The result is a multilayer, piezoceramic
  • the sintering creates a monolithic piezoelectric element stack.
  • the printing of the ceramic green films is carried out in such a way that in the piezo elements of the piezoelectric element stack, the electrode layer and / or the further electrode layer delimit the respective adjacent piezoelectric layer in a full-surface manner.
  • the electrode layer extends to a lateral surface portion 15 of the piezoelectric element.
  • the further electrode layer extends to a further lateral surface section 16 of the piezoelectric element.
  • An insulating layer 19 is applied to the surface section 15 and a further insulation layer 20 is applied to the further surface section.
  • the insulating material and the further insulation material are each a silicone elastomer.
  • the insulating material is a glass in each case.
  • the insulating material is lead zirconate titanate.
  • the insulation layer has an opening on the surface portion above the electrode layer.
  • the electrical feedthrough 17 is incorporated, wherein the gas phase deposition layer 170 is applied directly to the extending to the surface portion electrode layer.
  • an outer electrode 21 is applied on the insulating layer and the vapor deposition layer such that the outer electrode and the electrode layer are indirectly connected to each other electrically via the via.
  • the outer electrode and the further electrode layer are electrically isolated from each other.
  • the outer electrode consists according to a first embodiment of an electrically conductive silicone elastomer.
  • the outer electrode is a metal mesh soldered to the vapor deposition layer.
  • connection has a trapezoidal cross-section 25.
  • the further electrode layer is led to a further lateral surface section 16 of the piezoelectric element.
  • a further insulation layer 20 For electrical contacting or insulation, a further insulation layer 20, a further plated-through hole 18, a further on the further surface portion
  • Gas phase deposition layer 180 and a further outer electrode 22 is present.
  • the vapor deposition layers are titanium layers produced by sputtering with a layer thickness 171 and a further layer thickness 181 of 1 ⁇ m.
  • the layers consist of a chromium-nickel alloy with layer thicknesses of likewise 1 ⁇ m.
  • the vapor deposition layer is multi-layered ( Figure 4). It consists of several partial gas phase deposition layers.
  • the piezoelectric elements are arranged one above the other such that the surface sections of the piezoelectric elements form a common stacked surface section 102.
  • the insulating layers of the piezoelectric elements lead to a common stacked insulating layer 104.
  • the outer electrodes of the piezoelectric elements to a common
  • Stack outer electrode 106 summarized. The same applies to the further electrode layers: The further surface sections of the piezoelectric elements form a further common stacked surface section 103, the further insulation layers of the piezoelectric elements, a further common stacked insulation layer 105 and the further outer electrodes of the piezoelectric elements form another stacked outer electrode 107
  • the stack outer electrode is an electrical connection element 108 attached. Em corresponding further electrical
  • Connection element 109 is attached to the further stack outer electrode. About these connection elements, the voltage supply of the electrode layers and the other takes place Electrode layers. Due to the arrangement of the electrode layers and the further electrode layers and due to their electrical contact or isolation, these can be applied to the electrode layers and the further electrode layers with different electrical potentials.
  • the surface section and the further surface section are arranged on different sides of the piezoelectric element. The contacting of the
  • Electrode layers and the contacting of the further electrode layers takes place on different sides of the piezoelectric element and thus of the piezoelectric element stack.
  • the electrical contacting of the electrode layer and the further electrode layer takes place from the same side of the piezoelectric element and thus from the same side of the piezoelectric element stack.
  • the procedure is as follows: A sintered piezoelectric element stack with a corresponding number of piezoelectric elements is provided. The electrode layers and the further electrode layers of the piezoelectric elements completely flatten the respective piezoelectric layers.
  • the insulation layers are applied.
  • an insulating film is laminated onto the stack surface sections of the piezo element stack.
  • the insulation film is opened by means of laser ablation on the surface sections, to serve the electrode layers and the other electrode layers are to be contacted.
  • the vapor deposition layers are deposited by sputtering.
  • the outer electrodes are applied to the gas phase insulator layers.

Abstract

The invention relates to a piezoelectric component (1) having at least one fully active piezoelement (10) comprising electrode layers (12, 13) and interposed piezoelectric layers (14). The electrode layers are guided to a lateral edge of the piezoelement and contacted there. An insulating layer (19) is applied for electric contacting. The insulating layer has an electric through-plating (17). An electrically conductive gas-phase deposition layer (170) is applied directly to the electrode layer guided up to the lateral surface of the piezoelement by way of deposition from the gas phase in order to improve electric contacting. An external electrode (21, 22) is applied to the gas-phase deposition layer. In the case of several superposed stacked piezo elements (piezoactuator in multi-layer design), the external electrode functions as a collector electrode which connects the electrode layers to each other. The structure according to the invention enables secure contacting of the electrode layers. A fully active piezoceramic multi-layer actuator with the described contacting is used in automobile technology for activating fuel-injection valves.

Description

Beschreibungdescription
Piezoelektrisches Bauteil mit Außenkontaktierung, die eine Gasphasen-Abscheidung aufweist, Verfahren zum Herstellen des Bauteils und Verwendung des BauteilsPiezoelectric device with external contact, which has a vapor deposition, method of manufacturing the component and use of the component
Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Bauteil mit Außenkontaktierung, die eine Gasphasen-Abscheidung aufweist. Daneben werden ein Verfahren zum Herstellen des Bauteils und eine Verwendung des Bauteils vorgestellt.The invention relates to a piezoelectric component with external contact, which has a vapor deposition. In addition, a method for producing the component and a use of the component are presented.
Piezoelektrische Bauteile werden beispielsweise in der Automobiltechnik zur Ansteuerung von Kraftstoffeinspritzventilen verwendet. Kern dieser Bauteile ist ein Piezoelement, bei dem eine Elektrodenschicht und eine weitere Elektrodenschicht übereinander angeordnet sind. Zwischen den Elektrodenschichten befindet sich eine piezoelektrische Schicht. Die piezoelektrische Schicht besteht beispielsweise aus einer Piezokeramik wie Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) . Durch eine Ansteuerung der Elektrodenschichten mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen wird ein elektrisches Feld in die piezoelektrische Schicht eingekoppelt. Aufgrund des eingekoppelten elektrischen Feldes kommt es zu einer Auslenkung (Expansion beziehungsweise Kontraktion) der piezoelektrischen Schicht und damit des Piezoelements .Piezoelectric components are used for example in automotive technology for controlling fuel injection valves. The core of these components is a piezoelectric element, in which an electrode layer and a further electrode layer are arranged one above the other. Between the electrode layers is a piezoelectric layer. The piezoelectric layer consists for example of a piezoceramic such as lead zirconate titanate (PZT). By driving the electrode layers with different electrical potentials, an electric field is coupled into the piezoelectric layer. Due to the coupled-in electric field, there is a deflection (expansion or contraction) of the piezoelectric layer and thus of the piezoelectric element.
Um eine moglicht große Auslenkung bei gleichzeitig möglichst hoher Kraftübertragung zu erzielen, sind die piezoelektrischen Bauteile in Vielschichtbauweise ausgestaltet. Dabei ist eine Vielzahl von Piezoelementen übereinander zu einemIn order to achieve a possible large deflection at the same time as high power transmission, the piezoelectric components are designed in multi-layer design. In this case, a plurality of piezoelectric elements one above the other to a
Piezoelement-Stapel angeordnet. Im Piezoelement-Stapel sind abwechselnd Elektrodenschichten (Innenelektroden) und piezoelektrische Schichten übereinander angeordnet.Piezoelement stack arranged. In the piezo element stack, electrode layers (internal electrodes) and piezoelectric layers are alternately arranged one above the other.
