EP2577757A1 - Piezoelektrisches vielschichtbauelement und verfahren zur ausbildung einer aussenelektrode bei einem piezoelektrischen vielschichtbauelement - Google Patents

Piezoelektrisches vielschichtbauelement und verfahren zur ausbildung einer aussenelektrode bei einem piezoelektrischen vielschichtbauelement

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Publication number
EP2577757A1
EP2577757A1 EP11723469.0A EP11723469A EP2577757A1 EP 2577757 A1 EP2577757 A1 EP 2577757A1 EP 11723469 A EP11723469 A EP 11723469A EP 2577757 A1 EP2577757 A1 EP 2577757A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
region
outer electrode
stack
multilayer component
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11723469.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Gerletz
Georg KÜGERL
Michael Stahl
Andreas Stani
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.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Epcos AG filed Critical Epcos AG
Publication of EP2577757A1 publication Critical patent/EP2577757A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
    • 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

  • For electrical contacting of the electrode layers can at the
  • Such multilayer components can be embodied, for example, as piezo actuators and are used, for example, for actuating an injection valve in a motor vehicle.
  • WO 0191199 A1 discloses a piezoelectric multilayer component with a stack attached to the stack
  • the multilayer component has at least one outer electrode.
  • the device has at least a second one
  • the outer electrodes can be arranged, for example, on different side surfaces of the building element.
  • the electrode layers may be, for example, in
  • Stacking direction alternately up to one of the outer be guided and electrically connected to this electrode and be set back relative to the second outer electrode in the stack electrodes. In this way, the electrode ⁇ layers along the stacking direction can be alternately contacted by means of one of the outer electrodes electrically.
  • the outer electrode has a first and a second
  • the second area constitutes an extension of the first one
  • the first and the second region are integrally formed, wherein, for example, the first region and the second region comprise the same material.
  • a Grundmetallisie ⁇ tion can be applied, which has, for example, materials such as silver-palladium or copper, and in which the
  • the first portion of the outer electrode is at the stack, preferably ⁇ example at the base metallization, for example by means of a solder material or a conductive adhesive secured.
  • the outer electrode is at least partially press-deformed in the second region. Press-deformation of the second region of the outer electrode may be by crimping, but possibly also by another
  • plastic forming process can be generated.
  • a dimensionally stable deformation of the outer electrode can be achieved.
  • the compression molding can at a
  • outside electrode are performed, which is already attached to the stack. This allows a particularly simple Formation of an outer electrode.
  • the step of press forming may also be done prior to attaching the
  • a further contact can be attached to the second region of the outer electrode.
  • the further contacting can be achieved, for example, by soldering or welding a connection element, for B. a lead wire to the second region of the outer electrode. Because the second area of the outer electrode is above the stack
  • piezoelectric layers and electrode layers which can lead to damage of the layers can be avoided.
  • the second region of the outer electrode projecting beyond the stack can be adapted to the specific geometrical and mechanical requirements of further contacting by the press deformation.
  • Attack area of a pressing tool to be suitably selected.
  • the width and the thickness of the outer electrode can be adapted to the installation space by a single process step. Often, for example, due to
  • the first and the second region are the same
  • the conductive element is formed flat.
  • the element in its initial shape in the first and in the second region, the same outer shape and is press-formed in a later step in the second area.
  • Soldering must be connected to the first area.
  • the outer electrode is at least partially flat.
  • the outer electrode is formed flat throughout the first area.
  • the thickness of the outer electrode is preferably substantially smaller than the width of the outer electrode.
  • the outer electrode preferably extends in its flat area substantially within a
  • Two-dimensional surface which is called the main surface of the outer electrode in the following.
  • the outer electrode extends in the first region within the main surface.
  • the outer electrode is arranged in the first region with the main surface on the stack.
  • the outer electrode is in the first area with the main surface on the stack.
  • the first region of the outer ⁇ electrode can for example be fastened by means of a solder material over the entire surface on the stack, that is, all portions of the outer electrode in the first region are located on the stack, for example, attached to a base metallization layer of the stack.
  • the outer electrode extends in the first region over a majority of a side surface of the stack.
  • the width of the outer electrode in the first area can for example, close to the width of the side surface.
  • the outer electrode in the first region is at least half as wide as the side surface of the stack.
  • At least one partial surface of the outer electrode is inclined relative to the main surface. This inclination is preferably due to the fact that the outer electrode rests on the one hand in the first region with the main surface of the stack, and on the other hand in the second region by a
  • two or more partial areas of the outer electrode abut each other.
  • the outer electrode can be deformed in the second region so that two or more faces after the Press deformation in the second area are in contact.
  • the two or more adjoining partial surfaces of the outer electrode may rest against one another in such a way that two electrically conductive regions of the partial surfaces abutting one another are in direct electrical contact with one another.
  • the adjoining faces are free of an insulating coating. This can be achieved with advantage that a reliable electrical contact is provided, in particular in a
  • Damage to a subarea for example due to a tearing of the outer electrode in this area, can be ensured.
  • the outer electrode may be at least partially folded in the second region.
  • the outer electrode is bent by the press-forming, for example, in the middle of the second region, wherein two partial surfaces are pressed against each other, so that a stable connection of the
  • Outer electrode in the second region for example by means of a crimping tool, can thus result in at least partial folding of the outer electrode in the second region.
  • the outer electrode is formed as a network.
  • the mesh may have wires that are interwoven with each other.
  • the wires may include materials such as ⁇ example, steel, copper or an iron-nickel alloy
  • the wires can be different
  • the network can, for example, at least pointwise at the
  • Base metallization be attached, which on one
  • At least one wire leads from the first region into the second region.
