DE102008048051B4 - Component and method for contacting a device - Google Patents

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Abstract

Bauelement (1), das – eine keramische Matrix (5), – mindestens eine Innenelektrode (2), die in der keramischen Matrix (5) angeordnet ist und an einer ersten Oberfläche (7) freigelegt ist, – mindestens einen elektrisch leitenden Sammelkontakt (8, 10), der mit der Innenelektrode (2) elektrisch verbunden ist, und – eine äußere Schicht (18) aufweist, wobei die äußere Schicht (18) eine Druckvorspannung auf den Sammelkontakt (8, 10) ausübt, wobei das Bauelement (1) ferner eine Isolationsschicht (15) aufweist, die zwischen der keramischen Matrix (5) und dem Sammelkontakt (8, 10) angeordnet ist, wobei die Isolationsschicht (15) mindestens eine Durchöffnung (16) aufweist, die zumindest einen Teil der Innenelektrode (2) freilegt, wobei die Isolationsschicht (15) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts (8, 10).Component (1) comprising: - a ceramic matrix (5), - at least one inner electrode (2) arranged in the ceramic matrix (5) and exposed on a first surface (7), - at least one electrically conductive collecting contact ( 8, 10) which is electrically connected to the inner electrode (2), and - an outer layer (18), wherein the outer layer (18) exerts a compressive bias on the collecting contact (8, 10), wherein the component (1 ) further comprises an insulating layer (15) arranged between the ceramic matrix (5) and the collecting contact (8, 10), wherein the insulating layer (15) has at least one through opening (16) which forms at least a part of the inner electrode (2 ), wherein the insulating layer (15) has a thermal expansion coefficient smaller than the thermal expansion coefficient of the collecting contact (8, 10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement, insbesondere ein elektrokeramisches Bauelement wie einen Piezoaktor sowie ein Verfahren zum Kontaktieren eines Bauelements.The invention relates to a component, in particular an electroceramic component such as a piezoelectric actuator and a method for contacting a component.

Elektrokeramische Bauelemente wie Piezoaktoren weisen eine keramische Matrix mit mindestens einer Innenelektrode auf, die im keramischen Körper angeordnet ist und an einer Oberfläche freigelegt ist. Ein Piezoaktor kann auch in Form eines Vielschichtpiezoaktors ausgebildet werden, der eine Vielzahl piezoelektrisch aktiver keramischer Lagen und metallischer Innenelektrodenlagen aufweist, die abwechselnd aufeinander gestapelt sind. Bei einem Vielschichtpiezoaktor weisen die Oberflächen eine Vielzahl streifenförmiger metallischer Innenelektroden und piezoelektrisch aktive keramische Bereiche auf. Die EP 1 835 553 A1 offenbart zum Beispiel einen Vielschichtpiezoaktor.Electroceramic devices such as piezoelectric actuators have a ceramic matrix with at least one inner electrode which is arranged in the ceramic body and is exposed on a surface. A piezoactuator can also be designed in the form of a multilayer piezoactuator which has a multiplicity of piezoelectrically active ceramic layers and metallic inner electrode layers which are alternately stacked on one another. In a multilayer piezoelectric actuator, the surfaces have a plurality of strip-shaped metallic inner electrodes and piezoelectrically active ceramic regions. The EP 1 835 553 A1 for example, discloses a multilayer piezoelectric actuator.

Diese elektronischen Bauelemente weisen typischerweise großflächige metallische Außenkontakte auf, die zumindest zum Teil auf der keramischen Matrix des Bauelements angeordnet sind und in elektrischer Verbindung mit den Innenelektroden stehen.These electronic components typically have large-area metallic external contacts, which are arranged at least partially on the ceramic matrix of the component and are in electrical connection with the internal electrodes.

Piezoelektrisch aktive Bauelemente sind auch auf Grund der mechanischen Verformung der piezoelektrisch aktiven Matrix rissanfällig. Diese mechanische Verformung kann auch zu einer zusätzlichen Belastung der Außenkontakte führen, wie in der DE 199 45 934 C1 beschrieben wird.Piezoelectrically active components are susceptible to cracking due to the mechanical deformation of the piezoelectrically active matrix. This mechanical deformation can also lead to an additional load on the external contacts, as in the DE 199 45 934 C1 is described.

Zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der Kontaktierung zwischen den Innenelektroden und dem Außenkontakt ist aus der DE 199 45 934 C1 bekannt, den Außenkontakt aus zwei unterschiedlichen Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung herzustellen. Die untere erste Schicht weist eine Zusammensetzung auf, die zur Verbesserung der Haftfestigkeit am Bauelement dient und die obere zweite Schicht wird in ihrer Zusammensetzung so optimiert, dass sie eine gute Lötbarkeit aufweist.To improve the reliability of the contact between the internal electrodes and the external contact is from the DE 199 45 934 C1 known to produce the external contact of two different layers of different composition. The lower first layer has a composition which serves to improve the adhesion to the device and the upper second layer is optimized in its composition so that it has good solderability.

Die DE 197 53 930 A1 offenbart einen Piezoaktor, dessen Oberfläche wenigstens teilweise von einer unter mechanischer Zugspannung stehenden Hülle umspritzt ist. Die Endstücke sind von dieser Hülle gegen die Grund- bzw. Deckfläche gedrückt.The DE 197 53 930 A1 discloses a piezoactuator whose surface is at least partially encapsulated by a shell under mechanical tension. The end pieces are pressed by this shell against the base or top surface.

Die DE 102 25 408 A1 offenbart einen Aktor, bei dem die Außenelektrode durch einen Schrumpfschlauch an die Grundmetallisierung gepresst wird.The DE 102 25 408 A1 discloses an actuator in which the outer electrode is pressed by a shrink tube to the base metallization.

EP 1 814 169 A2 offenbart einen Piezoaktor mit einem Metallgewebe als Außenelektrode, das aus Invar gebildet ist und somit eine geringe Wärmeausdehnung aufweist. EP 1 814 169 A2 discloses a piezoelectric actuator with a metal mesh as outer electrode, which is formed from Invar and thus has a low thermal expansion.

In DE 10 2006 046 831 A1 ist ein Piezoaktor beschrieben, der von einer flexiblen Isolationsschicht mit einer Metallfolie aus Invar umgeben ist.In DE 10 2006 046 831 A1 a piezoactuator is described, which is surrounded by a flexible insulating layer with a metal foil from Invar.

Weitere Verbesserungen zum Herstellen eines zuverlässigeren Kontaktierens mit einem Bauteil mit Innenelektroden sowie zum Bereitstellen eines zuverlässigeren Bauelements sind jedoch wünschenswert.However, further improvements to making more reliable bonding to a device with internal electrodes and to providing a more reliable device are desirable.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektronisches Bauelement mit einer keramischen Matrix und mindestens einer Innenelektrode vorzusehen, das zuverlässiger ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Kontaktieren eines Bauelements mit einer keramischen Matrix und mindestens einer Innenelektrode vorzusehen, wobei ein zuverlässigerer Kontakt gebildet wird.The object of the invention is therefore to provide an electronic component with a ceramic matrix and at least one inner electrode, which is more reliable. A further object of the invention is to provide a method for contacting a component with a ceramic matrix and at least one inner electrode, wherein a more reliable contact is formed.

Gelöst ist dies mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.This is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments are the subject of the respective dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein Bauelement vorgesehen, das eine keramische Matrix, mindestens eine Innenelektrode, die in der keramischen Matrix angeordnet ist und an einer ersten Oberfläche freigelegt ist und mindestens einen elektrisch leitenden Sammelkontakt, der mit der Innenelektrode elektrisch verbunden ist, und eine weitere äußere Schicht aufweist. Die äußere Schicht übt eine Druckvorspannung auf den Sammelkontakt aus. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schicht ist kleiner als der Wärmausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts.According to the invention, a component is provided which has a ceramic matrix, at least one inner electrode which is arranged in the ceramic matrix and is exposed on a first surface and at least one electrically conductive collecting contact, which is electrically connected to the inner electrode, and a further outer layer , The outer layer exerts a compressive bias on the collecting contact. The thermal expansion coefficient of the outer layer is smaller than the coefficient of thermal expansion of the collective contact.

Auf Grund ausgewählter Wärmausdehnungskoeffizienten übt die äußere Schicht eine Druckvorspannung auf den darunter liegenden Sammelkontakt und die Innenelektrode aus. Insbesondere ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schicht kleiner als der Wärmausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts.Due to selected coefficients of thermal expansion, the outer layer exerts a compressive bias on the underlying collector contact and the inner electrode. In particular, the thermal expansion coefficient of the outer layer is smaller than the coefficient of thermal expansion of the collecting contact.

Die Zuverlässigkeit der Kontaktierung zwischen dem Sammelkontakt und der Innenelektrode wird durch die äußere Schicht verbessert, da sie den Sammelkontakt an die Innenelektrode mechanisch drückt und das Abheben des Sammelkontakts von der Innenelektrode verhindert oder zumindest behindert.The reliability of the contact between the collecting contact and the inner electrode is improved by the outer layer, since it mechanically presses the collecting contact to the inner electrode and prevents or at least impedes the lifting of the collecting contact from the inner electrode.

Die Innenelektrode ist an einer ersten Oberfläche freigelegt und nicht von der keramischen Matrix umhüllt. Dieser freigelegte Teil der Innenelektrode dient als eine elektrisch leitende Kontaktfläche. Der Sammelkontakt kann direkt auf der Innenelektrode angeordnet sein, um die elektrische Verbindung zwischen dem Sammelkontakt und der Innenelektrode herzustellen.The inner electrode is exposed on a first surface and is not covered by the ceramic matrix. This exposed part of the inner electrode serves as an electrically conductive contact surface. The collective contact can be directly on the Inner electrode may be arranged to establish the electrical connection between the collecting contact and the inner electrode.