Üblicherweise ist zur Kontaktierung der Elektrodenschichten eine sogenannte Mehrlagenkondensator-Struktur realisiert . Dabei sind die Elektrodenschichten abwechselnd an unterschiedliche Seitenflächen des Piezoelements und damit an unterschiedliche Seitenflachen des Piezoelement-Stapels gefuhrt und dort elektrisch kontaktiert. Insbesondere im Fall von monolithischen Piezoelement-Stapeln ist dabei problematisch, dass die Elektrodenschichten die dazwischen angeordnete piezoelektrische Schicht nicht vollflachig begrenzen. Die nicht vollflachige Anordnung fuhrt zu piezoelektrisch aktiven und piezoelektrisch inaktiven Bereichen. In diese Bereiche werden unterschiedliche elektrische Felder eingekoppelt. Aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Felder kommt es zu unterschiedlichen Auslenkungen und damit zu mechanischen Spannungen. Diese mechanischenUsually, a so-called multi-layer capacitor structure is realized for contacting the electrode layers. In this case, the electrode layers are alternately at different side surfaces of the piezoelectric element and thus at different Side surfaces of the piezo element stack guided and contacted there electrically. In the case of monolithic piezoelement stacks in particular, it is problematic that the electrode layers do not delimit the piezoelectric layer arranged therebetween in a full-surface manner. The non-flat arrangement leads to piezoelectrically active and piezoelectrically inactive areas. In these areas different electrical fields are coupled. Due to the different electric fields, different deflections and thus mechanical stresses occur. This mechanical
Spannungen fuhren in der Regel zu Rissen. Die Risse können an sich toleriert werden. Sie fuhren aber zu einem erheblichen Aufwand hinsichtlich einer an die Seitenflache des Piezoelement-Stapels angebrachten Außenelektrode zur elektrischen Kontaktierung der Elektrodenschichten.Tensions usually lead to cracks. The cracks can be tolerated per se. But they lead to a considerable effort in terms of an attached to the side surface of the piezoelectric element stack outer electrode for electrical contacting of the electrode layers.
Eine dazu alternative Variante stellt der so genannte vollaktive Piezoaktor dar. Bei diesem Piezoaktor begrenzen die Elektrodenschichten und die weiteren Elektrodenschichten die dazwischen angeordneten piezoelektrischen Schichten vollflachig. Dadurch wird in die gesamte piezoelektrische Schicht ein im Wesentlichen gleiches elektrisches Feld eingekoppelt. Dies fuhrt dazu, dass mechanische Spannungen und in Folge davon Risse kaum auftreten. Allerdings ist es dafür erforderlich, dass die Elektrodenschichten elektrisch individuell ansteuerbar sind. Es muss dafür gesorgt werden, dass die Elektrodenschichten unabhängig voneinander mit den entsprechenden elektrischen Potentialen beaufschlagt werden können .An alternative variant is the so-called fully active piezoelectric actuator. In this piezoelectric actuator, the electrode layers and the further electrode layers delimit the piezoelectric layers arranged therebetween in a full-surface manner. As a result, a substantially identical electric field is coupled into the entire piezoelectric layer. This leads to the fact that mechanical stresses and consequently cracks hardly occur. However, it is necessary for the electrode layers to be electrically individually controllable. It must be ensured that the electrode layers can be applied independently of one another with the corresponding electrical potentials.
Es wurde bereits vorgeschlagen, zur elektrischen Kontaktierung der bis an die Seitenfläche des Piezoelement-Stapels Elektrodenschichten zunächst eine Isolationsschicht aufzutragen. Nachfolgend wird die Isolationsschicht selektiv geöffnet. Durch die Offnungen hindurch wird eineIt has already been proposed to initially apply an insulating layer to make electrical contact with the electrode layers up to the side surface of the piezoelectric element stack. Subsequently, the insulation layer is selectively opened. Through the openings is a
Außenkontaktierung mit metallischen Partikeln angebracht, die einen Partikeldurchmesser von 5 μm bis 20 μm aufweisen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, aufzuzeigen, wie die Elektrodenschichten eines Piezoelements eines piezoelektrischen Bauteils elektrisch unabhängig voneinander und mit einer hohen Stromtragfahigkeit kontaktiert werden können.External contact with metallic particles attached, which have a particle diameter of 5 microns to 20 microns. The object of the present invention is therefore to show how the electrode layers of a piezoelectric element of a piezoelectric component can be contacted electrically independently of one another and with a high current carrying capacity.
Zur Losung der Aufgabe wird ein piezoelektrisches Bauteil mit mindestens einem stapelformigen Piezoelement, das in Stapelrichtung mindestens eine Elektrodenschicht mit Elektrodenmateπal, mindestens eine weitere Elektrodenschicht mit weiterem Elektrodenmaterial und mindestens eine zwischen den Elektrodenschichten angeordnete piezoelektrische Schicht mit piezoelektrischem Material aufweist angegeben, wobei sich die Elektrodenschicht bis an mindestens einen seitlichen Oberflachenabschnitt des Piezoelements erstreckt, auf den seitlichen Oberflachenabschnitt eine elektrische Isolationsschicht aufgebracht ist, zur elektrischen Kontaktierung der Elektrodenschicht in der Isolationsschicht mindestens eine elektrische Durchkontaktierung vorhanden ist und die elektrische Durchkontaktierung mindestens eine direkt auf die Elektrodenschicht aufgebrachte elektrisch leitende Gasphasenabscheidungsschicht aufweist .To solve the problem, a piezoelectric component is provided with at least one stacked piezoelectric element having at least one electrode layer with Elektrodenmateπal, at least one further electrode layer with further electrode material and at least one disposed between the electrode layers piezoelectric layer with piezoelectric material in the stacking direction, wherein the electrode layer to extends on at least one lateral surface portion of the piezoelectric element, on the lateral surface portion an electrical insulation layer is applied, for electrically contacting the electrode layer in the insulating layer at least one electrical via is present and the electrical via has at least one directly applied to the electrode layer electrically conductive vapor deposition layer.
Vorzugsweise ist auch die weitere Elektrodenschicht bis an eine Seitenflache des Piezoelements gefuhrt. Die weiterePreferably, the further electrode layer is guided to a side surface of the piezoelectric element. The others
Elektrodenschicht erstreckt sich bis an mindestens einen weiteren seitlichen Oberflachenabschnitt des Piezoelements, wobei auf den weiteren seitlichen Oberflachenabschnitt eine weitere elektrische Isolationsschicht aufgebracht ist, zur elektrischen Kontaktierung der weiteren Elektrodenschicht in der weiteren Isolationsschicht mindestens eine weitere elektrische Durchkontaktierung vorhanden ist und die weitere elektrische Durchkontaktierung mindestens eine weitere, direkt auf die Elektrodenschicht aufgebrachte elektrisch leitende Gasphasenabscheidungsschicht aufweist. Zur Losung der Aufgabe wird auch ein Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauteils mit folgenden Verfahrensschritten angegeben : a) Bereitstellen mindestens eines stapelformigen Piezoelements mit einer Elektrodenschicht, mindestens einer weiteren Elektrodenschicht und mindestens einer zwischen den Elektrodenschichten angeordneten piezoelektrischen Schicht, wobei sich die Elektrodenschicht bis an einen seitlichen Oberflachenabschnitt des Piezoelements erstreckt, b) Aufbringen mindestens einer elektrischen Isolationsschicht am Oberflachenabschnitt derart, dass die Elektrodenschicht frei zuganglich ist, c) Aufbringen einer elektrischen Durchkontaktierung mit mindestens einer Gasphasenabscheidungsschicht auf der Elektrodenschicht mittels eines Gasphasenabscheide-Verfahrens und d) Aufbringen einer Außenelektrode, so dass die Außenelektrode und die Elektrodenschicht mittelbar über die Durchkontaktierung elektrisch kontaktiert und die Außenelektrode und die weitere Elektrodenschicht elektrisch voneinander isoliert sind.The electrode layer extends to at least one further lateral surface section of the piezoelectric element, wherein a further electrical insulation layer is applied to the further lateral surface section, at least one further electrical via is present for the electrical contacting of the further electrode layer in the further insulation layer and the further electrical via is at least one has further, applied directly to the electrode layer electrically conductive vapor deposition layer. To solve the problem, a method for producing the piezoelectric component is also specified with the following method steps: a) providing at least one stacked piezoelectric element with an electrode layer, at least one further electrode layer and at least one arranged between the electrode layers piezoelectric layer, wherein the electrode layer up to a b) applying at least one electrical insulation layer to the surface section such that the electrode layer is freely accessible, c) applying an electrical via with at least one vapor deposition layer on the electrode layer by means of a gas phase deposition method and d) applying an outer electrode, see above that the outer electrode and the electrode layer are electrically contacted indirectly via the through-connection and the outer electrode and the further electrode sh not electrically isolated from each other.