  • the wire has, for example, a first and a second section, wherein the first portion rests against the stack and the second portion projects beyond the stack.
  • At least one wire in the second region at least one wire has at least two wire sections, wherein the
  • Wire in the first wire section has a different thickness than in the second wire section.
  • one or more wire sections of a first wire section has a different thickness than in the second wire section.
  • Wire or more wires are deformed so that after the compression deformation, the thickness of individual wire sections is different.
  • the thickness of the press-formed wire can by a suitable choice of the pressing pressure on a
  • the outer electrode may also be formed as a sheet metal.
  • the sheet is provided with holes and thereby has an increased extensibility. As a result, for example, cracking of the outer electrode can be prevented.
  • the outer electrode in the second region has at least one partial region in which the width of the outer electrode is smaller than the width of the outer electrode in the first region.
  • width is preferably the extension of the outer electrode in a direction transverse to the stacking direction, wherein the
  • the smaller width of the outer electrode in the second region compared to the first region can preferably be achieved by a compression deformation of the outer electrode in the second region, for example by crimping.
  • This can For example, a slim shape of the second, over the stack projecting portion of the outer electrode can be achieved, which is advantageous in space limitations.
  • the outer electrode in the second region can be press-deformed so that the width of the outer electrode in the second region is less than in the first region and at the same time the thickness of the outer electrode
  • “folding over” may mean that the outer electrode in the second region is folded in the middle along a fold line which runs in the stacking direction.
  • projecting beyond the stack area further contact to the power supply, for example by means of soldering or welding, are attached.
  • soldering and welding in the vicinity of the stack surface which could damage the piezoelectric multilayer component, can be avoided.
  • a method for forming an outer electrode in a piezoelectric multilayer component is specified.
  • first a stack of piezoelectric layers and electrode layers arranged therebetween is provided.
  • On a side surface of the stack can be a
  • Base metallization can be applied, for example, by applying a silver-palladium paste or a copper-containing paste on the side surface and then baked.
  • a conductive element which has a first and a second area.
  • the first portion of the element is placed on the stack, for example on a side surface on which a
  • the first region of the element is attached to the stack, preferably to the base metallization, for example by means of a solder material.
  • the second area of the element is press-deformed.
  • Crimping pliers for example, a crimping tool, in the second region of the conductive element, for example, to two
  • an external electrode of the component is formed from the conductive element. Due to the press-forming, the outer electrode formed on the component differs in its outer shape from the starting shape of the conductive element.
  • the thickness and width of the outer electrode in the second region may be different from the thickness and width in the first region.
  • the geometry of the outer electrode in the second region can arbitrarily
  • Requirements of the multilayer component are adapted to facilitate, for example, the attachment of a further contact to the outer electrode.
  • the following are the specified piezoelectric
  • Multi-layer component and its advantageous embodiments explained with reference to schematic figures. Show it:
  • Figure 1 is a perspective view of a
  • Figure 2 is a cross section of a piezoelectric
  • Multilayer component with an outer electrode Multilayer component with an outer electrode
  • Figure 3 is a side plan view of a piezoelectric
  • Multilayer component with an outer electrode Multilayer component with an outer electrode
  • FIGS. 4A, 4B, 4C process steps of a method for
  • FIG. 1 shows a piezoelectric multilayer component 1 with an outer electrode 6, which is at least partially press-deformed in a second region 8.
  • the piezoelectric multilayer component 1 comprises a stack 2 of piezoelectric layers 3 and intervening electrode layers 4, which along a
  • Stacking direction 14 are arranged one above the other.
  • Stacking direction 14 corresponds to the longitudinal axis of the stack 2.
  • the piezoelectric layers 3 and the electrode layers 4 are sintered together and form a monolithic sintered body.
  • the electrode layers 4 extend along the stacking direction 14 alternately to an outer side of the stack 2 and are spaced from the opposite outer side.
  • an outer electrode 6 is fixed in a first region 7 of the outer electrode 6 on the outside of the stack 2.
  • the Jardinelek ⁇ trode 6 is formed flat in the first region 7, ie, the outer electrode 6 is formed flat and extends in the first region 7 over a large two-dimensional area. This two-dimensional region can also be referred to as the main surface 15 of the outer electrode.
  • the first region 7 covers a large part of a side surface of the stack 2.
  • the outer electrode 6 lies with the main surface 15 on the stack 2 and is connected over its entire surface to the stack 2.
  • the outer electrode 6 is designed as a wire mesh.
  • the wire mesh has wires 20 which are woven together and which, for example
  • a second region 8 of the outer electrode 6 projects beyond the stack 2 in the direction of the stacking direction 14.
  • the outer electrode 6 has in the second region 8 partial surfaces 9a and 9b, which are inclined relative to the main surface 15.
  • the two partial surfaces 9a, 9b abut each other in the second region 8.
  • Area 8 also has another press-deformed geometry
  • a further external electrode is mounted on the side opposite to ⁇ outside and press-molded (not shown here).
  • FIG. 2 shows a cross section of the piezoelectric multilayer component 1 according to FIG. 1, in which a plan view of a piezoelectric layer 3 can be seen.
  • the stack 2 of piezoelectric layers 3 and electrode layers 4 has two opposite inactive zones 5a, 5b.
  • a base metallization 10 is applied.
  • the base metallization 10 is preferably baked in the form of a silver-palladium paste or a copper-containing paste on a portion of the outside of the stack 2 personallytra ⁇ gene and on sintering of the stack.