Die Druckvorspannung kann ferner den elektrischen Kontakt zwischen dem Sammelkontakt und der Innenelektrode verbessern, da auf Grund des Drucks die Kontaktfläche zwischen den elektrisch leitenden Partikeln des Sammelkontakts und der Innenelektrode vergrößert und der elektrische Kontaktwiderstand reduziert wird. Folglich wird bei einem Bauelement zur Verwendung als Aktor in einem Einspritzventil eine für die gewünschten kurzen Pulsdauern, hohen Ansteuerspannungen und erheblichen Anwendungstemperaturen ausreichend große Lebensdauer und Zuverlässigkeit gewährleistet.The pressure bias may further improve the electrical contact between the collecting contact and the inner electrode, because of the pressure increases the contact area between the electrically conductive particles of the collecting contact and the inner electrode and the electrical contact resistance is reduced. Consequently, in a component for use as an actuator in an injection valve, a sufficiently long service life and reliability is ensured for the desired short pulse durations, high drive voltages and considerable application temperatures.

Die äußere Schicht kann direkt oder indirekt auf dem Sammelkontakt angeordnet werden. Der Begriff indirekt wird verwendet, um eine Anordnung zu bezeichnen, bei der eine weitere Schicht zwischen der äußeren Schicht und dem Sammelkontakt angeordnet ist. Diese zusätzliche Schicht kann elektrisch leitend oder elektrisch isolierend sein. Es ist auch nicht ausgeschlossen, eine weitere Schicht auf der äußeren Schicht anzuordnen.The outer layer can be arranged directly or indirectly on the collecting contact. The term indirectly is used to denote an arrangement in which another layer is disposed between the outer layer and the collecting contact. This additional layer may be electrically conductive or electrically insulating. It is also not excluded to arrange another layer on the outer layer.

Im Falle, dass die äußere Schicht indirekt auf dem Sammelkontakt angeordnet ist, wird die Druckvorspannung über der dazwischen angeordneten Schicht auf den Sammelkontakt übertragen.In the case that the outer layer is disposed indirectly on the collecting contact, the pressure bias is transmitted to the collecting contact via the layer arranged therebetween.

Die äußere Schicht kann aus einer geschrumpften Kunststofffolie bestehen, die einen mechanischen Druck auf den Sammelkontakt ausübt.The outer layer may consist of a shrunken plastic film which exerts a mechanical pressure on the collecting contact.

Der Unterschied zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der äußeren Schicht und dem Wärmausdehnungskoeffizienten des Sammelkontakts wird durch eine geeignete Materialauswahl der äußeren Schicht sowie des Sammelkontakts erzeugt. Durch diese Materialauswahl kann die Höhe der Druckvorspannung eingestellt werden.The difference between the coefficient of thermal expansion of the outer layer and the coefficient of thermal expansion of the collector contact is created by a suitable choice of material of the outer layer and of the collector contact. Through this material selection, the height of the pressure bias can be adjusted.

Die Druckvorspannung, die die äußere Schicht ausübt, kann bei höheren Temperaturen erhöht werden. Bei zunehmend höheren Temperaturen vergrößert sich das Volumen der Schutzschicht weniger als das Volumen des Sammelkontakts, so dass eine Druckvorspannung bei der Anwendungstemperatur ausgeübt wird. Durch eine geeignete Auswahl von Wärmeausdehnungskoeffizienten und ihrer Temperaturabhängigkeit kann diese Druckspannung bei erhöhten Temperaturen weiter erhöht werden.The compressive bias exerted by the outer layer can be increased at higher temperatures. At increasingly higher temperatures, the volume of the protective layer increases less than the volume of the collective contact, so that a pressure bias is applied at the application temperature. By a suitable selection of thermal expansion coefficients and their temperature dependence, this compressive stress can be further increased at elevated temperatures.

Dies hat den Vorteil, dass die Druckvorspannung, die die äußere Schicht ausübt, bei höheren Temperaturen erhöht werden kann. Bei zunehmend höheren Temperaturen vergrößert sich das Volumen der Schutzschicht weniger als das Volumen des Sammelkontakts, so dass eine Druckvorspannung bei der Anwendungstemperatur ausgeübt wird. Durch eine geeignete Auswahl von Wärmeausdehnungskoeffizienten und ihrer Temperaturabhängigkeit kann diese Druckspannung bei erhöhten Temperaturen weiter erhöht werden.This has the advantage that the compressive bias exerted by the outer layer can be increased at higher temperatures. At increasingly higher temperatures, the volume of the protective layer increases less than the volume of the collective contact, so that a pressure bias is applied at the application temperature. By a suitable selection of thermal expansion coefficients and their temperature dependence, this compressive stress can be further increased at elevated temperatures.

In einem Ausführungsbeispiel ist in einem Temperaturbereich von –50°C bis zu 180°C der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schicht kleiner als der Wärmausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts. Dieser Temperaturbereich entspricht einem herkömmlichen Lagerungstemperaturbereich. Wenn die Wärmeausdehnungskoeffizienten diese Bedingung erfüllen, wird gewährleistet, dass während der Lagerung des Bauteils eine Druckvorspannung auf den Sammelkontakt von der äußeren Schicht ausgeübt wird. Folglich wird vermieden, dass auf Grund einer Entspannung des Drucks auf den Sammelkontakt während der Lagerung sich Risse zwischen dem Sammelkontakt und der Innenelektrode bilden.In one embodiment, in a temperature range of -50 ° C to 180 ° C, the thermal expansion coefficient of the outer layer is smaller than the coefficient of thermal expansion of the collector contact. This temperature range corresponds to a conventional storage temperature range. If the coefficients of thermal expansion meet this condition, it is ensured that during the storage of the component, a compressive bias is exerted on the collecting contact of the outer layer. Consequently, it is avoided that cracks between the collecting contact and the inner electrode are formed due to relaxation of the pressure on the collecting contact during storage.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist in einem Temperaturbereich von –40°C bis zu 150°C der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schicht kleiner als der Wärmausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts. Dieser Temperaturbereich entspricht einem herkömmlichen Anwendungstemperaturbereich eines piezoelektrisch aktiven Aktors eines Einspritzventils.In a further embodiment, in a temperature range of -40 ° C to 150 ° C, the thermal expansion coefficient of the outer layer is smaller than the coefficient of thermal expansion of the collective contact. This temperature range corresponds to a conventional application temperature range of a piezoelectrically active actuator of an injection valve.

Die äußere Schicht kann die Gestalt eine Hülse aufweisen und nur auf den Randseiten angeordnet werden. Es ist auch möglich, die äußere Schicht nur auf dem Sammelkontakt bzw. Sammelkontakten anzuordnen, während die weiteren Oberflächen des Körpers frei von der äußeren Schicht bleiben. Die äußere Schicht kann Kunststoff oder Metall oder eine Legierung oder ein glasfaserverstärktes Polyamid aufweisen.The outer layer may have the shape of a sleeve and be arranged only on the edge sides. It is also possible to arrange the outer layer only on the collecting contact or collecting contacts, while the other surfaces of the body remain free of the outer layer. The outer layer may comprise plastic or metal or an alloy or a glass fiber reinforced polyamide.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Bauelement ferner eine weitere Schutzschicht auf, die zwischen dem Sammelkontakt und der äußere Schicht angeordnet ist. In diesem Fall ist die äußere Schicht indirekt auf dem Sammelkontakt angeordnet. Die Schutzschicht dient dazu, den Sammelkontakt vor äußeren Beschädigungen besser zu schützen, die beispielsweise durch Kontakt mit einer korrosiven Substanz, wie Benzin oder Diesel im Falle eines Einspritzventils, verursacht werden können.In a further embodiment, the device further comprises a further protective layer which is arranged between the collecting contact and the outer layer. In this case, the outer layer is disposed indirectly on the collecting contact. The protective layer serves to better protect the collecting contact from external damage, which may be caused for example by contact with a corrosive substance such as gasoline or diesel in the case of an injection valve.

Die Schutzschicht kann den Körper an den Randseiten vollständig umhüllen, um den Schutz zu erhöhen. Die Endflächen sind jedoch frei von der Schutzschicht. Das Material der Schutzschicht wird abhängig von der geplanten Anwendung ausgewählt, so dass die Schutzschicht dielektrisch sein kann und ein Vergussmaterial, z. B. ein Silikonelastomer oder Polyurethan aufweisen kann.The protective layer can completely encase the body at the edge sides to increase the protection. However, the end surfaces are free of the protective layer. The material of the protective layer is selected depending on the intended application, so that the protective layer can be dielectric and a potting material, for. B. may have a silicone elastomer or polyurethane.

In einem Ausführungsbeispiel weist die Schutzschicht einen Wärmeausdehnungskoeffizient auf, der größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schicht. Folglich wird die Druckvorspannung, die die äußere Schicht ausübt, über die Schutzschicht auf den Sammelkontakt übertragen.In one embodiment, the protective layer has a thermal expansion coefficient that is greater than the thermal expansion coefficient of the outer layer. Consequently, the compressive bias exerted by the outer layer is transferred to the collecting contact via the protective layer.

Das Bauelement weist eine zusätzliche Isolationsschicht auf, die zwischen einem Körper aus der keramischen Matrix und der darin angeordneten Innenelektrode und dem Sammelkontakt angeordnet ist. Diese Isolationsschicht weist mindestens eine Durchöffnung auf, die zumindest einen Teil der Innenelektrode freilegt, so dass die freiliegende Innenelektrode in elektrischem Kontakt mit dem darauf angeordneten Sammelkontakt steht.The device has an additional insulating layer which is arranged between a body of the ceramic matrix and the inner electrode arranged therein and the collecting contact. This insulating layer has at least one through-opening which exposes at least a part of the inner electrode, so that the exposed inner electrode is in electrical contact with the collecting contact arranged thereon.

Die Isolationsschicht weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts. Dieses Verhältnis zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Isolationsschicht und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Sammelkontakts verhindert, dass eine Ausdehnung der Isolationsschicht bei erhöhten Temperaturen zu einem Abheben des Sammelkontakts führt.The insulating layer has a thermal expansion coefficient which is smaller than the thermal expansion coefficient of the collecting contact. This ratio between the thermal expansion coefficient of the insulating layer and the coefficient of thermal expansion of the collecting contact prevents expansion of the insulating layer at elevated temperatures leads to lifting of the collecting contact.