Vorzugsweise wird ein Piezoelement bereitgestellt, das mindestens eine weitere Elektrodenschicht aufweist, die sich an einen weiteren Oberflachenabschnitt des Piezoelements erstreckt. Es werden folgende weitere Verfahrensschritten durchgeführt : b' ) Aufbringen mindestens einer weiteren elektrischen Isolationsschicht am weiteren Oberflachenabschnitt derart, dass die weitere Elektrodenschicht frei zuganglich ist, c' ) Aufbringen einer weiteren elektrischen Durchkontaktierung mit mindestens einer weiteren Gasphasenabscheidungsschicht auf der weiteren Elektrodenschicht mittels eines weiteren Gasphasenabscheide -Verfahrens und d' ) Aufbringen einer weiteren Außenelektrode, so dass die weitere Außenelektrode und die weitere Elektrodenschicht mittelbar über die weitere Durchkontaktierung elektrisch kontaktiert und die weitere Außenelektrode und die Elektrodenschicht elektrisch voneinander isoliert sind. Die Gasphasenabscheidungsschicht ist metallisch. Mögliche Gasphasenabscheide-Verfahren zum Herstellen der Gasphasenabscheidungsschicht sind PVD (physical vapour deposition) , also beispielsweise Sputtern oder Aufdampfen, oder MOCVD (metal organic chemical vapour deposition) .Preferably, a piezoelectric element is provided, which has at least one further electrode layer, which extends to a further surface portion of the piezoelectric element. The following further method steps are carried out: b ') applying at least one further electrical insulation layer on the further surface section such that the further electrode layer is freely accessible, c') applying a further electrical via with at least one further vapor deposition layer on the further electrode layer by means of a further vapor deposition Method and d ') applying a further outer electrode, so that the further outer electrode and the further electrode layer indirectly via the further through-contacting electrically contacted and the further outer electrode and the electrode layer are electrically isolated from each other. The vapor deposition layer is metallic. Possible gas phase deposition methods for producing the vapor deposition layer are PVD (physical vapor deposition), for example sputtering or vapor deposition, or MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).
Die Kontaktflache zwischen einer Außenkontaktierung und der Elektrodenschicht ist relativ klein, da eine Elektrodenschicht in der Regel nur eine Schichtdicke von 2 μm bis 4 μm aufweist. Im Gegensatz dazu sind die metallischen Partikel der Außenkontaktierung mit 5 μm bis 20 μm relativ groß, sodass es in der Regel lediglich zu punktuellen Beruhrungen zwischen der Außenkontaktierung und der Elektrodenschicht kommt. Mit Hilfe der metallischen Gasphasenabscheidungsschicht wird dafür gesorgt, dass die freiliegenden Elektrodenschichten vollflachig kontaktiert werden. Somit wird die Kontaktflache zwischen den sehr kleinen Metallpartikeln der Außenkontaktierung und der Elektrodenschichten des Piezoelements vergrößert.The contact area between an external contact and the electrode layer is relatively small, since an electrode layer generally only has a layer thickness of 2 μm to 4 μm. In contrast, the metallic particles of the external contact with 5 microns to 20 microns are relatively large, so that it usually comes only to selective contact between the external contact and the electrode layer. With the help of the metallic vapor deposition layer, it is ensured that the exposed electrode layers are contacted completely flat. Thus, the contact area between the very small metal particles of the external contact and the electrode layers of the piezoelectric element is increased.
Die Isolationsschicht kann aus einem beliebigen Isolationswerkstoff bestehen, beispielsweise Glas, Keramik und Kunststoff. Die Isolationsschicht kann bereits vorstrukturiert aufgebracht werden. Beispielsweise ist die Isolationsschicht eine strukturierte Folie. Ebenso kann eine Isolationsfolie unstrukturiert auflaminiert und nachfolgend strukturiert werden. Es werden Offnungen in der Isolationsfolie erzeugt. Das Offnen gelingt beispielsweise durch Laserablation . Denkbar ist auch, dass eine photoempfindliche Isolationsfolie verwendet wird. Die photoempfindliche Isolationsfolie wird derart photo-strukturiert, dass die Elektrodenschichten an den jeweiligen Oberflachenabschnitten freigelegt werden. Die Isolationsschicht kann aber auch strukturiert aufgebracht werden. Die gelingt beispielsweise mit Hilfe des Ink- Jet-Verfahrens .The insulating layer may be made of any insulating material, such as glass, ceramic and plastic. The insulation layer can already be applied pre-structured. For example, the insulation layer is a structured film. Likewise, an insulating film can be laminated unstructured and subsequently structured. Openings are created in the insulation film. The opening succeeds, for example, by laser ablation. It is also conceivable that a photosensitive insulation film is used. The photosensitive insulating film is photo-patterned so that the electrode layers are exposed at the respective surface portions. The insulation layer can also be applied structured. This succeeds, for example, with the aid of the ink-jet method.
Vorzugsweise sind am Oberflachenabschnitt eine Außenelektrode mit Kontaktierungsmateπal mittelbar über die Gasphasenabscheidungsschicht mit der Elektrodenschicht und/oder am weiteren Oberflachenabschnitt eine weitere Außenelektrode mit werterem Kontaktrerungsmaterral mittelbar über die weitere Durchkontaktierung mit der weiteren Elektrodenschicht elektrisch leitend verbunden sind. Über die Außenkontaktierungen erfolgt die Spannungsversorgung der Elektrodenschichten .Preferably, an outer electrode with Kontaktierungsmateπal indirectly over the Gas phase deposition layer with the electrode layer and / or on the further surface portion a further outer electrode with werterem Kontaktrerungsmaterral indirectly via the further through-connection with the further electrode layer are electrically connected. About the Außenkontaktierungen the voltage supply of the electrode layers.
Das piezoelektrische Bauteil kann ein einziges, oben beschriebenes Piezoelement aufweisen. Vorzugsweise verfugt das piezoelektrische Bauteil über eine Mehrzahl von übereinander gestapelten Piezoelementen auf. Das piezoelektrische Bauteil weist eine Vielschichtbauweise mit übereinander angeordneten Elektrodenschichten und piezoelektrischen Schichten. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung wird daher ein piezoelektrisches Bauteil angegeben, wobei eine Mehrzahl von Piezoelementen übereinander zu einem Piezoelement-Stapel derart angeordnet ist, dass die Oberflachenabschnitte der Piezoelemente einen gemeinsamen Stapel-Oberflachenabschnitt bilden, die Isolationsschichten der Piezoelemente eine gemeinsame Stapel-Isolationsschicht bilden, die Außenelektroden der Piezoelemente eine gemeinsame Stapel-Außenelektrode (Sammel-Außenelektrode) bilden, die derart auf der gemeinsamen Stapel-Isolationsschicht aufgebracht ist, dass die gemeinsame Stapel-Außenelektrode und die Elektrodenschichten der Piezoelemente mittelbar über die Durchkontaktierungen der Piezoelemente elektrisch kontaktiert und die gemeinsame Stapel-Außenelektrode und die weiteren Elektrodenschichten der Piezoelemente elektrisch voneinander isoliert sind.The piezoelectric component may have a single piezoelectric element described above. Preferably, the piezoelectric component has a plurality of stacked piezo elements. The piezoelectric component has a multilayer construction with superimposed electrode layers and piezoelectric layers. According to a particular embodiment, therefore, a piezoelectric component is specified, wherein a plurality of piezoelectric elements is arranged one above the other to form a piezoelectric element stack such that the surface sections of the piezoelectric elements form a common stacked surface section, the insulation layers of the piezoelectric elements form a common stacked insulation layer Outside electrodes of the piezoelectric elements form a common stack outer electrode (collecting outer electrode), which is applied to the common stack insulating layer, that the common stack outer electrode and the electrode layers of the piezoelectric elements electrically contacted via the vias of the piezoelectric elements and the common stacking Outer electrode and the other electrode layers of the piezoelectric elements are electrically isolated from each other.
Vorzugsweise wird die Mehrzahl von Piezoelementen derart zu dem Piezoelement-Stapel angeordnet, dass die weiteren Oberflachenabschnitte der Piezoelemente einen gemeinsamen weiteren Stapel-Oberflachenabschnitt bilden, die weiteren Isolationsschichten der Piezoelemente eine gemeinsame weitere Stapel-Isolationsschicht bilden, die weitere Außenelektroden der Piezoelemente eine gemeinsame weitere Stapel-Außenelektrode (Sammel-Außenelektrode) bilden, die derart auf der gemeinsamen weiteren Stapel-Isolationsschicht aufgebracht ist, dass die gemeinsame weitere Stapel-Außenelektrode und die weitere Elektrodenschichten der Piezoelemente mittelbar über die weitere Durchkontaktierungen der Piezoelemente elektrisch kontaktiert und die gemeinsame weitere Stapel-Außenelektrode und die Elektrodenschichten der Piezoelemente elektrisch voneinander isoliert sind.Preferably, the plurality of piezoelectric elements is arranged to the piezoelectric element stack such that the further surface sections of the piezoelectric elements form a common further stacked surface section, the further insulation layers of the piezoelectric elements form a common further stacked insulation layer, the further external electrodes of the piezoelectric elements form a common further stack Form outside electrode (collecting outer electrode), which is applied to the common further stack insulating layer, that the common further stack outer electrode and the further electrode layers of the piezoelectric elements electrically contacted via the further vias of the piezoelectric elements and the common further stack outer electrode and the electrode layers of the piezoelectric elements are electrically isolated from each other.