  • the outer ⁇ electrodes 6a, 6b are fixed to the base metallization 10 by a solder layer. 11
  • the outer electrode 6 is different according to the Pressver ⁇ deformation in its thickness 18 in the first region 7 of thickness 19 in the second region 8.
  • FIG. 3 shows a lateral top view of the piezoelectric multilayer component 1 according to FIG. 1, the component 1 being rotated by 180 degrees relative to the stacking direction 14 in comparison to the component 1 in FIG.
  • Outer electrode 6 is flat in the first region 7 and has a main surface 15, to which it is attached, for example by means of a soft solder on the stack 2. Due to the press deformation, the outer electrode 6 differs in its width 17 in the second region 8 from its width 16 in the first region 7. By a slimmer shape of the outer electrode 6 in the second region 8, for example, the attachment of a washererutton ist 12 facilitates or the outer electrode 6 their installation space be adjusted.
  • Suchmannerching ist serves the power supply and is for example by a soldering or a
  • FIGS. 4A, 4B and 4C show method steps of a method for forming an outer electrode in a piezoelectric multilayer component.
  • FIG. 4A shows a stack 2 of piezoelectric layers 3 and electrode layers (not shown here) arranged therebetween, on which a conductive element 9 having a first region 7 and a second region 8 is arranged and fastened.
  • the second region 8 represents an extension of the first region 7.
  • the element 9 has a planar shape, ie it is flat and extends over a large, two-dimensional region.
  • the areal shaped area in the first area 7 is referred to as the main area 15 of the element 9.
  • the conductive element 9 is arranged on the stack 2 in such a way that, with its main surface 15, it rests completely against the stack 2 in the first region 7 and projects beyond the stack 2 in the second region 8 in the stacking direction 14. Subsequently, the element 9, for example by means of soldering, in the first region 7 with its main surface 15 attached to the stack 2.
  • FIG. 4B shows the stack 2 and the conductive element 9 after fixing the element 9 to the stack 2 and constitutes the press-forming of a part of the second region 8 of FIG
  • a pressing tool 13 is arranged with pressing tongs in the second region 8 on two different sides of the element 9 and then pressed together.
  • a pressing tool 13 can for
  • Example a crimping tool can be used.
  • FIG. 4C shows the conductive element 9 after the press-forming step.
  • the invention is not limited to this by the description with reference to the embodiments, but includes each new feature and any combination of features. This includes in particular any combination of features in the claims, even if this feature or these

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Es wird ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement (1) angegeben, bei demzumindest eine Außenelektrode (6, 6a, 6b) an einem Stapel (2) aus piezoelektrischen Schichten (3) und dazwischen angeordneten Elektrodenschichten (4) befestigt ist, wobei zumindest ein Bereich (8) der Außenelektrode (6, 6a, 6b) über den Stapel (2) übersteht und die Außenelektrode (6, 6a, 6b) in diesem Bereich (8) zumindest teilweise pressverformt ist.Weiterhin wird ein Verfahren zur Ausbildung einer Außenelektrode (6, 6a, 6b) bei einem piezoelektrischen Vielschichtbauelement (1) angegeben.

Description

Beschreibung
Piezoelektrisches Vielschichtbauelement und Verfahren zur Ausbildung einer Außenelektrode bei einem piezoelektrischen Vielschichtbauelement
Es wird ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement mit einem Stapel aus piezoelektrischen Schichten und dazwischen
angeordneten Elektrodenschichten angegeben. Zur elektrischen Kontaktierung der Elektrodenschichten können an der
Außenseite des Stapels Außenelektroden befestigt sein.
Derartige Vielschichtbauelemente können zum Beispiel als Piezoaktoren ausgeführt sein und werden beispielsweise zur Betätigung eines Einspritzventils in einem Kraftfahrzeug eingesetzt.
In der Druckschrift WO 0191199 AI ist ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement mit einer am Stapel befestigten
Außenelektrode beschrieben.
Es ist eine zu lösende Aufgabe, eine Außenelektrode
anzugeben, die eine möglichst einfache und kostengünstige elektrische Kontaktierung erlaubt. Es wird ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement mit einem Stapel aus piezoelektrischen Schichten und dazwischen
angeordneten Elektrodenschichten angegeben. Das Vielschichtbauelement weist mindestens eine Außenelektrode auf. Vorzugsweise weist das Bauelement mindestens eine zweite
Außenelektrode auf. Die Außenelektroden können beispielsweise auf verschiedenen Seitenflächen des Baulements angeordnet sein. Die Elektrodenschichten können zum Beispiel in
Stapelrichtung gesehen abwechselnd bis zu einer der Außen- elektroden geführt und mit dieser elektrisch verbunden sein und gegenüber der zweiten Außenelektrode in den Stapel zurückversetzt sein. Auf diese Weise können die Elektroden¬ schichten entlang der Stapelrichtung abwechselnd mittels einer der Außenelektroden elektrisch kontaktiert werden.
Die Außenelektrode weist einen ersten und einen zweiten
Bereich auf, wobei der erste Bereich am Stapel befestigt ist und der zweite Bereich, beispielsweise in Richtung der
Stapelrichtung, über den Stapel übersteht. In diesem Fall stellt der zweite Bereich eine Verlängerung des ersten
Bereichs dar. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Bereich einstückig ausgebildet, wobei beispielsweise der erste Bereich und der zweite Bereich das gleiche Material aufweisen.