Die Isolationsschicht kann auch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der weiteren Schutzschicht. Dieses Verhältnis zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Isolationsschicht und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Sammelkontakts verhindert, dass eine Ausdehnung der Isolationsschicht bei erhöhten Temperaturen zu einem Abheben der Schutzschicht und ihrer Delamination von dem Sammelkontakt führt.The insulating layer may also have a thermal expansion coefficient which is smaller than the thermal expansion coefficient of the further protective layer. This ratio between the thermal expansion coefficient of the insulating layer and the coefficient of thermal expansion of the collecting contact prevents expansion of the insulating layer at elevated temperatures resulting in lifting of the protective layer and its delamination from the collecting contact.

Der Kontakt zwischen dem Sammelkontakt und der Innenelektrode kann auch durch eine zweite elektrisch leitende Schicht erhöht werden, die zwischen dem Sammelkontakt und der Innenelektrode angeordnet ist.The contact between the collecting contact and the inner electrode can also be increased by a second electrically conductive layer, which is arranged between the collecting contact and the inner electrode.

Diese zweite Schicht kann die mechanische Festigkeit der Verbindung zwischen der Innenelektrode und dem Sammelkontakt erhöhen und/oder den elektrischen Widerstand reduzieren. Diese Eigenschaften können durch die Auswahl der Materialien der zweiten Schicht, der Innenelektrode und/oder dem Sammelkontakt und/oder durch das Gefüge der zweiten Schicht erreicht werden.This second layer can increase the mechanical strength of the connection between the inner electrode and the collecting contact and / or reduce the electrical resistance. These properties can be achieved by the selection of the materials of the second layer, the inner electrode and / or the collecting contact and / or by the structure of the second layer.

Zum Beispiel kann die zweite elektrisch leitende Schicht ein Material aufweisen, das mit dem Material der Innenelektrode und/oder dem Material des Sammelkontakts chemisch reagiert oder legiert, um die mechanische Festigkeit der Verbindung zu erhöhen.For example, the second electrically conductive layer may comprise a material that chemically reacts or alloys with the material of the inner electrode and / or the material of the collecting contact to increase the mechanical strength of the connection.

Die zweite elektrisch leitende Schicht kann auch nanoskalige Körner oder Partikel aufweisen, die dazu dienen, die Kontaktfläche zwischen der zweiten Schicht und der darunter liegenden Innenelektrode zu erhöhen. Die vergrößerte Kontaktfläche führt zu einem niedrigeren elektrischen Kontaktwiderstand. Der Begriff nanoskalig wird definiert, als Körner oder Partikel mit einem Durchmesser von 0,1 nm bis zu 1000 nm, vorzugsweise 0,1 nm bis zu 200 nm.The second electrically conductive layer may also include nanoscale grains or particles which serve to increase the contact area between the second layer and the underlying inner electrode. The increased contact area leads to a lower electrical contact resistance. The term nanoscale is defined as grains or particles with a diameter of 0.1 nm up to 1000 nm, preferably 0.1 nm up to 200 nm.

Die zweite elektrisch leitende Schicht kann aus nass chemisch aufgebrachten nanoskaligen Körnern oder Partikeln, einem galvanisch aufgebrachtem Metall oder durch ein Vakuumabscheidungsverfahren wie PVD (Physical Vapour Deposition), CVD (Chemical Vapour Deposition) gebildet sein.The second electrically conductive layer can be formed from wet-chemically applied nanoscale grains or particles, an electrodeposited metal or by a vacuum deposition method such as PVD (Physical Vapor Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition).

Das Bauelement ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein elektronisches Bauelement wie ein Piezoaktor, der zum Beispiel als Betätigungselement eines Einspritzventils eines Motors eines Kraftfahrzeugs dient. Das Bauelement kann auch ein vielschichtelektronisches Bauelement, wie ein Kondensator, Varistor oder Thermistor sein.The component is in another embodiment, an electronic component such as a piezoelectric actuator, which serves for example as an actuating element of an injection valve of an engine of a motor vehicle. The device may also be a multilayer electronic device, such as a capacitor, varistor or thermistor.

Das Bauelement kann ein Vielschichtpiezoaktor sein, der eine Vielzahl von piezoelektrisch aktiven Lagen und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen aufweist, wobei die elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen jeweils eine elektrisch leitende Innenelektrode vorsehen. Die piezoelektrisch aktiven Lagen und die elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen sind abwechselnd aufeinander in einer Stapelrichtung gestapelt.The device may be a multilayer piezoelectric actuator having a plurality of piezoelectrically active layers and a plurality of electrically conductive inner electrode layers, the electrically conductive inner electrode layers each providing an electrically conductive inner electrode. The piezoelectrically active layers and the electrically conductive inner electrode layers are alternately stacked on each other in a stacking direction.

Bei einem Vielschichtpiezoaktor erstreckt sich die erste Oberfläche in Stapelrichtung. Jede zweite Innenelektrodenlage bildet einen Bereich der ersten Oberfläche und ist mit dem Sammelkontakt elektrisch verbunden, wobei die weiteren Innenelektrodenlagen von dem Sammelkontakt elektrisch isoliert sind. Der Vielschichtpiezoaktor weist somit zwei Gruppen von Innenelektroden auf, die mit unterschiedlichen voneinander elektrisch isolierten Sammelkontakten kontaktiert werden. Benachbarte Innenelektroden des Stapels sind voneinander elektrisch isoliert und unabhängig voneinander steuerbar.In a multilayer piezoelectric actuator, the first surface extends in the stacking direction. Each second inner electrode layer forms a region of the first surface and is electrically connected to the collecting contact, wherein the further inner electrode layers are electrically insulated from the collecting contact. The multilayer piezoelectric actuator thus has two groups of internal electrodes, which are contacted with different mutually electrically isolated collector contacts. Neighboring internal electrodes of the stack are electrically isolated from each other and independently controllable.

In einem Ausführungsbeispiel sind die piezoelektrisch aktiven Lagen nahezu vollaktiv. Die Innenelektroden erstrecken sich nahezu vollständig über die Fläche bis zu den Randseiten der benachbarten piezoelektrisch aktiven Lagen.In one embodiment, the piezoelectrically active layers are nearly fully active. The inner electrodes extend almost completely over the surface to the edge sides of the adjacent piezoelectrically active layers.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel weisen die piezoelektrisch aktiven Lagen nicht piezoelektrisch aktive Bereiche auf. In diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Innenelektroden nicht zum Rand der piezoelektrisch aktiven Lagen.In an alternative embodiment, the piezoelectrically active layers do not have piezoelectrically active regions. In this Embodiment, the internal electrodes do not extend to the edge of the piezoelectrically active layers.

Typischerweise wird sich jede zweite Innenelektrode zu der Randseite einer ersten Oberfläche und nicht zu der Randseite einer zweiten gegenüberliegenden Oberfläche der piezoelektrisch aktiven Lage erstrecken. Dieser unbedeckte Bereich der piezoelektrisch aktiven Lage sieht eine elektrische Isolation der Innenelektrode des Sammelkontakts vor, der auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist. Die zweite Gruppe von Innenelektroden streckt sich zum Rand der zweiten Oberfläche und nicht zum Rand der ersten Oberfläche der piezoelektrisch aktiven Lage hin.Typically, every other inner electrode will extend to the edge side of a first surface and not to the edge side of a second opposing surface of the piezoelectric active layer. This uncovered region of the piezoelectrically active layer provides an electrical insulation of the inner electrode of the collecting contact, which is arranged on the second surface. The second group of internal electrodes extends to the edge of the second surface and not to the edge of the first surface of the piezoelectric active layer.

Wenn das Bauelement eine zweite Oberfläche aufweist, die gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet ist und eine Vielzahl der abwechselnden piezoelektrischen Lagen und elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen aufweist, sind die Innenelektrodenlagen, die nicht mit dem Sammelkontakt auf der ersten Oberfläche elektrisch verbunden sind, mit einem zweiten Sammelkontakt auf der zweiten Oberfläche elektrisch verbunden. Der erste Sammelkontakt ist von dem zweiten Sammelkontakt elektrisch isoliert.When the device has a second surface disposed opposite the first surface and having a plurality of the alternating piezoelectric layers and electrically conductive inner electrode layers, the inner electrode layers that are not electrically connected to the collecting contact on the first surface are at a second collecting contact electrically connected to the second surface. The first collecting contact is electrically isolated from the second collecting contact.

Bei einem vollaktiven Stapel kann die zweite Oberfläche auch eine elektrisch isolierende Schicht mit Öffnungen aufweisen, wobei eine Öffnung jede zweite Innenelektrodenlage auf der zweiten Oberfläche freilegt, die nicht mit dem Sammelkontakt auf der ersten Oberfläche elektrisch verbunden ist. In dieser Weise werden zwei Gruppen von Innenelektroden vorgesehen, die unabhängig voneinander steuerbar und die abwechselnd in dem Stapel in Stapelrichtung angeordnet sind.In a fully active stack, the second surface may also include an electrically insulating layer having openings, with an opening exposing every other inner electrode layer on the second surface that is not electrically connected to the collecting contact on the first surface. In this way, two groups of internal electrodes are provided which are independently controllable and which are alternately arranged in the stack in the stacking direction.

Die Erfindung gibt auch ein Verfahren zum Kontaktieren eines Bauelements an. Ein Bauelement wird bereitgestellt, das einer keramische Matrix, mindestens eine Innenelektrode, die in der keramischen Matrix angeordnet ist und an einer ersten Oberfläche freigelegt ist, und mindestens einen elektrisch leitenden Sammelkontakt, der mit der Innenelektrode elektrisch verbunden ist, aufweist. Das Bauelement kann ein piezoaktiver Aktor, beispielsweise ein Vielschichtpiezoaktor sein. Eine weitere äußere Schicht wird auf das Bauelement aufgebracht, wobei diese äußere Schicht eine Druckvorspannung auf den Sammelkontakt ausübt.The invention also provides a method of contacting a device. A device is provided comprising a ceramic matrix, at least one internal electrode disposed in the ceramic matrix and exposed at a first surface, and at least one electrically conductive collector contact electrically connected to the internal electrode. The component may be a piezoactive actuator, for example a multilayer piezoelectric actuator. Another outer layer is applied to the device, this outer layer exerts a compressive bias on the collecting contact.