Die Gasphasenabscheidungsschicht und/oder die weitere Gasphasenabscheidungsschicht weisen eine aus dem Bereich von 10 nm bis 5 μm und insbesondere eine aus dem Bereich von 50 nm bis 2 μm ausgewählte Schichtdicke auf. Höhere oder niedrigere Schichtdicken können auch vorgesehen sein.The vapor deposition layer and / or the further vapor deposition layer have a layer thickness selected from the range of 10 nm to 5 μm and in particular a layer thickness selected from the range of 50 nm to 2 μm. Higher or lower layer thicknesses may also be provided.
Die Gasphasenabscheidungsschichten können jeweils eine einzige Schicht aus einer Metallabscheidung aufweisen. In einer besonderen Ausgestaltung weisen die Gasphasenabscheidungsschicht und/oder die weitere Gasphasenabscheidungsschicht einen Mehrschichtaufbau mit mehreren Teil-Gasphasenabscheidungsschichten auf. Beispielsweise besteht die unterste Teil-Kontaktierungsschicht, die direkt auf einem Oberflachenabschnitt aufgebracht wird, aus einer gut haftenden Schicht aus Titan, aus Chrom oder aus einer Chrom-Nickel-Legierung. Darüber wird eine Schicht zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit abgeschieden. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit kann die Durchkontaktierung darüber hinaus galvanisch verstärkt sein. In einer besonderen Ausgestaltung weist daher die Durchkontaktierung eine auf der Gasphasenabscheidungsschicht aufgebrachte galvanische Verstärkung auf. Die galvanische Verstärkung ist beispielsweise eine elektrolytisch abgeschiedene Kupferschicht. EineThe vapor deposition layers may each comprise a single layer of a metal deposit. In a particular embodiment, the vapor deposition layer and / or the further vapor deposition layer have a multilayer structure with a plurality of partial vapor deposition layers. For example, the lowest partial contacting layer, which is applied directly to a surface portion, consists of a well-adhering layer of titanium, of chromium or of a chromium-nickel alloy. In addition, a layer for improving the electrical conductivity is deposited. To improve the conductivity, the via can also be galvanically reinforced. In a particular embodiment, therefore, the plated through hole has a galvanic reinforcement applied to the vapor deposition layer. The galvanic reinforcement is, for example, an electrodeposited copper layer. A
Schichtdicke dieser Schicht betragt mehrere μm, beispielsweise 10 μm und mehr.Layer thickness of this layer is several microns, for example, 10 microns and more.
Die genannten Metalle können darüber hinaus auch in den weiteren, elektrisch leitfahigen Komponenten des piezoelektrischenThe metals mentioned can moreover also be used in the further, electrically conductive components of the piezoelectric
Bauteils vorhanden sein. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weisen das Elektrodenmaterial, das weitere Elektrodenmateπal, die Gasphasenabscheidung, die weitere Gasphasenabscheidung, das Kontaktierungsmateπal und/oder das weitereComponent be present. According to a particular embodiment, the electrode material, the further Elektrodenmateπal, the vapor deposition, the further vapor deposition, the Kontaktierungsmateπal and / or the other
Kontaktierungsmaterial mindestens ein aus der Gruppe Chrom, Gold, Kupfer, Nickel, Palladium, Platin, Titan und Silber ausgewähltes Metall auf. Die genannten Metalle können einzeln oder zusammen mit anderen Metallen als Legierung vorliegen.Contacting material at least one selected from the group consisting of chromium, gold, copper, nickel, palladium, platinum, titanium and silver metal. The metals mentioned may be present alone or together with other metals as an alloy.
Mit der vorgeschlagenen Emzelkontaktierung der Elektrodenschichten und der weiteren Elektrodenschichten kann eine Mehrschichtkondensatorstruktur realisiert sein: Die Elektrodenschichten und weiteren Elektrodenschichten begrenzen die piezoelektrische Schicht nicht vollflachig. Vorzugsweise aber begrenzen die Elektrodenschicht und die weitere Elektrodenschicht die piezoelektrische Schicht vollflachig. Das piezoelektrische Bauteil ist voll aktiv.With the proposed emzelkontaktierung of the electrode layers and the other electrode layers, a multilayer capacitor structure can be realized: The electrode layers and other electrode layers do not limit the piezoelectric layer vollflachig. Preferably, however, the electrode layer and the further electrode layer bound the piezoelectric layer completely flat. The piezoelectric component is fully active.
Wegen der Expansion und Kontraktion sind gemäß einer besonderen Ausgestaltung die Isolationsschicht, die weitere Isolationsschicht, die Außenelektrode und/oder die weitere Außenelektrode dehnbar ausgestaltet. Dies bedeutet, dass die diese Bestandteile der Expansion und Kontraktion desBecause of the expansion and contraction, according to a particular embodiment, the insulation layer, the further insulation layer, the outer electrode and / or the further outer electrode are made stretchable. This means that these components of the expansion and contraction of the
Piezoelements und damit des Piezoelement-Stapels folgen können.Piezo elements and thus the piezo element stack can follow.
Eine dehnbare Ausgestaltung betrifft beispielsweise die verwendeten Materialien. Als Isolationsmaterial eignet sich insbesondere ein Elastomer, beispielsweise einA stretchable embodiment relates, for example, the materials used. As an insulating material is particularly suitable an elastomer, for example a
Silikon-Elastomer. Ähnliches gilt für die Außenelektroden. In einer besonderen Ausgestaltung weisen daher die Außenelektrode und/oder die weitere Außenelektrode einen elektrischen Leitklebstoff auf. Bevorzugt weist der Leitklebstoff ein Silikon-Elastomer auf. Denkbar ist aber auch, dass die Außenelektrode ein flexibles Metallgeflecht aufeist.Silicone elastomer. The same applies to the outer electrodes. In a particular embodiment, therefore, the outer electrode and / or the further outer electrode on an electrically conductive adhesive. The conductive adhesive preferably has a silicone elastomer. It is also conceivable that the outer electrode aufeist a flexible metal mesh.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weisen die Isolationsschicht, die weitere Isolationsschicht, die Außenelektrode und/oder die weitere Außenelektrode mindestens eine Langsstrukturierung und/oder eine Querstruktuπerung bezüglich der Stapelrichtung auf. Diese Bestandteile sind längs oder quer zur Stapelrichtung des Piezoelements bzw. zur Stapelrichtung des Piezoelement-Stapels strukturiert. Die Strukturierungen sind derart ausgestaltet, dass die aufgrund der Expansion und Kontraktion im Piezoelement bzw. im Piezoelement-Stapel auftretenden mechanischen Zugspannungen in den oben genannte Bestandteilen in Scherspannungen umgewandelt werden. Eine Querstrukturierung fuhrt zudem zu einer effizienten mechanischen Entkopplung von der Expansion und Kontraktion des Piezoelements bzw. des Piezoelement-Stapels. Eine Zugbelastung der Bestandteile ist reduziert.According to a particular embodiment, the insulation layer, the further insulation layer, the outer electrode and / or the further outer electrode on at least one Langsstrukturierung and / or a Quererstruktuπerung with respect to the stacking direction. These components are longitudinal or transverse to the stacking direction of the piezoelectric element or to Stacking direction of the piezo element stack structured. The structurings are designed in such a way that the mechanical tensile stresses occurring in the piezoelement stack or in the piezoelement stack due to the expansion and contraction are converted into shear stresses in the abovementioned components. A cross-structuring also leads to an efficient mechanical decoupling of the expansion and contraction of the piezoelectric element or the piezoelectric element stack. A tensile load of the components is reduced.