Auf einer Seitenfläche des Stapels kann eine Grundmetallisie¬ rung aufgebracht sein, welche beispielsweise Materialien wie Silber-Palladium oder Kupfer aufweist und welche die im
Stapel liegenden Elektrodenschichten kontaktiert.
Der erste Bereich der Außenelektrode ist am Stapel, vorzugs¬ weise an der Grundmetallisierung, beispielsweise mittels eines Lotmaterials oder eines Leitklebers befestigt.
Des Weiteren ist die Außenelektrode im zweiten Bereich zumindest teilweise pressverformt . Eine Pressverformung des zweiten Bereiches der Außenelektrode kann zum Beispiel durch Crimpen, aber möglicherweise auch durch einen anderen
plastischen Umformungsprozess erzeugt werden. Dabei kann beispielsweise eine formstabile Verformung der Außenelektrode erreicht werden. Das Pressverformen kann bei einer
Außenelektrode durchgeführt werden, die bereits am Stapel befestigt ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausbildung einer Außenelektrode. Alternativ dazu kann der Schritt des Pressverformens auch vor dem Befestigen der
Außenelektrode am Stapel durchgeführt werden. An den zweiten Bereich der Außenelektrode kann beispielsweise eine Weiterkontaktierung angebracht werden. Die Weiterkontak- tierung kann zum Beispiel durch eine Lötung oder Schweißung eines Anschlusselementes, z. B. eines Anschlussdrahtes, an den zweiten Bereich der Außenelektrode erfolgen. Da der zweite Bereich der Außenelektrode über den Stapel aus
piezoelektrischen Schichten und dazwischen angeordneten
Elektrodenschichten übersteht, können somit zusätzliche Löt- und Schweißprozesse an der Oberfläche des Stapels aus
piezoelektrischen Schichten und Elektrodenschichten, welche zu Beschädigungen der Schichten führen können, vermieden werden .
Der zweite, über den Stapel überstehende Bereich der Außenelektrode kann durch die Pressverformung den spezifischen geometrischen und mechanischen Anforderungen der Weiterkontaktierung angepasst werden. Dazu können beim Vorgang des Pressverformens zum Beispiel der Anpressdruck und der
Angriffsbereich eines Presswerkzeugs geeignet gewählt werden. Beispielsweise können durch einen einzigen Prozessschritt die Breite und die Dicke der Außenelektrode an den Einbauraum angepasst werden. Oftmals ist zum Beispiel aufgrund von
Bauraumeinschränkungen eine möglichst schlanke, eng
anliegende und wenig Platz einnehmende externe Kontaktierung von Vorteil.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite Bereich der
Außenelektrode aus einem gemeinsamen, leitfähigen Element gebildet. Dieses kann zum Beispiel einstückig sein.
Vorzugsweise ist das leitfähige Element flächig geformt. Beispielsweise weist das Element in seiner Ausgangsform im ersten und im zweiten Bereich die gleiche äußere Form auf und wird in einem späteren Verfahrensschritt im zweiten Bereich pressverformt . Dadurch, dass die Außenelektrode im ersten und im zweiten Bereich aus einem gemeinsamen Element gebildet wird, wird zum Beispiel der Herstellungsprozess der Außen¬ elektrode vereinfacht, da der zweite, über den Stapel
überstehende Bereich nicht erst durch Schweiß- oder
Lötprozesse mit dem ersten Bereich verbunden werden muss.
Beispielsweise ist die Außenelektrode wenigstens teilweise flach ausgebildet. Vorzugsweise ist die Außenelektrode im gesamten ersten Bereich flach ausgebildet. Im flach ausgebildeten Bereich ist die Dicke der Außenelektrode vorzugsweise wesentlich geringer als die Breite der Außenelektrode. Die Außenelektrode erstreckt sich vorzugsweise in ihrem flach ausgebildeten Bereich im Wesentlichen innerhalb einer
zweidimensionalen Fläche, die im Folgenden Hauptfläche der Außenelektrode genannt wird. Vorzugsweise erstreckt sich die Außenelektrode im ersten Bereich innerhalb der Hauptfläche.
In einer Ausführungsform ist die Außenelektrode im ersten Bereich mit der Hauptfläche am Stapel angeordnet. Vorzugs¬ weise liegt die Außenelektrode im ersten Bereich mit der Hauptfläche auf dem Stapel auf. Der erste Bereich der Außen¬ elektrode kann beispielsweise mittels eines Lotmaterials vollflächig am Stapel befestigt sein, d.h. alle Teilbereiche der Außenelektrode im ersten Bereich sind direkt am Stapel, beispielsweise an einer Grundmetallisierung des Stapels, befestigt.
In einer Ausführungsform erstreckt sich die Außenelektrode im ersten Bereich über einen Großteil einer Seitenfläche des Stapels. Die Breite der Außenelektrode im ersten Bereich kann beispielsweise nahezu der Breite der Seitenfläche entsprechen. Vorzugsweise ist die Außenelektrode im ersten Bereich mindestens halb so breit wie die Seitenfläche des Stapels .
In einer weiteren Ausführungsform ist im zweiten Bereich der Außenelektrode zumindest eine Teilfläche der Außenelektrode gegenüber der Hauptfläche geneigt. Diese Neigung kommt vorzugsweise dadurch zustande, dass die Außenelektrode einerseits im ersten Bereich mit der Hauptfläche am Stapel aufliegt, und andererseits im zweiten Bereich durch ein
Presswerkzeug verformt ist.