Die äußere Schicht kann in Gestalt einer Hülse oder durch Tauchen, Sprühen oder eines Siebdruckverfahrens aufgebracht werden.The outer layer may be applied in the form of a sleeve or by dipping, spraying or screen printing.

In einem Ausführungsbeispiel wird nach ihrem Aufbringen die äußere Schicht auf das Bauelement geschrumpft, um Druckvorspannung auf den Sammelkontakt auszuüben.In one embodiment, after its application, the outer layer is shrunk onto the device to apply compressive bias to the collection contact.

Die Druckvorspannung wird durch die Materialauswahl, insbesondere durch die Auswahl des Wärmausdehnungskoeffizienten, ausgeübt. In einem Ausführungsbeispiel weist die äußere Schicht einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der kleiner ist als der Wärmausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts.The compressive prestress is exerted by the material selection, in particular by the selection of the thermal expansion coefficient. In one embodiment, the outer layer has a coefficient of thermal expansion that is less than the thermal expansion coefficient of the collector contact.

In einer Ausführungsform wird vor dem Aufbringen der äußeren Schicht eine weitere Schutzschicht auf den Sammelkontakt aufgebracht. Diese Schutzschicht kann aus einem Vergussmaterial bestehen.In one embodiment, a further protective layer is applied to the collecting contact before the application of the outer layer. This protective layer may consist of a potting material.

In einer Weiterbildung wird das Material der Schutzschicht so ausgewählt, dass sie einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schicht ist. Die äußere Schicht übt somit eine Druckvorspannung auf die Schutzschicht aus, die die Schutzschicht auf den Sammelkontakt überträgt.In a development, the material of the protective layer is selected such that it has a thermal expansion coefficient that is greater than the thermal expansion coefficient of the outer layer. The outer layer thus exerts a compressive bias on the protective layer which transfers the protective layer to the collecting contact.

Wenn die Schutzschicht aus einem Material besteht, das ausgehärtet wird, um eine feste Schicht zu erzeugen, kann das Aushärten bei Temperaturen durchgeführt werden, die niedriger als die Anwendungstemperatur des Bauelements sind.When the protective layer is made of a material that is cured to produce a solid layer, the curing may be performed at temperatures lower than the application temperature of the device.

Folglich vergrößert sich das Volumen der Schutzschicht im Temperaturbereich zwischen der Aushärtungstemperatur und der Anwendungstemperatur. Diese Volumenvergrößerung wird durch die äußere Schicht behindert und eine Druckvorspannung auf den Sammelkontakt sowie auf die Verbindung zwischen dem Sammelkontakt und der Innenelektrode erzeugt.Consequently, the volume of the protective layer increases in the temperature range between the curing temperature and the application temperature. This increase in volume is hindered by the outer layer and creates a pressure bias on the collecting contact and on the connection between the collecting contact and the inner electrode.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention will now be described with reference to the drawings.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Vielschichtpiezoaktors nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 shows a schematic view of a multilayer piezoelectric actuator according to a first embodiment of the invention,

2 zeigt eine schematische detaillierte Ansicht des Vielschichtpiezoaktors der 1, und 2 shows a schematic detailed view of the multilayer piezoelectric actuator of 1 , and

3 zeigt eine schematische detaillierte Ansicht eines Vielschichtpiezoaktors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 shows a schematic detailed view of a multilayer piezoelectric actuator according to a second embodiment of the invention.

1 und 2 zeigen einen Vielschichtpiezoaktor 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der eine Vielzahl von Innenelektrodenlagen 2 und eine Vielzahl von piezoelektrisch aktiven Lagen 3 aufweist. Die 2 zeigt eine detaillierste Ansicht eines Teils des Vielschichtpiezoaktors der 1. Der Vielschichtpiezoaktor dient in diesem Ausführungsbeispiel als Betätigungselement in einem Einspritzventil eines Kraftfahrzeugmotors. Die Innenelektrodenlagen 2 und die piezoelektrisch aktiven Lagen 3 sind abwechselnd aufeinander in einer Stapelrichtung 4 gestapelt und bilden einen mehrlagigen Körper 5. Der mehrlagige Körper 5 kann auch als Werkstoffverbund bezeichnet werden, der aus einer keramischen Matrix und Innenelektroden in Form von Innenelektrodenlagen besteht. 1 and 2 show a multilayer piezoelectric actuator 1 according to a first embodiment of the invention, a plurality of internal electrode layers 2 and a plurality of piezoelectrically active layers 3 having. The 2 shows a most detailed view of part of the multilayer piezoelectric actuator of FIG 1 , The multilayer piezoelectric actuator serves in this embodiment as an actuating element in an injection valve of a motor vehicle engine. The Internal electrode layers 2 and the piezoelectrically active layers 3 are alternately on top of each other in a stacking direction 4 stacked and form a multi-layered body 5 , The multilayered body 5 can also be referred to as a composite material consisting of a ceramic matrix and internal electrodes in the form of internal electrode layers.

Die Innenelektrodenlagen 2 bestehen jeweils aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere einem Metall oder einer Legierung wie Ag-Pd. Die piezoelektrisch aktiven Lagen 3 bestehen aus einem Material, das den piezoelektrischen Effekt zeigt, d. h. beim Anlegen eines elektrischen Felds verformt sich das Material mechanisch. Diese mechanische Verformung erzeugt eine nutzbare Dehnung und/oder Kraft an den Endflächen 12, so dass der Stapel als Aktor verwendet werden kann.The internal electrode layers 2 each consist of an electrically conductive material, in particular a metal or an alloy such as Ag-Pd. The piezoelectrically active layers 3 consist of a material that shows the piezoelectric effect, ie when an electric field is applied, the material deforms mechanically. This mechanical deformation creates usable strain and / or force on the end surfaces 12 so that the stack can be used as an actuator.

In diesem Ausführungsbeispiel bestehen die piezoelektrisch aktiven Lagen 3 aus einer Keramik, insbesondere PZT (Blei-Zirkonat-Titanat). Die Innenelektrodenlagen 2 erstrecken sich über die gesamte Fläche der benachbarten piezoelektrisch aktiven Lagen 3 sowie zu den Randseiten 6 des Stapels und bilden dort einen Teil 23 der Oberfläche 7 des Körpers 5 des Piezoaktors 1. Der Teil 23 der Innenelektrode 2 ist an der Oberfläche 7 freigelegt und folglich frei von der keramischen Matrix des Körpers. Diese Anordnung des Vielschichtpiezoaktors 1 wird als vollaktiver Piezoaktorstapel bezeichnet.In this embodiment, the piezoelectrically active layers exist 3 from a ceramic, in particular PZT (lead zirconate titanate). The internal electrode layers 2 extend over the entire area of the adjacent piezoelectrically active layers 3 as well as to the edge sides 6 of the pile and form part of it 23 the surface 7 of the body 5 of the piezo actuator 1 , The part 23 the inner electrode 2 is on the surface 7 exposed and therefore free from the ceramic matrix of the body. This arrangement of the multilayer piezoelectric actuator 1 is called a fully active piezo actuator stack.

Ein elektrischer Kontakt zu den jeweiligen Innenelektroden 2, die im Körper 5 angeordnet sind, erfolgt mit Sammelkontakten 8, 10, die auf den Randseiten 6 des Körpers 5 angeordnet sind. Ein erster Sammelkontakt 8 ist auf einer ersten Randseite 9 des Körpers 5 angeordnet und ein zweiter Sammelkontakt 10 auf der gegenüberliegenden Randseite 11 des Körpers 5. Der erste Sammelkontakt 8 und der zweite Sammelkontakt 10 sind voneinander elektrisch isoliert.An electrical contact to the respective internal electrodes 2 in the body 5 are arranged takes place with collective contacts 8th . 10 on the margins 6 of the body 5 are arranged. A first collective contact 8th is on a first edge side 9 of the body 5 arranged and a second collective contact 10 on the opposite edge 11 of the body 5 , The first collective contact 8th and the second collective contact 10 are electrically isolated from each other.

Jede Innenelektrode 2 ist mit nur einem der Sammelkontakte 8, 10 elektrisch verbunden, so dass zwei Gruppen von Innenelektroden 13, 14 vorgesehen sind, die voneinander elektrisch isoliert sind. Jede zweite Innenelektrode 2 in der Stapelrichtung 4 ist mit dem ersten Sammelkontakt 8 elektrisch verbunden und bildet die erste Gruppe 13 von Innenelektroden 2. Der zweite Sammelkontakt 10 ist mit den Innenelektroden 2' elektrisch verbunden, die die zweite Gruppe 14 von Innenelektroden 2' bilden. Benachbarte Innenelektroden 2, 2' in der Stapelrichtung 4 gehören zu unterschiedlichen Gruppen 13, 14. Eine Spannung wird zwischen den benachbarten Innenelektroden 2 des Stapels angelegt, so dass die zwischen den Innenelektroden 2 angeordneten piezoelektrisch aktiven Lagen 3 mechanisch reagieren.Each inner electrode 2 is with just one of the collective contacts 8th . 10 electrically connected so that two groups of internal electrodes 13 . 14 are provided which are electrically isolated from each other. Every second inner electrode 2 in the stacking direction 4 is with the first collecting contact 8th electrically connected and forms the first group 13 of internal electrodes 2 , The second collective contact 10 is with the internal electrodes 2 ' electrically connected, which is the second group 14 of internal electrodes 2 ' form. Neighboring internal electrodes 2 . 2 ' in the stacking direction 4 belong to different groups 13 . 14 , A voltage is applied between the adjacent internal electrodes 2 of the stack, so that the between the internal electrodes 2 arranged piezoelectrically active layers 3 react mechanically.