Auch die Form der Durchkontaktierung kann zum Abbau von Zugspannungen genutzt werden. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weisen die Durchkontaktierung und/oder die weitere Durchkontaktierung einen trapezförmigen Querschnitt auf. Die durch die elektrische Ansteuerung der Elektrodenschichten auftretenden Dehnungen werden nicht in reine Zugspannungen, sonder überwiegend in Biegespannungen innerhalb der Gasphasenabscheidungsschicht transformiert. Biegespannungen, insbesondere unter Dauerschwingbelastungen, wie sie bei piezoelektrischen Bauteilen auftreten können, sind für die meistens metallischen Materialien derThe shape of the via can be used to reduce tensile stresses. According to a particular embodiment, the plated-through hole and / or the further plated-through hole have a trapezoidal cross-section. The strains occurring as a result of the electrical activation of the electrode layers are not transformed into pure tensile stresses, but predominantly into bending stresses within the vapor deposition layer. Bending stresses, in particular under fatigue loads, as may occur in piezoelectric components, are for the mostly metallic materials of the
Gasphasenabscheidungsschicht leichter zu ertragen als reine Zugspannungen. Damit wird die Zuverlässigkeit der Gasphasenabscheidungsschicht und damit die der gesamten Kontaktierung der Elektrodenschichten erhöht.Gas phase deposition layer easier to endure than pure tensile stresses. Thus, the reliability of the vapor deposition layer and thus the total contact of the electrode layers is increased.
Die Gasphasenabscheidungsschichten können auf die jeweils zu kontaktierende Elektrodenschicht beschrankt sein. Dazu wird die Gasphasenabscheidung nur in der Öffnung der Isolationsschicht bzw. der weiteren Isolationsschicht erzeugt. Dies gelingt dadurch, dass die Bereiche abgedeckt werden, auf die keine Gasphasenabscheidung aufgebracht werden soll. Eine Abdeckung beim Aufragen der weiteren Bestandteile, z.B. der Isolationsschicht kann ebenfalles sinnvoll sein. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung wird daher zum Aufbringen der Isolationsschicht, der weiteren Isolationsschicht, der Durchkontaktierung, der weiteren Durchkontaktierung, der Außenelektrode und/oder der weiteren Außenelektrode eine Maske verwendet. Im Zusammenhang mit denThe vapor deposition layers can be limited to the respective electrode layer to be contacted. For this purpose, the vapor deposition is generated only in the opening of the insulating layer or the further insulating layer. This is achieved by covering the areas to which no vapor deposition is to be applied. A cover when applying the other ingredients, such as the insulation layer can also be useful. According to a particular embodiment, therefore, for applying the insulating layer, the further insulating layer, the via, the further via, the outer electrode and / or the further outer electrode is a mask used. In connection with the
Gasphasenabscheidungsschichten kann die Maske derart ausgestaltet sein, dass die Gasphasenabscheidungen lediglich m den Offnungen der Isolationsschicht entstehen. Denkbar ist aber insbesondere auch, dass die Gasphasenabscheidungen auch auf der Isolationsschicht erzeugt werden. Es resultiert ein piezoelektrisches Bauteil, bei dem sich dieGas phase deposition layers, the mask may be designed such that the gas phase deposits arise only m the openings of the insulating layer. However, it is also conceivable, in particular, that the gas phase deposits are also produced on the insulating layer. The result is a piezoelectric component in which the
Gasphasenabscheidungsschicht auf die Isolationsschicht und/oder die weitere Durchkontaktierung auf die weitere Isolationsschicht erstrecken.Gas phase deposition layer on the insulation layer and / or the further via on the further insulation layer extend.
Zusammenfassend ergeben sich mit der Erfindung folgende besonderen Vorteile:In summary, the invention provides the following particular advantages:
- Mit Hilfe der strukturierten Isolationsschicht und der strukturierten Außenelektrode ist es möglich, ein voll aktives piezoelektrisches Bauteil bereitzustellen, bei dem die Elektrodenschichten der Piezoelemente einzeln kontaktiert werden.- With the help of the structured insulation layer and the structured outer electrode, it is possible to provide a fully active piezoelectric component, in which the electrode layers of the piezoelectric elements are contacted individually.
- Durch die Verwendung der Isolationsschichten, der Gasphasenabscheidungsschicht und der Außenelektrode können die Elektrodenschichten individuell und zuverlässig kontaktiert werden, wobei gleichzeitig für eine effiziente elektrische Isolierung zu den benachbarten Elektrodenschichten gesorgt ist.By using the insulating layers, the vapor-deposited layer and the outer electrode, the electrode layers can be contacted individually and reliably, while at the same time providing efficient electrical insulation to the adjacent electrode layers.
- Aufgrund der Strukturierung der verwendeten Isolationsschichten resultiert eine flexible Außenkontaktierung, die der Expansion und Kontraktion des piezoelektrischen Bauteils folgen kann. Es resultiert ein Bauteil mit hoher Zuverlässigkeit.- Due to the structuring of the insulation layers used results in a flexible external contact, which can follow the expansion and contraction of the piezoelectric component. The result is a component with high reliability.
Anhand mehrerer Ausfuhrungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden naher erläutert. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreue Abbildung dar. Figur 1 zeigt ein stapelformiges Piezoelement in einem seitlichen Querschnitt.On the basis of several exemplary embodiments and the associated figures, the invention is explained in more detail below. The figures are schematic and do not represent a true to scale illustration. FIG. 1 shows a stacked piezoelement in a lateral cross section.
Figur 2 zeigt einen Piezoelement-Stapel von der Seite.FIG. 2 shows a piezoelectric element stack from the side.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt des Piezoelement-Stapels von der Seite.FIG. 3 shows a section of the piezoelement stack from the side.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Piezoelement-Stapels von der Seite.FIG. 4 shows a detail of a further piezoelement stack from the side.
Kern des piezoelektrischen Bauteils 1 ist ein stapelformiges Piezoelement 10, das aus einer Elektrodenschicht 12, einer weiteren Elektrodenschicht 13 und einer in Stapelrichtung 11 zwischen den beiden Elektroden angeordnete piezoelektrische Schicht 14 aufweist. Das Elektrodenmateπal der Elektrodenschicht und das weitere Elektrodenmateπal der weiteren Elektrodenschicht ist jeweils eine Silber-Palladium-Legierung. Das piezoelektrische Material der piezoelektrischen Schicht ist Blei-Zirkonat-Titanat, also eine Piezokeramik. Das Piezoelement ist monolithisch.The core of the piezoelectric component 1 is a stacked piezoelectric element 10 which comprises an electrode layer 12, a further electrode layer 13 and a piezoelectric layer 14 arranged in the stacking direction 11 between the two electrodes. The electrode material of the electrode layer and the further electrode material of the further electrode layer are each a silver-palladium alloy. The piezoelectric material of the piezoelectric layer is lead zirconate titanate, ie a piezoceramic. The piezo element is monolithic.
Gemäß den Ausfuhrungsbeispielen liegt jeweils ein piezoelektrisches Bauteil in monolithischer Vielschichtbauweise vor. Es ist eine Mehrzahl von Piezoelementen in derAccording to the exemplary embodiments, there is in each case a piezoelectric component in monolithic multilayer construction. It is a plurality of piezo elements in the
Stapelrichtung 101 übereinander zu einem Piezoelement-Stapel 100 angeordnet. Den Abschluss der Piezoelement-Stapel bildet jeweils eine Deckplatte 110. Diese Deckplatten bestehen ebenfalls aus Blei-Zirkonat-Titanat . Allerdings sind die Deckplatten piezoelektrisch inaktiv, da hier kein elektrisches Feld eingekoppelt wird. Die Piezoelement-Stapel sind monolithisch. Die monolithischen Piezoelement-Stapel werden dadurch erzielt, dass keramische Grunfolien mit Elektrodenmaterial und mit weiterem Elektrodenmateπal bedruckt und übereinander gestapelt werden. Es resultiert ein vielschichtiger, piezokeramischerStacking direction 101 arranged one above the other to a piezoelectric element stack 100. The end of the piezoelectric element stack forms in each case a cover plate 110. These cover plates also consist of lead zirconate titanate. However, the cover plates are piezoelectrically inactive since no electric field is coupled in here. The piezo element stacks are monolithic. The monolithic piezoelectric element stacks are achieved by printing ceramic green films with electrode material and with further electrode material and stacking them on top of one another. The result is a multilayer, piezoceramic
Grunkorper, der einer Entbinderung und nachfolgender Sinterung unterzogen wird. Durch das Sintern entsteht ein monolithischer Piezoelement-Stapel . Das Bedrucken der keramischen Grunfolien erfolgt derart, dass in den Piezoelementen des Piezoelement-Stapels die Elektrodenschicht und/oder die weitere Elektrodenschicht die jeweils angrenzende piezoelektrische Schicht vollflachig begrenzen .Grunkorper undergoing debindering and subsequent sintering. The sintering creates a monolithic piezoelectric element stack. The printing of the ceramic green films is carried out in such a way that in the piezo elements of the piezoelectric element stack, the electrode layer and / or the further electrode layer delimit the respective adjacent piezoelectric layer in a full-surface manner.