Beispielsweise liegen im zweiten Bereich der Außenelektrode zwei oder mehr Teilflächen der Außenelektrode aneinander an. Durch die Pressverformung im zweiten Bereich der Außenelektrode, welche in ihrem Ausgangszustand beispielsweise flach ausgebildet ist, so dass die Teilflächen im Ausgangszustand zum Beispiel innerhalb einer Ebene liegen, kann die Außen- elektrode im zweiten Bereich so verformt werden, dass zwei oder mehr Teilflächen nach der Pressverformung im zweiten Bereich miteinander in Berührung sind. Insbesondere können die zwei oder mehr aneinander anliegenden Teilflächen der Außenelektrode derart aneinander anliegen, dass sich zwei elektrisch leitfähige, aneinander anliegende Bereiche der Teilflächen in direktem elektrischen Kontakt zueinander befinden .
Vorzugsweise sind die aneinander anliegenden Teilflächen frei von einer isolierenden Beschichtung . Dadurch kann mit Vorteil erreicht werden, dass ein zuverlässiger elektrischer Kontakt bereitgestellt wird, der insbesondere auch bei einer
Beschädigung eines Teilbereiches, beispielsweise aufgrund eines Einreißens der Außenelektrode in diesem Bereich, gewährleistet werden kann.
Des Weiteren kann die Außenelektrode im zweiten Bereich zumindest teilweise gefaltet sein. Die Außenelektrode wird durch das Pressverformen zum Beispiel in der Mitte des zweiten Bereichs geknickt, wobei zwei Teilflächen aneinander angepresst werden, so dass eine stabile Verbindung der
Teilflächen entsteht. Durch die Pressverformung der
Außenelektrode im zweiten Bereich, beispielsweise mittels eines Crimpwerkzeuges , kann somit eine zumindest teilweise Faltung der Außenelektrode im zweiten Bereich entstehen.
In einer Ausführungsform ist die Außenelektrode als Netz ausgebildet. Das Netz kann Drähte aufweisen, die miteinander verwebt sind. Die Drähte können Materialien wie beispiels¬ weise Stahl, Kupfer oder eine Eisen-Nickel-Legierung
aufweisen. Alternativ können die Drähte auch andere
Materialien aufweisen.
Das Netz kann zum Beispiel zumindest punktweise an der
Grundmetallisierung befestigt sein, welche auf einer
Seitenfläche des Stapels aufgebracht ist und die im Stapel liegenden Elektrodenschichten kontaktiert. Zwischen den punktweisen Kontaktierungen kann ein dehnbarer Bereich ausgebildet sein. Dadurch können Rissbildungen in den
Außenelektroden, die durch mechanische Spannungen innerhalb der piezoelektrischen Schichten entstehen können, verhindert werden .
In einer Ausführungsform führt wenigstens ein Draht aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich hinein. Der Draht weist zum Beispiel einen ersten und einen zweiten Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt am Stapel aufliegt und der zweite Abschnitt über den Stapel übersteht.
In einer Ausführungsform weist im zweiten Bereich wenigstens ein Draht mindestens zwei Drahtabschnitte auf, wobei der
Draht im ersten Drahtabschnitt eine andere Dicke aufweist als im zweiten Drahtabschnitt. Beispielsweise können durch die zumindest teilweise Pressverformung der Außenelektrode im zweiten Bereich ein oder mehrere Drahtabschnitte eines
Drahtes oder mehrer Drähte so verformt werden, dass sich nach der Pressverformung die Dicke einzelner Drahtabschnitte unterscheidet. Die Dicke des pressverformten Drahts kann durch eine geeignete Wahl des Pressdrucks auf einen
gewünschten Wert eingestellt werden.
Alternativ kann die Außenelektrode auch als Blech ausgebildet sein. Beispielsweise ist das Blech mit Löchern versehen und weist dadurch eine erhöhte Dehnbarkeit auf. Dadurch können beispielsweise Rissbildungen der Außenelektrode verhindert werden.
In einer Ausführungsform weist die Außenelektrode im zweiten Bereich mindestens einen Teilbereich auf, in dem die Breite der Außenelektrode geringer ist als die Breite der Außenelek- trode im ersten Bereich. Mit dem Begriff „Breite" wird dabei vorzugsweise die Erstreckung der Außenelektrode in einer Richtung quer zur Stapelrichtung bezeichnet, wobei die
Richtung parallel zu einer Seitenfläche des Stapels ist, auf der der erste Bereich der Außenelektrode angeordnet ist.
Die im Vergleich zum ersten Bereich geringere Breite der Außenelektrode im zweiten Bereich kann vorzugsweise durch eine Pressverformung der Außenelektrode im zweiten Bereich, beispielsweise durch Crimpen, erzielt werden. Dadurch kann zum Beispiel eine schlanke Form des zweiten, über den Stapel überstehenden Bereiches der Außenelektrode erreicht werden, was bei Bauraumeinschränkungen von Vorteil ist. In einer weiteren Ausführungsform weist die Außenelektrode im zweiten Bereich mindestens einen Teilbereich auf, in dem die Dicke der Außenelektrode größer ist als die Dicke der Außen¬ elektrode im ersten Bereich. Dabei kann mit dem Begriff „Dicke" der Außenelektrode die Erstreckung des Teilbereichs der Außenelektrode senkrecht zu einer Seitenfläche des
Stapels, auf der der erste Bereich der Außenelektrode
angeordnet ist, verstanden werden.