Um einen Kurzschluss zwischen den zwei Gruppen 13, 14 von Innenelektroden 2, 2' sowie zwischen den zwei Sammelkontakten 8, 10 zu vermeiden, ist eine elektrisch isolierende Schicht 15 auf zumindest den zwei Randseiten 9, 11 des Körpers 5 mit den Sammelkontakten 8, 10 angeordnet.To make a short circuit between the two groups 13 . 14 of internal electrodes 2 . 2 ' as well as between the two collective contacts 8th . 10 To avoid is an electrically insulating layer 15 on at least the two edges 9 . 11 of the body 5 with the collective contacts 8th . 10 arranged.

Die elektrisch isolierende Schicht 15 weist Öffnungen 16 auf, die die Oberfläche 23 der Innenelektrodenlagen 2 freilegen, die einen Teil der Oberfläche 7 des Körpers 5 bildet. Insbesondere legen die Öffnungen 16 der elektrisch isolierenden Schicht 15 die erste Gruppe 13 von Innenelektroden 2 auf der ersten Randseite 9 und die zweite Gruppe 14 von Innenelektroden 2' auf der zweiten Randseite 11 frei.The electrically insulating layer 15 has openings 16 on that the surface 23 the internal electrode layers 2 expose that part of the surface 7 of the body 5 forms. In particular, lay the openings 16 the electrically insulating layer 15 the first group 13 of internal electrodes 2 on the first edge 9 and the second group 14 of internal electrodes 2 ' on the second edge 11 free.

Auf der ersten Randseite 9 ist die zweite Gruppe 14 von Innenelektroden 2' von der elektrisch isolierenden Schicht 15 abgedeckt und von dem darauf angeordneten ersten Sammelkontakt 8 elektrisch isoliert. Auf der zweiten gegenüberliegenden Randseite 11 ist die erste Gruppe 13 von Innenelektroden 2 von der elektrisch isolierenden Schicht 15 abgedeckt und von dem darauf angeordneten zweiten Sammelkontakt 10 elektrisch isoliert.On the first edge side 9 is the second group 14 of internal electrodes 2 ' from the electrically insulating layer 15 covered and arranged on the first collecting contact 8th electrically isolated. On the second opposite edge side 11 is the first group 13 of internal electrodes 2 from the electrically insulating layer 15 covered and arranged by the second collecting contact 10 electrically isolated.

Eine Schutzschicht 17 aus einem Vergussmaterial ist auf den Randseiten 5 bzw. direkt auf den Sammelkontakten 8, 10 angeordnet. Die Schutzschicht 17 ist dielektrisch, so dass die Sammelkontakte 8, 10 voneinander elektrisch isoliert bleiben. Die Schutzschicht 17 schützt die darunter liegenden Sammelkontakte 8, 10, die Innenelektroden 2 und die piezoelektrisch aktiven Lagen 3 vor Beschädigung von der Umgebung, insbesondere vor korrosiven Medien, in denen der Piezoaktor verwendet wird. Im Falle eines Betätigungselements eines Einspritzventils kann der Piezoaktor in Betrieb in direktem Kontakt mit dem Kraftstoff stehen.A protective layer 17 from a potting material is on the edge sides 5 or directly on the collective contacts 8th . 10 arranged. The protective layer 17 is dielectric, so that the collecting contacts 8th . 10 stay electrically isolated from each other. The protective layer 17 protects the underlying collective contacts 8th . 10 , the internal electrodes 2 and the piezoelectrically active layers 3 from damage to the environment, especially against corrosive media in which the piezoelectric actuator is used. In the case of an actuating element of an injection valve, the piezoelectric actuator may be in direct contact with the fuel during operation.

In einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist keine Schutzschicht 17 vorgesehen. Diese Anordnung kann verwendet werden, wenn der Vielschichtpiezoaktor nicht in einer korrosiven Umgebung verwendet wird und/oder wenn die äußere Schicht allein eine ausreichende Schutzwirkung vorsieht.In a further embodiment, not shown, there is no protective layer 17 intended. This arrangement can be used when the multilayer piezoelectric actuator is not used in a corrosive environment and / or when the outer layer alone provides a sufficient protective effect.

Der Vielschichtpiezoaktor 1 weist ferner eine äußere Schicht 18 auf, die den Vielschichtpiezoaktor verkapselt. Die äußere Schicht 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel in Gestalt einer Hülse vorgesehen, die auf der Schutzschicht 17 angeordnet ist.The multilayer piezoelectric actuator 1 also has an outer layer 18 which encapsulates the multilayer piezoelectric actuator. The outer layer 18 is provided in this embodiment in the form of a sleeve which on the protective layer 17 is arranged.

Die äußere Schicht 18 weist in diesem Ausführungsbeispiel Kunststoff, insbesondere ein glasfaserverstärktes Polyamid auf. In weiteren Ausführungsbeispielen weist die äußere Schicht 18 ein Metall oder eine Legierung auf.The outer layer 18 has plastic in this embodiment, in particular a glass fiber reinforced polyamide. In further embodiments, the outer layer 18 a metal or alloy.

Erfindungsgemäß übt diese äußere Schicht 18 eine Druckvorspannung auf die Sammelkontakte 8, 10, vorzugsweise bei erhöhten Temperaturen, aus. In diesem Zusammenhang ist eine erhöhte Temperatur definiert, als eine Temperatur zwischen einer typischen Raumtemperatur von 20°C und der Anwendungstemperatur, die beispielsweise für Einspritzventile bei ungefähr 100°C liegt. According to the invention, this outer layer exercises 18 a pressure bias on the collection contacts 8th . 10 , preferably at elevated temperatures. In this context, an elevated temperature is defined as a temperature between a typical room temperature of 20 ° C and the application temperature, which is about 100 ° C for injectors, for example.

In weiteren Ausführungsbeispielen übt die äußere Schicht 18 einen Druck auf die Sammelkontakte 8, 10 bei Temperaturen in einem Lagerungstemperaturbereich, beispielsweise –50°C bis zu 180°C und/oder in einem Anwendungsbereich, beispielsweise –40°C bis zu 150°C aus.In other embodiments, the outer layer exercises 18 a pressure on the collecting contacts 8th . 10 at temperatures in a storage temperature range, for example -50 ° C up to 180 ° C and / or in an application range, for example -40 ° C up to 150 ° C from.

Diese Druckvorspannung wird in einem Ausführungsbeispiel durch eine gezielte Auswahl der Wärmeausdehnungskoeffizienten der äußeren Schicht 18 und des Sammelkontakts 8, 10 gewährleistet. Insbesondere weist die äußere Schicht 18 einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als die Sammelkontakte 8, 10. Folglich dehnen sich diese bei einer erhöhten Temperatur der Sammelkontakte 8, 10 weiter aus als die äußere Schicht, so dass die äußere Schicht eine Druckvorspannung auf die Sammelkontakte 8, 10 ausübt. Diese Druckvorspannung drückt den Sammelkontakt 8, 10 gegen die freiliegende Oberfläche 23 der Innenelektroden 2, so dass die mechanische und elektrische Verbindung beibehalten oder sogar verbessert wird. Wenn die Kontaktfläche zwischen dem Sammelkontakt 8, 10 und der freiliegenden Oberfläche 23 der Innenelektroden 2 durch den mechanischen Druck erhöht wird, wird der elektrische Kontaktwiderstand reduziert und die elektrische Leitfähigkeit der Verbindung verbessert.This pressure bias is in one embodiment by a targeted selection of the thermal expansion coefficient of the outer layer 18 and the collective contact 8th . 10 guaranteed. In particular, the outer layer 18 a smaller thermal expansion coefficient than the collecting contacts 8th . 10 , Consequently, these expand at an elevated temperature of the collection contacts 8th . 10 further than the outer layer, so that the outer layer has a compressive bias on the collecting contacts 8th . 10 exercises. This compressive bias presses the collective contact 8th . 10 against the exposed surface 23 the internal electrodes 2 so that the mechanical and electrical connection is maintained or even improved. When the contact area between the collecting contact 8th . 10 and the exposed surface 23 the internal electrodes 2 is increased by the mechanical pressure, the electrical contact resistance is reduced and the electrical conductivity of the compound is improved.

Wenn eine Schutzschicht 17 vorgesehen ist, die zwischen der äußeren Schicht 18 und dem Sammelkontakt 8, 10 angeordnet ist, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient der Schutzschicht 17 so ausgewählt, dass er größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schicht 18 ist. Dieses Verhältnis ermöglicht, dass eine größere Druckvorspannung auf den Sammelkontakt ausgeübt werden kann, da die Volumenvergrößerung der Schutzschicht und des Sammelkontakts erhöht werden kann. Auf Grund des kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten der darauf angeordneten äußeren Schicht 18 entsteht ein größerer Unterschied zwischen der Volumenvergrößerung der äußeren Schicht 18 und der Schutzschicht 17 und der Sammelkontaktschicht 8, 10, so dass die Druckvorspannung erhöht wird.If a protective layer 17 is provided between the outer layer 18 and the collective contact 8th . 10 is arranged, the thermal expansion coefficient of the protective layer 17 so selected that it is greater than the thermal expansion coefficient of the outer layer 18 is. This ratio allows a greater compressive bias to be applied to the collecting contact since the increase in volume of the protective layer and the collecting contact can be increased. Due to the smaller thermal expansion coefficient of the outer layer disposed thereon 18 there is a bigger difference between the volume increase of the outer layer 18 and the protective layer 17 and the collective contact layer 8th . 10 , so that the compression bias is increased.

Bei der Isolationsschicht 15 zwischen der Oberfläche 7 des Körpers 5 und des Sammelkontakts 8, 10 ist der Wärmeausdehnungskoeffizient so ausgewählt, dass er kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts 8, 10. Dieses Verhältnis verhindert, dass der Sammelkontakt abhebt, weil sich die darunter liegende Isolationsschicht 15 weiter ausdehnt als der Sammelkontakt.At the insulation layer 15 between the surface 7 of the body 5 and the collective contact 8th . 10 For example, the coefficient of thermal expansion is selected to be smaller than the thermal expansion coefficient of the collector contact 8th . 10 , This ratio prevents the collecting contact from lifting because of the underlying insulation layer 15 expands further than the collective contact.