Die Elektrodenschicht erstreckt sich bis an einen seitlichen Oberflachenabschnitt 15 des Piezoelements . Die weitere Elektrodenschicht erstreckt sich bis an einen weiteren seitlichen Oberflachenabschnitt 16 des Piezoelements. Am Oberflachenabschnitt 15 ist eine Isolationsschicht 19 und am weiteren Oberflachenabschnitt eine weitere Isolationsschicht 20 aufgebracht. Gemäß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel ist das Isolationsmateπal und das weitere Isolationsmaterial jeweils ein Silikon-Elastomer. Gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform ist das Isolationsmaterial jeweils ein Glas. In einer dritten Ausfuhrungsform ist das Isolationsmaterial Blei-Zirkonat-Titanat.The electrode layer extends to a lateral surface portion 15 of the piezoelectric element. The further electrode layer extends to a further lateral surface section 16 of the piezoelectric element. An insulating layer 19 is applied to the surface section 15 and a further insulation layer 20 is applied to the further surface section. According to a first exemplary embodiment, the insulating material and the further insulation material are each a silicone elastomer. According to a second embodiment, the insulating material is a glass in each case. In a third embodiment, the insulating material is lead zirconate titanate.
Die Isolationsschicht weist am Oberflachenabschnitt über der Elektrodenschicht eine Öffnung auf. In der Öffnung ist die elektrische Durchkontaktierung 17 eingearbeitet, wobei direkt auf die sich bis zum Oberflachenabschnitt erstreckende Elektrodenschicht die Gasphasenabscheidungsschicht 170 aufgebracht ist. Auf der Isolationsschicht und der Gasphasenabscheidungsschicht ist eine Außenelektrode 21 derart aufgebracht, dass die Außenelektrode und die Elektrodenschicht mittelbar über die Durchkontaktierung elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dagegen sind die Außenelektrode und die weitere Elektrodenschicht elektrisch voneinander isoliert. Die Außenelektrode besteht gemäß einer ersten Ausfuhrung aus eine elektrisch leitfahigem Silikon-Elastomer. In einer alternativen Ausfuhrungsform ist die Außenelektrode ein auf die Gasphasenabscheidungsschicht gelotetes Metallgeflecht. DieThe insulation layer has an opening on the surface portion above the electrode layer. In the opening, the electrical feedthrough 17 is incorporated, wherein the gas phase deposition layer 170 is applied directly to the extending to the surface portion electrode layer. On the insulating layer and the vapor deposition layer, an outer electrode 21 is applied such that the outer electrode and the electrode layer are indirectly connected to each other electrically via the via. In contrast, the outer electrode and the further electrode layer are electrically isolated from each other. The outer electrode consists according to a first embodiment of an electrically conductive silicone elastomer. In an alternative embodiment, the outer electrode is a metal mesh soldered to the vapor deposition layer. The
Durchkontaktierung weist einen trapezförmigen Querschnitt 25 auf . Die weitere Elektrodenschicht ist bis an einen weiteren seitlichen Oberflachenabschnitt 16 des Piezoelementes gefuhrt. Zur elektrischen Kontaktierung bzw. Isolierung sind am weiteren Oberflachenabschnitt eine weitere Isolationsschicht 20, eine weitere Durchkontaktierung 18, eine weiterThrough connection has a trapezoidal cross-section 25. The further electrode layer is led to a further lateral surface section 16 of the piezoelectric element. For electrical contacting or insulation, a further insulation layer 20, a further plated-through hole 18, a further on the further surface portion
Gasphasenabscheidungsschicht 180 und eine weiter Außenelektrode 22 vorhanden.Gas phase deposition layer 180 and a further outer electrode 22 is present.
Gemäß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel sind die Gasphasenabscheidungsschicht bzw. die weitereAccording to a first exemplary embodiment, the vapor deposition layer or the other
Gasphasenabscheidungsschicht einschichtig (Figur 3) . Die Gasphasenabscheidungsschichten sind mittels Sputtern erzeugte Titanschichten mit einer Schichtdicke 171 bzw. einer weitern Schichtdicke 181 von 1 μm. Alternativ dazu bestehen die Schichten aus einer Chrom-Nickel-Legierung mit Schichtdicken von ebenfalls 1 μm. Alternativ dazu ist die Gasphasenabscheidungsschicht mehrschichtig (Figur 4) . Sie besteht aus mehreren Teil -Gasphasenabscheidungsschichten .Single-layered gas-phase deposition layer (FIG. 3). The vapor deposition layers are titanium layers produced by sputtering with a layer thickness 171 and a further layer thickness 181 of 1 μm. Alternatively, the layers consist of a chromium-nickel alloy with layer thicknesses of likewise 1 μm. Alternatively, the vapor deposition layer is multi-layered (Figure 4). It consists of several partial gas phase deposition layers.
Im Piezoelement-Stapel 100 sind die Piezoelemente derart übereinander angeordnet, dass die Oberflachenabschnitte der Piezoelemente einen gemeinsamen Stapel-Oberflachenabschnitt 102 bilden. Die Isolationsschichten der Piezoelemente fuhren zu einer gemeinsamen Stapel-Isolationsschicht 104. Ebenso sind die Außenelektroden der Piezoelemente zu einer gemeinsamenIn the piezoelectric element stack 100, the piezoelectric elements are arranged one above the other such that the surface sections of the piezoelectric elements form a common stacked surface section 102. The insulating layers of the piezoelectric elements lead to a common stacked insulating layer 104. Likewise, the outer electrodes of the piezoelectric elements to a common
Stapel-Außenelektrode 106 zusammengefasst . Gleiches trifft für die weiteren Elektrodenschichten zu: Die weiteren Oberflachenabschnitte der Piezoelemente bilden einen gemeinsamen weiteren Stapel-Oberflachenabschnitt 103, die weiteren Isolationsschichten der Piezoelemente, eine weitere gemeinsame Stapel-Isolationsschicht 105 und die weiteren Außenelektroden der Piezoelemente eine weitere Stapel-Außenelektrode 107. Zur Spannungsversorgung der Stapel-Außenelektrode ist ein elektrisches Anschlusselement 108 angebracht. Em entsprechendes weiteres elektrischesStack outer electrode 106 summarized. The same applies to the further electrode layers: The further surface sections of the piezoelectric elements form a further common stacked surface section 103, the further insulation layers of the piezoelectric elements, a further common stacked insulation layer 105 and the further outer electrodes of the piezoelectric elements form another stacked outer electrode 107 The stack outer electrode is an electrical connection element 108 attached. Em corresponding further electrical
Anschlusselement 109 ist an die weitere Stapel-Außenelektrode angebracht. Über diese Anschlusselemente erfolgt die Spannungsversorgung der Elektrodenschichten und der weiteren Elektrodenschichten . Auf Grund der Anordnung der Elektrodenschichten und der weiteren Elektrodenschichten und aufgrund rhrer elektrrschen Kontaktrerung bzw. Isolrerung können diese die Elektrodenschichten und die weiteren Elektrodenschichten mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagt werden.Connection element 109 is attached to the further stack outer electrode. About these connection elements, the voltage supply of the electrode layers and the other takes place Electrode layers. Due to the arrangement of the electrode layers and the further electrode layers and due to their electrical contact or isolation, these can be applied to the electrode layers and the further electrode layers with different electrical potentials.
Gemäß dem Ausfuhrungsbeispiel sind der Oberflachenabschnitt und der weitere Oberflachenabschnitt an unterschiedlichen Seiten des Piezoelements angeordnet. Die Kontaktierung derAccording to the exemplary embodiment, the surface section and the further surface section are arranged on different sides of the piezoelectric element. The contacting of the
Elektrodenschichten und die Kontaktierung der weiteren Elektrodenschichten erfolgt auf unterschiedlichen Seiten des Piezoelements und damit des Piezoelement-Stapels .Electrode layers and the contacting of the further electrode layers takes place on different sides of the piezoelectric element and thus of the piezoelectric element stack.
Alternativ dazu sind in einer nicht dargestelltenAlternatively, in a not shown
Ausfuhrungsform der Oberflachenabschnitt und der weitere Oberflachenabschnitt an einer gleichen Seite des Piezoelements angeordnet. Die elektrische Kontaktierung der Elektrodenschicht und der weiteren Elektrodenschicht erfolgt von der gleichen Seite des Piezoelements und damit von der gleichen Seite des Piezoelement-Stapels .Embodiment of the surface portion and the further surface portion disposed on a same side of the piezoelectric element. The electrical contacting of the electrode layer and the further electrode layer takes place from the same side of the piezoelectric element and thus from the same side of the piezoelectric element stack.