Beispielsweise kann durch ein „Umklappen" der Außenelektrode im zweiten Bereich, zum Beispiel mittels eines Crimpwerkzeu- ges, die Außenelektrode im zweiten Bereich so pressverformt werden, dass die Breite der Außenelektrode im zweiten Bereich geringer ist als im ersten Bereich und gleichzeitig die Dicke der Außenelektrode im zweiten Bereich größer ist als im ersten Bereich. „Umklappen" kann beispielsweise bedeuten, dass die Außenelektrode im zweiten Bereich in der Mitte entlang einer Falzlinie, die in Stapelrichtung verläuft, gefaltet ist. Im zweiten, über den Stapel überstehenden Bereich kann eine Weiterkontaktierung zur Spannungsversorgung, beispielsweise mittels Lötung oder Schweißung, befestigt werden. Dadurch können Lötungen und Schweißungen in der Nähe der Stapeloberfläche, die das piezoelektrische Vielschichtbauelement beschädigen könnten, vermieden werden.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Ausbildung einer Außenelektrode bei einem piezoelektrischen Vielschichtbauelement angegeben . Dabei wird zuerst ein Stapel aus piezoelektrischen Schichten und dazwischen angeordneten Elektrodenschichten bereitgestellt. Auf einer Seitenfläche des Stapels kann eine
Grundmetallisierung aufgebracht werden, indem beispielsweise eine Silber-Palladium-Paste oder eine kupferhaltige Paste auf die Seitenfläche aufgetragen und dann eingebrannt wird.
Des Weiteren wird ein leitfähiges Element bereitgestellt, welches einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist. Der erste Bereich des Elements wird am Stapel angeordnet, beispielsweise auf einer Seitenfläche, auf der eine
Grundmetallisierung aufgebracht ist, so dass der zweite
Bereich über den Stapel übersteht. Der erste Bereich des Elements wird am Stapel, vorzugsweise an der Grundmetalli- sierung, zum Beispiel mittels eines Lotmaterials, befestigt.
Anschließend wird der zweite Bereich des Elements press- verformt. Dazu wird vorzugsweise ein Presswerkzeug mit
Presszangen, beispielsweise ein Crimpwerkzeug, im zweiten Bereich des leitfähigen Elements zum Beispiel an zwei
verschiedenen Seiten des Elements angeordnet und dann
zusammengepresst . Auf diese Weise wird aus dem leitfähigen Element eine Außenelektrode des Bauelements gebildet. Durch das Pressverformen unterscheidet sich die am Bauelement ausgebildete Außenelektrode in ihrer äußeren Form von der Ausgangsform des leitfähigen Elements.
Durch die Pressverformung kann zum Beispiel die Dicke und Breite der Außenelektrode im zweiten Bereich von der Dicke und Breite im ersten Bereich verschieden sein. Die Geometrie der Außenelektrode im zweiten Bereich kann beliebig den
Anforderungen des Vielschichtbauelements angepasst werden, um beispielsweise das Anbringen einer Weiterkontaktierung an die Außenelektrode zu erleichtern. Im Folgenden werden das angegebene piezoelektrische
Vielschichtbauelement und seine vorteilhaften Ausgestaltungen anhand von schematischen Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines
piezoelektrischen Vielschichtbauelements mit einer Außenelektrode,
Figur 2 einen Querschnitt eines piezoelektrischen
Vielschichtbauelements mit einer Außenelektrode,
Figur 3 eine seitliche Aufsicht auf ein piezoelektrisches
Vielschichtbauelement mit einer Außenelektrode,
Figuren 4A, 4B, 4C Verfahrensschritte eines Verfahrens zur
Ausbildung einer Außenelektrode bei einem piezoelektrischen Vielschichtbauelement .
Figur 1 zeigt ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement 1 mit einer Außenelektrode 6, welche in einem zweiten Bereich 8 zumindest teilweise pressverformt ist.
Das piezoelektrische Vielschichtbauelement 1 umfasst einen Stapel 2 aus piezoelektrischen Schichten 3 und dazwischen liegenden Elektrodenschichten 4, die entlang einer
Stapelrichtung 14 übereinander angeordnet sind. Die
Stapelrichtung 14 entspricht der Längsachse des Stapels 2. Die piezoelektrischen Schichten 3 und die Elektrodenschichten 4 sind gemeinsam gesintert und bilden einen monolithischen Sinterkörper .
Die Elektrodenschichten 4 reichen entlang der Stapelrichtung 14 abwechselnd bis zu einer Außenseite des Stapels 2 und sind von der gegenüberliegenden Außenseite beabstandet. Zur Kontaktierung der Elektrodenschichten 4 ist eine Außenelektrode 6 in einem ersten Bereich 7 der Außenelektrode 6 auf der Außenseite des Stapels 2 befestigt. Die Außenelek¬ trode 6 ist im ersten Bereich 7 flächig geformt, d.h. die Außenelektrode 6 ist flach ausgebildet und erstreckt sich im ersten Bereich 7 über einen großen zweidimensionalen Bereich. Dieser zweidimensionale Bereich kann auch als Hauptfläche 15 der Außenelektrode bezeichnet werden. Der erste Bereich 7 bedeckt einen Großteil einer Seitenfläche des Stapels 2. Die Außenelektrode 6 liegt mit der Hauptfläche 15 am Stapel 2 auf und ist vollflächig mit dem Stapel 2 verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Außenelektrode 6 als Drahtgewebe ausgeführt. Das Drahtgewebe weist Drähte 20 auf, welche miteinander verwebt sind und welche zum Beispiel
Materialien wie Stahl, Kupfer oder Eisen-Nickel Legierungen aufweisen .