Diese Verhältnisse der Wärmeausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Schichten führen zu einer zuverlässigeren Kontaktierung und zu einem zuverlässigeren Bauelement.These ratios of the thermal expansion coefficients of the various layers result in more reliable bonding and a more reliable device.

Die Kontaktstruktur der Sammelkontakte 8 nach einem ersten Ausführungsbeispiel ist in der detaillierten Ansicht der 2 dargestellt, die ein Teil der ersten Randseite 9 des Vielschichtpiezoaktors 1 mit vier der piezoelektrisch aktiven Lagen 3 sowie drei Innenelektrodenlagen 2, 2' zeigt. Die Kontaktstruktur des zweiten Sammelkontakts 10 ist gleich.The contact structure of the collective contacts 8th According to a first embodiment is in the detailed view of 2 represented, which is part of the first edge side 9 of the multilayer piezoelectric actuator 1 with four of the piezoelectrically active layers 3 as well as three internal electrode layers 2 . 2 ' shows. The contact structure of the second collective contact 10 is equal to.

2 zeigt, dass in diesem Ausführungsbeispiel der Sammelkontakt 8 aus zwei Schichten 19, 20 besteht. Der Sammelkontakt 8 kann jedoch aus einer Schicht bestehen. Die erste Schicht 19 kann aus nanoskaligen Körnern oder einem galvanisch aufgebrachten Material gebildet sein. Die nanoskaligen Körner der ersten elektrisch leitenden Schicht 19 bestehen aus einem elektrisch leitenden Metall oder einer elektrisch leitenden Legierung, wie Silber oder Gold und deren Legierungen. Die zweite Schicht 20 kann aus einem Leitkleber oder einem galvanisch aufgebrachten Metall gebildet sein. 2 shows that in this embodiment, the collecting contact 8th from two layers 19 . 20 consists. The collective contact 8th however, it can consist of one layer. The first shift 19 may be formed of nanoscale grains or an electrodeposited material. The nanoscale grains of the first electrically conductive layer 19 consist of an electrically conductive metal or an electrically conductive alloy, such as silver or gold and their alloys. The second layer 20 can be formed from a conductive adhesive or an electrodeposited metal.

Die erste untere elektrisch leitende Schicht 19 ist in den Durchöffnungen 16 der elektrisch isolierenden Schicht 15 angeordnet und steht in direktem Kontakt und in elektrischer Verbindung mit der freigelegten Innenelektrode 2, die innerhalb der Durchöffnung 16 angeordnet ist.The first lower electrically conductive layer 19 is in the openings 16 the electrically insulating layer 15 arranged and in direct contact and in electrical connection with the exposed inner electrode 2 Inside the opening 16 is arranged.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Schicht 19 vollständig innerhalb der jeweiligen Durchöffnungen 16 angeordnet und besteht aus einer Vielzahl von Bereichen 21, die voneinander durch die elektrisch isolierende Schicht 15 getrennt sind.In this embodiment, the first layer is 19 completely within the respective openings 16 arranged and consists of a variety of areas 21 passing each other through the electrically insulating layer 15 are separated.

Die zweite elektrisch leitende Schicht 20 des Sammelkontakts 8 erstreckt sich über die gesamte Randseite 9 des Vielschichtpiezoaktors 1 und in den Durchöffnungen 16 der elektrisch isolierenden Schicht 15. Die zweite Schicht 20 ist direkt auf der Oberfläche 22 der elektrisch isolierenden Schicht 15 sowie auf der ersten elektrisch leitende Schicht 19 angeordnet. Die zweite elektrisch leitende Schicht 20 verbindet die Innenelektroden 2 der ersten Gruppe 13 miteinander elektrisch.The second electrically conductive layer 20 of the collective contact 8th extends over the entire edge side 9 of the multilayer piezoelectric actuator 1 and in the openings 16 the electrically insulating layer 15 , The second layer 20 is right on the surface 22 the electrically insulating layer 15 as well as on the first electrically conductive layer 19 arranged. The second electrically conductive layer 20 connects the internal electrodes 2 the first group 13 with each other electrically.

Die erste elektrisch leitende Schicht 19 ist zwischen den Innenelektroden 2 und der zweiten elektrisch leitenden Sammelschicht 20 angeordnet und kann als Haftvermittler dienen, um die mechanische Festigkeit der Verbindung zwischen dem Sammelkontakt 8 und dem Körper 5 des Piezoaktors 1 zu verbessern.The first electrically conductive layer 19 is between the internal electrodes 2 and the second electrically conductive collecting layer 20 arranged and can serve as a bonding agent to the mechanical strength of the connection between the common contact 8th and the body 5 of the piezo actuator 1 to improve.

Die haftvermittelnde Wirkung kann weiter erhöht werden, wenn zumindest an der Grenze zwischen der Innenelektrode 2 und der ersten Schicht 19 Phasen entstehen, die die Produkte einer Reaktion oder des Legierens des Materials der ersten Schicht 19 und des Materials der Innenelektroden 2 sind. Das Material der ersten Schicht 19 und das Material der Innenelektrode 2 kann so ausgewählt und das Herstellungsverfahren so eingestellt werden, dass eine geeignete Reaktion stattfindet.The adhesion-promoting effect can be further increased if at least at the boundary between the inner electrode 2 and the first layer 19 Phases emerge, which are the products of a reaction or alloying of the material of the first layer 19 and the material of the internal electrodes 2 are. The material of the first layer 19 and the material of the inner electrode 2 can be selected and the manufacturing process adjusted so that a suitable reaction takes place.

Ferner kann das Material der ersten Schicht 19 mit dem Material der zweiten Schicht 20 reagieren, so dass eine verbesserte mechanische Verbindung zwischen den zwei Schichten 19, 20 des Sammelkontakts 8 entsteht.Furthermore, the material of the first layer 19 with the material of the second layer 20 react, allowing an improved mechanical connection between the two layers 19 . 20 of the collective contact 8th arises.

Die Innenelektrodenlagen 2 weisen eine Dicke von typischerweise 2 bis 3 μm und die nanoskaligen Körner der ersten Schicht 19 einen Durchschnittsdurchmesser von 2 nm bis 1000 nm, vorzugsweise von 2 nm bis 200 nm auf. Folglich sind mehrere nanoskalige Körner in direktem Kontakt mit der freiliegenden Oberfläche 17 der Innenelektrode 2.The internal electrode layers 2 have a thickness of typically 2 to 3 microns and the nanoscale grains of the first layer 19 an average diameter of 2 nm to 1000 nm, preferably 2 nm to 200 nm. Thus, several nanoscale grains are in direct contact with the exposed surface 17 the inner electrode 2 ,

Die Kontaktfläche zwischen der ersten Schicht 19 und der Innenelektrode 2 ist größer als die Kontaktfläche, die durch die Verwendung einer Schicht mit Partikeln größeren Durchmessers, wie zum Beispiel Leitkleber mit Körnern oder Partikeln mit einem größeren Durchmesser von 1 bis 10 μm, erreicht werden kann. Diese größere Kontaktfläche sieht einen niedrigeren Kontaktwiderstand sowie eine verbesserte mechanische Belastbarkeit der Verbindung zwischen dem Sammelkontakt 8 und der Innenelektroden 2 vor.The contact area between the first layer 19 and the inner electrode 2 is larger than the contact area that can be achieved by using a layer with larger diameter particles, such as conductive adhesive with grains or particles with a larger diameter of 1 to 10 microns. This larger contact area provides a lower contact resistance and improved mechanical strength of the connection between the collecting contact 8th and the internal electrodes 2 in front.

Die 3 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Sammelkontakts 8' eines piezoelektrischen Aktors 1' nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.The 3 shows a detailed view of a collective contact 8th' a piezoelectric actuator 1' according to a second embodiment.

Bei dem Aktor 1 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die äußere Schicht 18' direkt auf dem Sammelkontakt 8' angeordnet. Keine Schutzschicht ist in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel weist die äußere Schicht 18' einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als der Sammelkontakt 8', so dass die äußere Schicht eine Druckvorspannung auf den Sammelkontakt ausübt.At the actor 1 according to the second embodiment, the outer layer 18 ' directly on the collective contact 8th' arranged. No protective layer is provided in this embodiment. As in the first embodiment, the outer layer 18 ' a smaller thermal expansion coefficient than the collecting contact 8th' such that the outer layer exerts a compressive bias on the collecting contact.

Der Sammelkontakt 8' des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem Sammelkontakt 8 des ersten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung der ersten unteren elektrisch leitenden Schicht 19'. Im zweiten Ausführungsbeispiel hat die erste Schicht 19' die Form einer geschlossenen Schicht, die sich vollständig und ungefähr konform über die elektrisch isolierende Schicht 15 erstreckt. Die erste Schicht 19' erstreckt sich über die Innenwände sowie den Boden der Durchöffnungen 16, wobei eine Innenelektrode 2 zumindest einen Teil des Bodens jeder zweiten Durchöffnung 16 bildet.The collective contact 8th' of the second embodiment is different from the collecting contact 8th of the first embodiment by the arrangement of the first lower electrically conductive layer 19 ' , In the second embodiment, the first layer 19 ' the shape of a closed layer that is completely and approximately compliant over the electrically insulating layer 15 extends. The first shift 19 ' extends over the inner walls as well as the bottom of the openings 16 , wherein an inner electrode 2 at least part of the bottom of each second opening 16 forms.

In dieser Ausführungsform steht die zweite obere elektrisch leitende Schicht 20 nur in direktem Kontakt mit der ersten elektrisch leitenden Schicht 19' und nicht in direktem Kontakt mit der elektrisch isolierenden Schicht 15. Im zweiten Ausführungsbeispiel verbindet sowohl die erste Schicht 19' als auch die zweite Schicht 20 die freigelegten Innenelektroden 2 der ersten Randseite 12 elektrisch miteinander.In this embodiment, the second upper electrically conductive layer is 20 only in direct contact with the first electrically conductive layer 19 ' and not in direct contact with the electrically insulating layer 15 , In the second embodiment, both the first layer connects 19 ' as well as the second layer 20 the exposed internal electrodes 2 the first edge side 12 electrically with each other.