Zum Herstellen der Piezoelemente wird wie folgt vorgegangen: Es wird ein gesinterter Piezoelement-Stapel mit einer entsprechenden Anzahl von Piezoelementen bereitgestellt. Die Elektrodenschichten und die weiteren Elektrodenschichten der Piezoelemente begrenzen die jeweiligen piezoelektrischen Schichten vollflachig.To produce the piezoelectric elements, the procedure is as follows: A sintered piezoelectric element stack with a corresponding number of piezoelectric elements is provided. The electrode layers and the further electrode layers of the piezoelectric elements completely flatten the respective piezoelectric layers.
Nachfolgend werden die Isolationsschichten aufgebracht. Dazu wird auf die Stapel-Oberflachenabschnitte des Piezoelement-Stapels eine Isolationsfolie auflaminiert . Die Isolationsfolie wird mittel Laserablation an den Oberflachenabschnitten geöffnet, an dienen die Elektrodenschichten und die weiteren Elektrodenschichten kontaktiert werden sollen. Anschließend werden die Gasphasenabscheidungsschichten mittels Sputtern aufgebracht. Zum Abschluss werden die Außenelektroden auf den Gasphasenabs che idungs schichten aufgetragen .Subsequently, the insulation layers are applied. For this purpose, an insulating film is laminated onto the stack surface sections of the piezo element stack. The insulation film is opened by means of laser ablation on the surface sections, to serve the electrode layers and the other electrode layers are to be contacted. Subsequently, the vapor deposition layers are deposited by sputtering. Finally, the outer electrodes are applied to the gas phase insulator layers.
Verwendung findet das Bauteil zum Ansteuern eines Emspritzventils einer Brennkraftmaschine. Use finds the component for driving a Emspritzventils an internal combustion engine.

Claims

Patentansprüche claims
1. Piezoelektrisches Bauteil (1) mit1. Piezoelectric component (1) with
- mindestens einem stapelformigen Piezoelement (10), das in Stapelrichtung (11) mindestens eine Elektrodenschicht (12) mit Elektrodenmateπal, mindestens eine weitere Elektrodenschicht (13) mit weiterem Elektrodenmateπal und mindestens eine zwischen den Elektrodenschichten angeordnete piezoelektrische Schicht (14) mit piezoelektrischem Material aufweist, wobei - sich die Elektrodenschicht bis an mindestens einen seitlichen Oberflachenabschnitt (15) des Piezoelements erstreckt,- At least one stacked piezoelectric element (10) in the stacking direction (11) at least one electrode layer (12) with Elektrodenmateπal, at least one further electrode layer (13) with further Elektrodenmateπal and at least one arranged between the electrode layers piezoelectric layer (14) with piezoelectric material in which - the electrode layer extends as far as at least one lateral surface section (15) of the piezo element,
- auf den seitlichen Oberflachenabschnitt eine elektrische Isolationsschicht (19) aufgebracht ist,on the lateral surface section an electrical insulation layer (19) is applied,
- zur elektrischen Kontaktierung der Elektrodenschicht in der Isolationsschicht mindestens eine elektrische- For electrical contacting of the electrode layer in the insulating layer at least one electrical
Durchkontaktierung (17) vorhanden ist undThrough connection (17) is present and
- die elektrische Durchkontaktierung mindestens eine direkt auf die Elektrodenschicht aufgebrachte elektrisch leitende Gasphasenabscheidungsschicht (170) aufweist.- The electrical via has at least one directly applied to the electrode layer electrically conductive vapor deposition layer (170).
2. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei2. Piezoelectric device according to claim 1, wherein
- sich die weitere Elektrodenschicht bis an mindestens einen weiteren seitlichen Oberflachenabschnitt (16) des Piezoelements erstreckt, - auf den weiteren seitlichen Oberflachenabschnitt (20) eine weitere elektrische Isolationsschicht aufgebracht ist,the further electrode layer extends as far as at least one further lateral surface section (16) of the piezoelement, on the further lateral surface section (20) a further electrical insulation layer is applied,
- zur elektrischen Kontaktierung der weiteren Elektrodenschicht in der weiteren Isolationsschicht mindestens eine weitere elektrische Durchkontaktierung (18) vorhanden ist und - die weitere elektrische Durchkontaktierung mindestens eine weitere, direkt auf die Elektrodenschicht aufgebrachte elektrisch leitende weitere Gasphasenabscheidungsschicht (180) aufweist .- For the electrical contacting of the further electrode layer in the further insulating layer at least one further electrical via (18) is present and - the further electrical via at least one further, directly applied to the electrode layer electrically conductive further vapor deposition layer (180).
3. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 2, wobei die Gasphasenabscheidungsschicht und/oder die weitere Gasphasenabscheidungsschicht eine aus dem Bereich von 10 nm bis 5 μm und insbesondere eine aus dem Bereich von 50 nm bis 2 μm ausgewählte Schichtdicke (171, 181) aufweisen.3. A piezoelectric device according to claim 2, wherein the vapor deposition layer and / or the further vapor deposition layer is in the range of 10 nm to 5 μm and in particular a layer thickness selected from the range of 50 nm to 2 μm (171, 181).
4. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Gasphasenabscheidungsschicht und/oder die weitere4. Piezoelectric device according to claim 2 or 3, wherein the vapor deposition layer and / or the further
Gasphasenabscheidungsschicht einen Mehrschichtaufbau (172, 182) mit mehreren Teil-Gasphasenabscheidungsschichten (173, 183) aufweisen .Gas phase deposition layer have a multi-layer structure (172, 182) with a plurality of partial vapor deposition layers (173, 183).
5. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Durchkontaktierung eine auf der Gasphasenabscheidungsschicht und/oder die weiteren Durchkontaktierung eine weitere auf der weiteren Gasphasenabscheidungsschicht aufgebrachte galvanische Verstärkung aufweist.5. The piezoelectric component according to claim 1, wherein the plated through hole has a further galvanic reinforcement applied to the further vapor deposition layer on the vapor deposition layer and / or the further plated through hole.
6. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei am Oberflachenabschnitt eine Außenelektrode (21) mit Kontaktierungsmateπal mittelbar über die Durchkontaktierung mit der Elektrodenschicht und/oder am weiteren6. Piezoelectric component according to one of claims 2 to 5, wherein at the surface portion an outer electrode (21) with Kontaktierungsmateπal indirectly via the via with the electrode layer and / or further
Oberflachenabschnitt eine weitere Außenelektrode (22) mit weiterem Kontaktierungsmaterial mittelbar über die weitere Durchkontaktierung mit der weiteren Elektrodenschicht elektrisch leitend verbunden sind.Surface section, a further outer electrode (22) with further contacting material are indirectly electrically conductively connected via the further via with the further electrode layer.
7. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Elektrodenschicht und/oder die weitere Elektrodenschicht die piezoelektrische Schicht vollflachig begrenzen .7. Piezoelectric component according to one of claims 1 to 6, wherein the electrode layer and / or the further electrode layer limit the piezoelectric layer vollflachig.
8. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Isolationsschicht, die weitere Isolationsschicht, die Außenelektrode und/oder die weitere Außenelektrode dehnbar ausgestalten sind.8. Piezoelectric component according to claim 6 or 7, wherein the insulating layer, the further insulating layer, the outer electrode and / or the further outer electrode are designed stretchable.
9. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Isolationsschicht, die weitere Isolationsschicht, die Außenelektrode und/oder die weitere Außenelektrode mindestens eine Langsstrukturierung und/oder eine Querstruktuπerung bezuglich der Stapelrichtung aufweisen.9. Piezoelectric component according to one of claims 6 to 8, wherein the insulating layer, the further insulating layer, the outer electrode and / or the further outer electrode at least a Langsstrukturierung and / or a Quererstruktuπerung posted with respect to the stacking direction.
10. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Außenelektrode und/oder die weitere Außenelektrode einen elektrischen Leitklebstoff aufweisen.10. Piezoelectric component according to one of claims 6 to 9, wherein the outer electrode and / or the further outer electrode have a conductive electrical adhesive.
11. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 10, wobei der Leitklebstoff ein Silikon-Elastomer aufweist.11. The piezoelectric component of claim 10, wherein the conductive adhesive comprises a silicone elastomer.
12. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Außenelektrode und/oder die weitere Außenelektrode ein Metallgeflecht aufweisen.12. Piezoelectric component according to one of claims 6 to 11, wherein the outer electrode and / or the further outer electrode comprise a metal mesh.
13. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei die Durchkontaktierung und/oder die weitere Durchkontaktierung einen trapezförmigen Querschnitt (25) aufweisen .13. Piezoelectric component according to one of claims 2 to 12, wherein the through-connection and / or the further through-connection have a trapezoidal cross-section (25).
14. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei sich die Gasphasenabscheidungsschicht auf die14. A piezoelectric device according to any one of claims 2 to 13, wherein the vapor deposition layer on the
Isolationsschicht und/oder die weitereInsulation layer and / or the others
Gasphasenabscheidungsschicht auf die weitere Isolationsschicht erstrecken .Gas phase deposition layer on the further insulation layer extend.
15. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei das Elektrodenmaterial, das weitere Elektrodenmaterial, die Gasphasenabscheidung, die weitere Gasphasenabscheidung, das Kontaktierungsmateπal und/oder das weitere Kontaktierungsmateπal mindestens ein aus der Gruppe Chrom, Gold, Kupfer, Nickel, Palladium, Platin, Titan und Silber ausgewähltes Metall aufweisen.15. Piezoelectric component according to claim 6, wherein the electrode material, the further electrode material, the vapor deposition, the further vapor deposition, the contacting material and / or the further contacting material are at least one of the group chromium, gold, copper, nickel, palladium, Platinum, titanium and silver selected metal.
16. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 15, wobei das Isolationsmateπal und/oder das weitere16. Piezoelectric component according to one of claims 2 to 15, wherein the Isolationsmateπal and / or the other
Isolationsmateπal mindestens einen aus der Gruppe Kunststoff, Glas und/oder Keramik ausgewählten Werkstoff aufweisen. Isolationsmateπal at least one selected from the group of plastic, glass and / or ceramic material.
17. Piezoelektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 16, wobei eine Mehrzahl von Piezoelementen übereinander zu einem Piezoelement-Stapel derart angeordnet ist, dass17. Piezoelectric component according to one of claims 6 to 16, wherein a plurality of piezoelectric elements is arranged one above the other to form a piezoelectric element stack such that
- die Oberflachenabschnitte der Piezoelemente einen gemeinsamen Stapel-Oberflachenabschnitt (102) bilden,the surface sections of the piezo elements form a common stack surface section (102),
- die Isolationsschichten der Piezoelemente eine gemeinsame Stapel-Isolationsschicht (104) bilden,the insulating layers of the piezoelectric elements form a common stacked insulating layer (104),
- die Außenelektroden der Piezoelemente eine gemeinsame Stapel-Außenelektrode (106) bilden, die derart auf der gemeinsamen Stapel-Isolationsschicht aufgebracht ist, dass die gemeinsame Stapel-Außenelektrode und die Elektrodenschichten der Piezoelemente mittelbar über die Durchkontaktierungen der Piezoelemente elektrisch kontaktiert und die gemeinsame Stapel-Außenelektrode und die weiteren Elektrodenschichten der Piezoelemente elektrisch voneinander isoliert sind.the external electrodes of the piezoelectric elements form a common stack outer electrode (106) which is applied to the common stacked insulating layer in such a way that the common stacked outer electrode and the electrode layers of the piezoelectric elements are electrically contacted indirectly via the plated-through holes of the piezoelectric elements and the common stacked Outer electrode and the other electrode layers of the piezoelectric elements are electrically isolated from each other.
18. Piezoelektrisches Bauteil nach Anspruch 16, wobei die Mehrzahl von Piezoelementen übereinander zu einem Piezoelement-Stapel derart angeordnet ist, dass - die weiteren Oberflachenabschnitte der Piezoelemente einen gemeinsamen weiteren Stapel-Oberflachenabschnitt (103) bilden,18. Piezoelectric component according to claim 16, wherein the plurality of piezoelements is arranged one above the other to form a piezoelement stack such that - the further surface sections of the piezoelements form a common further stack surface section (103),
- die weiteren Isolationsschichten der Piezoelemente eine gemeinsame weitere Stapel-Isolationsschicht (105) bilden,the further insulation layers of the piezoelements form a common further stack insulation layer (105),
- die weiteren Außenelektroden der Piezoelemente eine gemeinsame weitere Stapel-Außenelektrode (107) bilden, die derart auf der gemeinsamen weiteren Stapel-Isolationsschicht aufgebracht ist, dass die gemeinsame weitere Stapel-Außenelektrode und die weitere Elektrodenschichten der Piezoelemente mittelbar über die weiteren Durchkontaktierungen der Piezoelemente elektrisch kontaktiert und die gemeinsame weitere Stapel-Außenelektrode und die Elektrodenschichten der Piezoelemente elektrisch voneinander isoliert sind.- The further outer electrodes of the piezoelectric elements form a common further stack outer electrode (107) which is applied to the common further stack insulating layer, that the common further stack outer electrode and the further electrode layers of the piezoelectric elements indirectly via the further vias of the piezoelectric elements electrically contacted and the common further stack outer electrode and the electrode layers of the piezoelectric elements are electrically isolated from each other.
19. Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauteils nach einem Ansprüche 1 bis 18 mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen mindestens eines stapelformigen Piezoelements mit einer Elektrodenschicht, mindestens einer weiteren Elektrodenschicht und mindestens einer zwischen den Elektrodenschichten angeordneten piezoelektrischen Schicht, wobei sich die Elektrodenschicht bis an einen seitlichen Oberflachenabschnitt des Piezoelements erstreckt, b) Aufbringen mindestens einer elektrischen Isolationsschicht am Oberflachenabschnitt derart, dass die Elektrodenschicht frei zugänglich ist, c) Aufbringen einer elektrischen Durchkontaktierung mit mindestens einer Gasphasenabscheidungsschicht auf der Elektrodenschicht mittels eines Gasphasenabscheide-Verfahrens und d) Aufbringen einer Außenelektrode, so dass die Außenelektrode und die Elektrodenschicht mittelbar über die Durchkontaktierung elektrisch kontaktiert und die Außenelektrode und die weitere Elektrodenschicht elektrisch voneinander isoliert sind.19. A method for producing the piezoelectric component according to one of claims 1 to 18 with the following method steps: a) providing at least one stacked piezoelectric element with an electrode layer, at least one further electrode layer and at least one between the B) applying at least one electrical insulation layer to the surface section such that the electrode layer is freely accessible, c) applying an electrical via with at least one vapor deposition layer on the electrode layer by means of a vapor deposition method; and d) applying an outer electrode so that the outer electrode and the electrode layer are electrically contacted indirectly via the through-connection and the outer electrode and the further electrode layer are electrically insulated from one another.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei ein Piezoelement bereitgestellt wird, das mindestens eine weitere Elektrodenschicht aufweist, die sich an einen weiteren Oberflachenabschnitt des Piezoelements erstreckt, mit folgenden weiteren Verfahrensschritten: b' ) Aufbringen mindestens einer weiteren elektrischen Isolationsschicht am weiteren Oberflachenabschnitt derart, dass die weitere Elektrodenschicht frei zuganglich ist, c' ) Aufbringen einer weiteren elektrischen Durchkontaktierung mit mindestens einer weiteren Gasphasenabscheidungsschicht auf der weiteren Elektrodenschicht mittels eines weiteren Gasphasenabscheide -Verfahrens und d' ) Aufbringen einer weiteren Außenelektrode, so dass die weitere Außenelektrode und die weitere Elektrodenschicht mittelbar über die weitere Durchkontaktierung elektrisch kontaktiert und die weitere Außenelektrode und die Elektrodenschicht elektrisch voneinander isoliert sind.20. The method of claim 19, wherein a piezoelectric element is provided which has at least one further electrode layer which extends to a further surface portion of the piezoelectric element, with the following further method steps: b ') applying at least one further electrical insulation layer on the further surface portion such that c) applying a further electrical via with at least one further vapor deposition layer on the further electrode layer by means of a further vapor deposition method; and d) applying a further outer electrode, so that the further outer electrode and the further electrode layer indirectly via the further via contacted electrically and the further outer electrode and the electrode layer are electrically isolated from each other.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei zum Aufbringen der Isolationsschicht, der weiteren Isolationsschicht, der21. The method according to claim 20, wherein for applying the insulating layer, the further insulating layer, the
Durchkontaktierung, der weiteren Durchkontaktierung, der Außenelektrode und/oder der weiteren Außenelektrode eine Maske verwendet wird. Via, the further via, the outer electrode and / or the outer electrode, a mask is used.
22. Verwendung eines piezoelektrischen Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zum Ansteuern eines Einspritzventils, insbesondere eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine. 22. Use of a piezoelectric component according to one of claims 1 to 18 for driving an injection valve, in particular an injection valve of an internal combustion engine.
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