Ein zweiter Bereich 8 der Außenelektrode 6 steht über den Stapel 2 in Richtung der Stapelrichtung 14 über. Die Außenelektrode 6 weist im zweiten Bereich 8 Teilflächen 9a und 9b auf, welche gegenüber der Hauptfläche 15 geneigt sind. Die zwei Teilflächen 9a, 9b liegen im zweiten Bereich 8 aneinander an. Alternativ kann die Außenelektrode 6 im zweiten
Bereich 8 auch eine andere pressverformte Geometrie
aufweisen .
Auf gleiche oder ähnliche Weise ist auf der gegenüber¬ liegenden Außenseite eine weitere Außenelektrode befestigt und pressverformt (hier nicht eingezeichnet) .
Figur 2 zeigt einen Querschnitt des piezoelektrischen Viel- schichtbauelements 1 gemäß Figur 1, bei dem eine Aufsicht auf eine piezoelektrische Schicht 3 zu sehen ist. Der Stapel 2 aus piezoelektrischen Schichten 3 und Elektrodenschichten 4 weist zwei gegenüberliegende inaktive Zonen 5a, 5b auf.
Innerhalb der inaktiven Zonen 5a, 5b tritt in Stapelrichtung 14 gesehen keine Überlappung von benachbarten gegenpoligen Elektrodenschichten 4 auf. Auf zwei gegenüberliegende
Außenseiten 2a, 2b des Stapels 2, die an die inaktiven Zonen 5a, 5b angrenzen, ist eine Grundmetallisierung 10 aufgebracht. Die Grundmetallisierung 10 wird vorzugsweise in Form einer Silber-Palladium-Paste oder einer kupferhaltigen Paste auf einen Teilbereich der Außenseite des Stapels 2 aufgetra¬ gen und beim Sintern des Stapels mit eingebrannt. Die Außen¬ elektroden 6a, 6b sind jeweils mittels einer Lotschicht 11 an der Grundmetallisierung 10 befestigt. Durch die Pressverformung der Außenelektrode 6 im zweiten Bereich 8, beispielsweise mittels eines Crimpwerkzeuges , unterscheidet sich die Außenelektrode 6 nach der Pressver¬ formung in ihrer Dicke 18 im ersten Bereich 7 von ihrer Dicke 19 im zweiten Bereich 8. Insbesondere weist die Außenelek- trode 6 im ersten Bereich 7 eine geringere Dicke 18 auf als im zweiten Bereich 8. Durch die Pressverformung der Außenelektrode 6 im zweiten Bereich 8 kann die Geometrie des zweiten Bereiches 8 der Außenelektrode 6 den spezifischen geometrischen Anforderungen einer Weiterkontaktierung 12 angepasst werden.
Figur 3 zeigt eine seitliche Aufsicht des piezoelektrischen Vielschichtbauelements 1 gemäß Figur 1, wobei das Bauelement 1 im Vergleich zum Bauelement 1 in Figur 1 um 180 Grad bezüglich der Stapelrichtung 14 gedreht ist. Die
Außenelektrode 6 ist im ersten Bereich 7 flächig ausgeführt und weist eine Hauptfläche 15 auf, an der sie beispielsweise mittels eines Weichlots am Stapel 2 befestigt ist. Durch die Pressverformung unterscheidet sich die Außenelektrode 6 in ihrer Breite 17 im zweiten Bereich 8 von ihrer Breite 16 im ersten Bereich 7. Durch eine schlankere Form der Außenelektrode 6 im zweiten Bereich 8 kann beispielsweise das Anbringen einer Weiterkontaktierung 12 erleichtert oder die Außenelektrode 6 ihrem Einbauraum angepasst werden.
Eine solche Weiterkontaktierung 12 dient der Spannungsversorgung und ist beispielsweise durch eine Lötung oder eine
Schweißung im zweiten Bereich 8 an der Außenelektrode 6 befestigt. Durch das Befestigen der Weiterkontaktierung 12 im zweiten Bereich 8 der Außenelektrode 6 kann beispielsweise können beispielsweise Löt- und Schweißprozesse an der
Oberfläche des Stapels 2, welche zu einer Beschädigung des Stapels 2 führen können, vermieden oder reduziert werden.
Die Figuren 4A, 4B und 4C zeigen Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Ausbildung einer Außenelektrode bei einem piezoelektrischen Vielschichtbauelement .
Figur 4A zeigt einen Stapel 2 aus piezoelektrischen Schichten 3 und dazwischen angeordneten Elektrodenschichten (hier nicht gezeigt) , an welchem ein leitfähiges Element 9 aufweisend einen ersten Bereich 7 und einen zweiten Bereich 8 angeordnet und befestigt wird.
Der zweite Bereich 8 stellt eine Verlängerung des ersten Bereichs 7 dar. Das Element 9 ist flächig geformt, d.h. es ist flach ausgebildet und erstreckt sich über einen großen zweidimensionalen Bereich. Der flächig geformte Bereich im ersten Bereich 7 wird als Hauptfläche 15 des Elements 9 bezeichnet . Das leitfähige Element 9 wird so am Stapel 2 angeordnet, dass es im ersten Bereich 7 mit seiner Hauptfläche 15 vollflächig am Stapel 2 anliegt und im zweiten Bereich 8 in Stapelrichtung 14 über den Stapel 2 übersteht. Anschließend wird das Element 9, beispielsweise mittels Lötens, im ersten Bereich 7 mit seiner Hauptfläche 15 am Stapel 2 befestigt.