Der Vielschichtpiezoaktor 1 kann mit dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Zunächst wird ein gestapeltes Bauelement aus abwechselnd angeordneten Innenelektrodenlagen 2 und piezoelektrisch aktiven Lagen 3 hergestellt. Danach können die Oberflächen 7 des Bauelements weiterbearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen oder Sandstrahlen, um eine Oberfläche 7 aus den keramischen piezoelektrisch aktiven Lagen 3 und den Innenelektrodenlagen 2 zu formen.The multilayer piezoelectric actuator 1 can be prepared by the following method. First, a stacked component of alternately arranged internal electrode layers 2 and piezoelectrically active layers 3 produced. After that, the surfaces can 7 of the component, for example by grinding or sandblasting, to a surface 7 from the ceramic piezoelectrically active layers 3 and the inner electrode layers 2 to shape.

Eine elektrisch isolierende Schicht 15 wird zumindest auf den Randseiten 9, 11 des Körpers 5 aufgebracht, an denen die Sammelkontakte 8, 10 später aufgebracht werden. Diese elektrisch isolierende Schicht 15 kann als eine geschlossene Schicht oder eine strukturierte Schicht aufgebracht werden. In einer Durchführungsform werden sämtliche Oberflächen 7 des Körpers 5 mit der elektrisch isolierenden Schicht 15 beschichtet. Im Falle einer geschlossenen Schicht wird die elektrisch isolierende Schicht 15 nach dem Aufbringen strukturiert, um die Innenelektroden 2 frei zu legen. Insbesondere wird auf einer ersten Randseite 9 jede zweite Innenelektrode 2 freigelegt und auf der gegenüberliegenden Randseite 11 wird jede zweite Innenelektrode 2' freigelegt, die nicht auf der ersten Randseite 9 freigelegt ist.An electrically insulating layer 15 will be at least on the margins 9 . 11 of the body 5 applied to which the collecting contacts 8th . 10 be applied later. This electrically insulating layer 15 can be applied as a closed layer or a structured layer. In one embodiment, all surfaces are 7 of the body 5 with the electrically insulating layer 15 coated. In the case of a closed layer, the electrically insulating layer 15 structured after application to the internal electrodes 2 to be released. In particular, on a first edge side 9 every second inner electrode 2 exposed and on the opposite edge 11 becomes every second inner electrode 2 ' uncovered, not on the first edge 9 is exposed.

Die erste elektrisch leitende Schicht 19 des Sammelkontakts 8, 10 wird in den Durchöffnungen 16 in der elektrisch isolierenden Schicht 15 aufgebracht. Die erste Schicht 19 kann als eine Suspension von Nanopartikeln in einem Lösungsmittel aufgebracht werden. Das Lösungsmittel wird entfernt, beispielsweise durch Abdampfen und eine erste Schicht 19 aus nanoskaligen Körnern aus den Nanopartikeln gebildet.The first electrically conductive layer 19 of the collective contact 8th . 10 will be in the openings 16 in the electrically insulating layer 15 applied. The first shift 19 can be applied as a suspension of nanoparticles in a solvent. The solvent is removed, for example by evaporation and a first layer 19 formed of nanoscale grains from the nanoparticles.

In der Ausführungsform, die in der 2 dargestellt ist, werden die Nanopartikel in den Durchöffnungen 16, beispielsweise mit einem Siebdruckverfahren aufgebracht, so dass die erste elektrisch leitende Schicht 18 vollständig innerhalb der Durchöffnungen 16 angeordnet ist. In diesem Fall kann die strukturierte elektrisch isolierende Schicht 15 als eine Maske verwendet werden.In the embodiment shown in the 2 is shown, the nanoparticles in the openings 16 , For example, applied by a screen printing method, so that the first electrically conductive layer 18 completely inside the openings 16 is arranged. In this case, the structured electrically insulating layer 15 be used as a mask.

In der Ausführungsform, die in der 3 dargestellt ist, werden die Nanopartikel als eine geschlossene Schicht 19' beispielsweise durch Tauchen, Sprühen oder Pinseln aufgebracht, die sich über die elektrisch isolierende Schicht 15 sowie die Durchöffnungen 16 erstreckt.In the embodiment shown in the 3 is shown, the nanoparticles as a closed layer 19 ' For example, applied by dipping, spraying or brushing, which extends over the electrically insulating layer 15 as well as the openings 16 extends.

Die erste Schicht 19, 19' beider Ausführungsformen kann auch galvanisch aufgebracht werden. Dieses galvanische Verfahren kann mit einer externen Spannung erfolgen oder kann stromlos sein, d. h. keine externe Spannung wird an den Körper 5 angelegt. Stromlose galvanische Verfahren haben den Vorteil, dass eine elektrisch leitende Schaltung über den Körper nicht notwendig ist, so dass keine geschlossene elektrisch leitende Schicht auf dem Körper notwendig ist. Die Schicht scheidet sich aus dem Bad direkt auf die elektrisch leitende Oberfläche des getauchten Körpers ab. Eine strukturierte Schicht wird somit direkt aus der Lösung abgeschieden.The first shift 19 . 19 ' Both embodiments can also be applied galvanically. This galvanic process can be done with an external voltage or can be de-energized, ie no external voltage is applied to the body 5 created. Electroless galvanic methods have the advantage that an electrically conductive circuit across the body is not necessary, so that no closed electrically conductive layer on the body is necessary. The layer separates from the bath directly onto the electrically conductive surface of the submerged body. A structured layer is thus deposited directly from the solution.

Wenn eine geschlossene erste Schicht 19' auf den zwei sich gegenüberliegenden Randseiten 9, 11 des Körpers 5 aufgebracht wird, wird diese strukturiert, so dass zwei Bereiche der ersten elektrisch leitenden Schicht 19', die elektrisch voneinander getrennt sind, auf den zwei sich gegenüberliegenden Randseiten 9, 11 geformt wird.If a closed first layer 19 ' on the two opposite edge sides 9 . 11 of the body 5 is applied, this is structured so that two areas of the first electrically conductive layer 19 ' , which are electrically separated from each other, on the two opposite edge sides 9 . 11 is formed.

Nach dem Aufbringen und Bilden der ersten Schicht 19, 19' wird eine zweite Schicht 20 aus Leitkleber zumindest auf den Randseiten 9, 11, auf denen die Sammelkontakte 8, 10 angeordnet sein sollen, aufgebracht. Die zweite Schicht 20 erstreckt sich zwischen den freiliegenden Innenelektroden 2, 2' einer der zwei Gruppen 13, 14 und verbindet die Innenelektrode 2, 2' der Gruppe elektrisch miteinander.After applying and forming the first layer 19 . 19 ' becomes a second layer 20 made of conductive adhesive at least on the edge sides 9 . 11 on which the collective contacts 8th . 10 should be arranged, applied. The second layer 20 extends between the exposed internal electrodes 2 . 2 ' one of the two groups 13 . 14 and connects the inner electrode 2 . 2 ' the group electrically with each other.

Wie bei der ersten Schicht 19, 19' wird die zweite Schicht 20 auf den zwei sich gegenüberliegenden Randseiten 9, 11 des Körpers 5 strukturiert, so dass zwei Bereiche und folglich zwei Sammelkontakte 8, 10, die elektrisch voneinander getrennt sind, geformt werden. Dies kann durch das selektive Aufbringen der zweiten Schicht 20 oder durch das Aufbringen einer geschlossenen Schicht 20 erfolgen.As with the first layer 19 . 19 ' becomes the second layer 20 on the two opposite edge sides 9 . 11 of the body 5 structured so that two areas and consequently two collective contacts 8th . 10 , which are electrically separated from each other. This can be achieved by the selective application of the second layer 20 or by applying a closed layer 20 respectively.

Danach wird eine Schutzschicht 17 aus einem dielektrischen Material auf den Randseiten 9, 11 des Aktors mit Tauchen oder Sprühen oder einem Siebdruckverfahren aufgebracht und gegebenenfalls ausgehärtet. Wenn das Aushärten bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger als die Anwendungstemperatur des Aktors ist, kann eine noch höhere Druckvorspannung erreicht werden.After that, a protective layer 17 made of a dielectric material on the edge sides 9 . 11 the actuator applied with dipping or spraying or screen printing and optionally cured. If the curing is carried out at a temperature lower than the application temperature of the actuator, an even higher pressure bias can be achieved.

Anschließend wird eine äußere Schicht 18 auf die Schutzschicht 17 aufgebracht. Diese äußere Schicht 18 wird als eine fertige Hülse bereitgestellt, in die das Bauteil vergossen wird. Es ist jedoch auch möglich, die äußere Schicht 18 durch Sprühen, Tauchen oder durch ein Siebdruckverfahren aufzubringen. Wenn die äußere Schicht 18 aus Metall oder einer Legierung besteht, kann sie galvanisch mit oder ohne externe Stromquelle aufgebracht werden.Subsequently, an outer layer 18 on the protective layer 17 applied. This outer layer 18 is provided as a finished sleeve into which the component is molded. However, it is also possible the outer layer 18 by spraying, dipping or by screen printing. If the outer layer 18 is made of metal or an alloy, it can be applied galvanically with or without external power source.