Figur 4B zeigt den Stapel 2 und das leitfähige Element 9 nach dem Befestigen des Elements 9 am Stapel 2 und stellt das Pressverformen eines Teiles des zweiten Bereiches 8 des
Elements 9 mittels eines Presswerkzeuges 13 dar. Dabei wird ein Presswerkzeug 13 mit Presszangen im zweiten Bereich 8 an zwei verschiedenen Seiten des Elements 9 angeordnet und danach zusammengepresst . Als Presswerkzeug 13 kann zum
Beispiel ein Crimpwerkzeug verwendet werden.
Figur 4C zeigt das leitfähige Element 9 nach dem Schritt des Pressverformens. Durch das im zweiten Bereich 8 zumindest teilweise pressverformte leitfähige Element 9, welches am Stapel 2 befestigt ist, ist eine Außenelektrode 6
ausgebildet .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung an Hand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese
Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugs zeichenliste
1 piezoelektrisches Vielschichtbauelement
2 Stapel
2a, 2b Außenseite
3 piezoelektrische Schicht
4 Elektrodenschicht
5a, 5b inaktive Zone
6, 6a, 6b Außenelektrode
7 erster Bereich
8 zweiter Bereich
9 Element
9a erste Teilfläche
9b zweite Teilfläche
10 Grundmetallisierung
11 Lotschicht
12 Weiterkontaktierung
13 Presswerkzeug
14 Stapelrichtung
15 Hauptfläche
16 Breite im ersten Bereich
17 Breite im zweiten Bereich
18 Dicke im ersten Bereich
19 Dicke im zweiten Bereich
20 Draht

Claims

Piezoelektrisches Vielschichtbauelement (1)
- mit einem Stapel (2) aus piezoelektrischen Schichten (3) und dazwischen angeordneten Elektrodenschichten (4) und
- mit mindestens einer Außenelektrode (6, 6a, 6b)
aufweisend einen ersten Bereich (7), der am Stapel (2) befestigt ist, und einen zweiten Bereich (8), der über den Stapel (2) übersteht,
- wobei die Außenelektrode (6, 6a, 6b) im zweiten Bereich (8) zumindest teilweise pressverformt ist.
Vielschichtbauelement nach Anspruch 1,
- wobei der erste und der zweite Bereich (7, 8) aus einem gemeinsamen Element (9) gebildet sind.
Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
- bei dem die Außenelektrode (6, 6a, 6b) zumindest teilweise flach ausgebildet ist und eine Hauptfläche (15) aufweist .
Vielschichtbauelement nach Anspruch 3,
- wobei die Außenelektrode (6, 6a, 6b) im ersten Bereich (7) mit ihrer Hauptfläche (15) am Stapel (2) angeordnet ist .
Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
- wobei im zweiten Bereich (8) mindestens eine Teilfläche (9a, 9b) der Außenelektrode (6, 6a, 6b) gegenüber der Hauptfläche (15) der Außenelektrode (6, 6a, 6b) geneigt ist .
6. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
- wobei im zweiten Bereich (8) mindestens zwei
Teilflächen (9a, 9b) der Außenelektrode (6, 6a, 6b) aneinander anliegen.
7. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
- wobei die Außenelektrode (6, 6a, 6b) im zweiten Bereich (8) zumindest teilweise gefaltet ist. 8 Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
- bei dem die Außenelektrode (6, 6a, 6b) als Netz ausgebildet ist,
- wobei das Netz Drähte (20) aufweist, die miteinander verwebt sind.
Vielschichtbauelement nach Anspruch 8,
- bei dem wenigstens ein Draht (20) aus dem ersten
Bereich (7) in den zweiten Bereich (8) hineinführt. 10. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
- bei dem im zweiten Bereich (8) wenigstens ein Draht (20) mindestens zwei Drahtabschnitte aufweist,
- wobei der Draht (20) im ersten Drahtabschnitt eine andere Dicke aufweist als im zweiten Drahtabschnitt.
11. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
- bei dem die Außenelektrode (6, 6a, 6b) im zweiten Bereich (8) mindestens einen Teilbereich aufweist, in dem die Breite (17) der Außenelektrode (6, 6a, 6b) geringer ist als die Breite (16) der Außenelektrode (6, 6a, 6b) im ersten Bereich (7) . Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, - bei dem die Außenelektrode (6, 6a, 6b) im zweiten
Bereich (8) mindestens einen Teilbereich aufweist, in dem die Dicke (19) der Außenelektrode (6, 6a, 6b) größer ist als die Dicke (18) der Außenelektrode (6, 6a, 6b) im ersten Bereich (7) .
Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, - bei dem das Vielschichtbauelement (1) mindestens eine Weiterkontaktierung (12) aufweist, die im zweiten Bereich (8) der Außenelektrode (6, 6a, 6b) befestigt ist.
14. Verfahren zur Ausbildung einer Außenelektrode (6, 6a, 6b) bei einem piezoelektrischen Vielschichtbauelement (1), umfassend die Schritte:
A) Bereitstellen eines Stapels (2) aus piezoelektrischen Schichten (3) und dazwischen angeordneten Elektrodenschichten ( 4 ) ,
B) Bereitstellen eines leitfähigen Elements (9)
aufweisend einen ersten Bereich (7) und einen zweiten
Bereich ( 8 ) ,
C) Anordnen des ersten Bereiches (7) des Elements (9) am Stapel (2), so dass der zweite Bereich (8) über den
Stapel (2) übersteht, und Befestigen des ersten Bereichs (7) des Elements (9) am Stapel (2) und
D) Pressverformen des zweiten Bereichs (8) des Elements (9) .
15. Verfahren nach Anspruch 14,
- bei dem in Schritt D) zum Pressverformen ein
Crimpwerkzeug verwendet wird.
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