Bei der Auswahl der Materialien der verschiedenen Schichten wird folgendes Verhältnis vorgesehen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schicht 18 ist kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts 8 sowie der Schutzschicht 17, wenn eine vorhanden ist. Ferner ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der Isolationsschicht 15 kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts 8.When selecting the materials of the different layers, the following relationship is provided. The thermal expansion coefficient of the outer layer 18 is smaller than the thermal expansion coefficient of the collector contact 8th as well as the protective layer 17 if one exists. Further, the thermal expansion coefficient of the insulating layer is 15 smaller than the thermal expansion coefficient of the collective contact 8th ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vielschichtpiezoaktormultilayer piezoelectric actuator
22
Innenelektrodeinner electrode
33
piezoelektrisch aktive Lagepiezoelectrically active position
44
Stapelrichtungstacking direction
55
Körperbody
66
Randseiteedge side
77
Oberflächesurface
88th
erster Sammelkontaktfirst collective contact
99
erste Randseitefirst edge side
1010
zweiter Sammelkontaktsecond collective contact
1111
zweite Randseitesecond edge side
1212
Endflächeend face
1313
erste Gruppe von Innenelektrodenfirst group of internal electrodes
1414
zweite Gruppe von Innenelektrodensecond group of internal electrodes
1515
Isolationsschichtinsulation layer
1616
Durchöffnungby opening
1717
Schutzschichtprotective layer
1818
äußere Schichtouter layer
1919
erste Schicht des Sammelkontaktsfirst layer of the collective contact
2020
zweite Schicht des Sammelkontaktssecond layer of the collective contact
2121
Bereich der ersten Schicht des SammelkontaktsArea of the first layer of the collective contact
2222
Oberfläche der IsolationsschichtSurface of the insulation layer
2323
Oberfläche der InnenelektrodeSurface of the inner electrode

Claims (13)

Bauelement (1), das – eine keramische Matrix (5), – mindestens eine Innenelektrode (2), die in der keramischen Matrix (5) angeordnet ist und an einer ersten Oberfläche (7) freigelegt ist, – mindestens einen elektrisch leitenden Sammelkontakt (8, 10), der mit der Innenelektrode (2) elektrisch verbunden ist, und – eine äußere Schicht (18) aufweist, wobei die äußere Schicht (18) eine Druckvorspannung auf den Sammelkontakt (8, 10) ausübt, wobei das Bauelement (1) ferner eine Isolationsschicht (15) aufweist, die zwischen der keramischen Matrix (5) und dem Sammelkontakt (8, 10) angeordnet ist, wobei die Isolationsschicht (15) mindestens eine Durchöffnung (16) aufweist, die zumindest einen Teil der Innenelektrode (2) freilegt, wobei die Isolationsschicht (15) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts (8, 10).Component ( 1 ), which - a ceramic matrix ( 5 ), - at least one inner electrode ( 2 ) contained in the ceramic matrix ( 5 ) and at a first surface ( 7 ) is exposed, - at least one electrically conductive collecting contact ( 8th . 10 ), which is connected to the inner electrode ( 2 ) is electrically connected, and - an outer layer ( 18 ), wherein the outer layer ( 18 ) a compression bias on the collecting contact ( 8th . 10 ), wherein the component ( 1 ) an insulation layer ( 15 ) between the ceramic matrix ( 5 ) and the collective contact ( 8th . 10 ), wherein the insulating layer ( 15 ) at least one opening ( 16 ), which at least a part of the inner electrode ( 2 ), the insulation layer ( 15 ) has a thermal expansion coefficient which is smaller than the thermal expansion coefficient of the collective contact ( 8th . 10 ). Bauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schicht (18) kleiner ist als der Wärmausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts (8, 10).Component ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the thermal expansion coefficient of the outer layer ( 18 ) is smaller than the thermal expansion coefficient of the collective contact ( 8th . 10 ). Bauelement (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (18) Kunststoff oder Metall oder eine Legierung oder ein glasfaserverstärktes Polyamid aufweist.Component ( 1 ) according to claim 1 or claim 2, characterized in that the outer layer ( 18 ) Plastic or metal or an alloy or a glass fiber reinforced polyamide. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) ferner eine weitere Schutzschicht (17) aufweist, die zwischen dem Sammelkontakt (8, 10) und der äußeren Schicht (18) angeordnet ist.Component ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 1 ) a further protective layer ( 17 ), which between the collecting contact ( 8th . 10 ) and the outer layer ( 18 ) is arranged. Bauelement (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (17) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schicht (18) ist.Component ( 1 ) According to claim 4, characterized in that the protective layer ( 17 ) has a thermal expansion coefficient greater than the thermal expansion coefficient of the outer layer ( 18 ). Bauelement (1) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (17) ein Vergussmaterial, beispielsweise ein Silikonelastomer oder Polyurethan aufweist.Component ( 1 ) according to claim 4 or claim 5, characterized in that the protective layer ( 17 ) comprises a potting material, for example a silicone elastomer or polyurethane. Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (15) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der weiteren Schutzschicht (17).Component ( 1 ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that the insulating layer ( 15 ) has a thermal expansion coefficient which is smaller than the thermal expansion coefficient of the further protective layer ( 17 ). Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) ein Vielschichtpiezoaktor ist, der eine Vielzahl von piezoelektrisch aktiven Lagen (3) und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen (2) aufweist, und wobei die piezoelektrisch aktiven Lagen (3) und die elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen (2) abwechselnd aufeinander in einer Stapelrichtung (4) gestapelt sind, wobei sich die erste Oberfläche (7) in der Stapelrichtung (4) erstreckt und dass jede zweite Innenelektrodenlage (2) einen Bereich der ersten Oberfläche (7) bildet und mit dem Sammelkontakt (8) elektrisch verbunden ist, wobei die weiteren Innenelektrodenlagen (2') von dem Sammelkontakt (8) elektrisch isoliert sind.Component ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 1 ) is a multilayer piezoelectric actuator having a plurality of piezoelectrically active layers ( 3 ) and a plurality of electrically conductive inner electrode layers ( 2 ), and wherein the piezoelectrically active layers ( 3 ) and the electrically conductive inner electrode layers ( 2 ) alternately on each other in a stacking direction ( 4 ) are stacked, with the first surface ( 7 ) in the stacking direction ( 4 ) and that every second inner electrode layer ( 2 ) an area of the first surface ( 7 ) and with the collecting contact ( 8th ) is electrically connected, wherein the further inner electrode layers ( 2 ' ) from the collecting contact ( 8th ) are electrically isolated. Bauelement (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) eine zweite Oberfläche (11) aufweist, die gegenüber der ersten Oberfläche (9) angeordnet ist und eine Vielzahl der abwechselnden piezoelektrische Lagen (3) und elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen (2') aufweist, wobei die Innenelektrodenlagen (2'), die nicht mit dem Sammelkontakt (8) auf der ersten Oberfläche (6) elektrisch verbunden sind, mit einem zweiten Sammelkontakt (10) elektrisch verbunden sind, der von dem ersten Sammelkontakt (8) elektrisch isoliert ist.Component ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the component ( 1 ) a second surface ( 11 ), which are opposite the first surface ( 9 ) and a plurality of the alternating piezoelectric layers ( 3 ) and electrically conductive internal electrode layers ( 2 ' ), wherein the internal electrode layers ( 2 ' ), which does not match the collective contact ( 8th ) on the first surface ( 6 ) are electrically connected, with a second collecting contact ( 10 ) are electrically connected from the first collecting contact ( 8th ) is electrically isolated. Verfahren zum Kontaktieren eines Bauelements (1), das folgende Schritte aufweist, – Bereitstellen eines Bauelements (1), das – eine keramische Matrix (5), – mindestens eine Innenelektrode (2), die in der keramischen Matrix (5) angeordnet ist und an einer ersten Oberfläche (9) freigelegt ist, – mindestens einen elektrisch leitenden Sammelkontakt (8, 10), der mit der Innenelektrode elektrisch verbunden (2) ist, aufweist, – Aufbringen einer Isolationsschicht (15) zwischen die keramische Matrix (5) und den Sammelkontakt (8, 10) derart, dass die Isolationsschicht (15) mindestens eine Durchöffnung (16) aufweist, die zumindest einen Teil der Innenelektrode (2) freilegt, wobei das Material der Isolationsschicht (15) derart ausgewählt wird, dass die Isolationsschicht (15) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Sammelkontakts (8, 10), – Aufbringen einer weiteren äußeren Schicht (18) auf das Bauelement (1), wobei die äußere Schicht (18) eine Druckvorspannung auf den Sammelkontakt (8, 10) ausübt.Method for contacting a component ( 1 ), which comprises the following steps, - providing a component ( 1 ), which - a ceramic matrix ( 5 ), - at least one inner electrode ( 2 ) contained in the ceramic matrix ( 5 ) and at a first surface ( 9 ) is exposed, - at least one electrically conductive collecting contact ( 8th . 10 ) electrically connected to the inner electrode ( 2 ), - applying an insulating layer ( 15 ) between the ceramic matrix ( 5 ) and the collective contact ( 8th . 10 ) such that the insulation layer ( 15 ) at least one opening ( 16 ), which at least a part of the inner electrode ( 2 ), wherein the material of the insulating layer ( 15 ) is selected such that the insulation layer ( 15 ) has a thermal expansion coefficient which is smaller than the thermal expansion coefficient of the collective contact ( 8th . 10 ), - applying a further outer layer ( 18 ) on the device ( 1 ), the outer layer ( 18 ) a compression bias on the collecting contact ( 8th . 10 ) exercises. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (18) in Gestalt einer Hülse aufgebracht wird.Method according to claim 10, characterized in that the outer layer ( 18 ) is applied in the form of a sleeve. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der äußeren Schicht (18) eine weitere Schutzschicht (17) auf dem Sammelkontakt (8, 10) aufgebracht wird, wobei die Schutzschicht (17) so ausgewählt wird, dass sie einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient der äußeren Schicht (18) ist.A method according to claim 10 or claim 11, characterized in that prior to the application of the outer layer ( 18 ) another protective layer ( 17 ) on the collecting contact ( 8th . 10 ) is applied, wherein the protective layer ( 17 ) is selected to have a thermal expansion coefficient greater than the thermal expansion coefficient of the outer layer ( 18 ). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Schutzschicht (17) die Schutzschicht (17) bei Temperaturen ausgehärtet wird, die niedriger als die Anwendungstemperatur des Bauelements (1) sind.A method according to claim 12, characterized in that after the application of the protective layer ( 17 ) the protective layer ( 17 ) at Curing temperatures lower than the application temperature of the device ( 1 ) are.
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