DE102012105647A1 - Electrical component for use as e.g. capacitor, has coil including electrical conductor whose longitudinal contact end is conductively connected with electrode, where longitudinal contact ends lie on side of piezoelectric elements - Google Patents

Electrical component for use as e.g. capacitor, has coil including electrical conductor whose longitudinal contact end is conductively connected with electrode, where longitudinal contact ends lie on side of piezoelectric elements Download PDF

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Abstract

The component (1) has an electrically conductive contact layer (11) arranged with an electrode (9) by an electrical conductor (13). A coil (2) and an electrically insulating layer (10) are fitted to a side of piezoelectric elements (3, 3') e.g. piezoelectric actuator, such that a longitudinal contact end (5) of the electrical conductor of the coil electrically contacts the electrically conductive contact layer. Another longitudinal contact end (6) is conductively connected with another electrode (8). The longitudinal contact ends lie on the side of the piezoelectric elements. The electrodes and/or electrically conductive contact layers are formed by metallization.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Element mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1. Ein solches elektrisches Element enthält also in Kombination eine elektrische Spule und ein Piezoelement. Ein Piezoelement ist dabei ein Bauteil, welches wenigstens ein piezoelektrisches Element, im Falle dieser Erfindung eine piezoelektrische Schicht, sowie zwei Elektroden zum Anlegen einer Spannung und zum Ausbilden eines elektrischen Feldes über das Material der piezoelektrischen Schicht aufweist.The invention relates to an electrical element having the features of the preamble of claim 1. Such an electrical element thus contains in combination an electric coil and a piezoelectric element. A piezoelectric element is a component which has at least one piezoelectric element, in the case of this invention a piezoelectric layer, and two electrodes for applying a voltage and for forming an electric field over the material of the piezoelectric layer.

Piezoelemente sind hinlänglich bekannt und werden im Stand der Technik für die unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt. Der piezoelektrische Effekt bewirkt bei piezoelektrischen Materialien bzw. daraus gebildeten Elementen bei einer angelegten Spannung bzw. bei Aufbringen eines elektrischen Feldes Dimensionsänderungen entlang von vorgegebenen Achsen, beispielsweise eine Verkürzung einer Länge und Erhöhung der Breite. Umgekehrt bewirken Verformungen solcher Elemente die Ausbildung elektrischer Spannungen. Insoweit werden derartige Piezoelemente als passive Elemente eingesetzt, um damit beispielsweise Längen- oder Lageänderungen zu erfassen oder auf einem Festkörper lastende Drücke zu messen. In der umgekehrten Anwendung werden solche piezoelektrischen Elemente auch als Piezoaktoren verwendet, um z. B. ausgelöst über eine angelegte Spannung eine Lageveränderung zu bewirken, beispielsweise für die Tastspitze eines Rastertunnelmikroskops, oder aber um bei angelegter Wechselspannung eine akustische Anregung, häufig im Ultraschallbereich, zu erreichen.Piezoelectric elements are well known and are used in the prior art for a variety of applications. The piezoelectric effect causes dimensional changes along predetermined axes in piezoelectric materials or elements formed therefrom at an applied voltage or when applying an electric field, for example a shortening of a length and increasing the width. Conversely, deformations of such elements cause the formation of electrical voltages. In that regard, such piezoelectric elements are used as passive elements in order to detect, for example, changes in length or position or to measure loads bearing on a solid body. In the reverse application, such piezoelectric elements are also used as piezoelectric actuators to z. B. triggered by an applied voltage to cause a change in position, for example, the probe tip of a scanning tunneling microscope, or to achieve an acoustic excitation, often in the ultrasonic range, with applied AC voltage.

In vielen bekannten Anwendungsfeldern werden die entsprechenden Piezoelemente drahtgebunden kontaktiert und entweder mit einer Erregerspannung versorgt, oder es wird über die drahtgebundene Kontaktierung eine von dem Piezoelement erzeugte Spannung als Messsignal einer signalverarbeitenden Stelle weiter- und zugeführt.In many known fields of application, the corresponding piezoelectric elements are contacted by wire and either supplied with an excitation voltage, or a voltage generated by the piezoelectric element is transmitted and supplied via the wired contacting as a measurement signal to a signal processing station.

Bekannt sind aber auch solche Anwendungen, bei denen Piezoelemente drahtlos elektrisch angebunden werden, insbesondere als Piezoaktoren, z. B. für die Erzeugung von Ultraschall. So ist in der DE 10 2007 014 696 B3 eine Sensor-Aktor-Vorrichtung beschrieben, bei der ein Piezoelement in Verbindung gebracht wird mit einem RFID-Element, welches bekanntermaßen über eine Antenne von einem Sender per Funk übermittelte, eine Anregungsenergie tragende Signale empfängt und diese vermittels der Anregung eines Schwingkreises in elektrische Energie transformiert. Bei der aus der DE 10 2007 014 696 B3 bekannten Kombination eines RFID-Elementes mit einem Piezoelement, welche Kombination laut dieser Druckschrift und gemäß dem in der 2 des Dokumentes gezeigten und entsprechend beschriebenen Ausführungsvariante auch eine unmittelbare Anordnung der elektrischen Kontaktierung des RFID-Elementes mit dem Piezoelement enthalten kann, wird das so gewonnene Kombinationselement für eine Strukturprüfung bzw. -kontrolle von Bauelementen z. B. aus Faserverbundwerkstoff eingesetzt. Hierzu werden entsprechend miniaturisierte derartige Elemente bereits bei der Herstellung in das Material eingebunden, insbesondere einlaminiert. Durch Anregung des RFID-Bestandteils des Kombinationselementes mittels der passenden Resonanzfrequenz kann dann später das Piezoelement mit einer entsprechenden, in dem Empfängerschwingkreis erzeugten hochfrequenten Wechselspannung kontaktiert und so angeregt werden, dass es innerhalb des Bauelementes eine Ultraschallwelle erzeugt. Diese Welle bzw. deren Durchlauf durch das Material bzw. eine entsprechende Echoantwort kann dann wiederum ausgewertet werden hinsichtlich etwaiger Abweichungen von dem für ein unbeschädigtes bzw. intaktes Bauteil erwarteten Verlauf, um darüber beispielsweise Haarrisse, Ermüdungsrisse oder dgl. Beschädigungen bzw. Veränderungen des Bauteils zu erkennen.But are also known applications in which piezoelectric elements are electrically connected wirelessly, in particular as piezoelectric actuators, z. B. for the generation of ultrasound. So is in the DE 10 2007 014 696 B3 a sensor-actuator device is described in which a piezoelectric element is brought into connection with an RFID element which is known to transmit via an antenna from a transmitter by radio receiving an excitation energy carrying signals and transforming them by means of the excitation of a resonant circuit into electrical energy , At the time of the DE 10 2007 014 696 B3 known combination of an RFID element with a piezoelectric element, which combination according to this document and according to the in the 2 The document shown and correspondingly described embodiment variant may also include a direct arrangement of the electrical contacting of the RFID element with the piezoelectric element, the combination element thus obtained for a structural inspection or control of components z. B. used from fiber composite material. For this purpose, corresponding miniaturized such elements are already involved in the production in the material, in particular laminated. By excitation of the RFID component of the combination element by means of the matching resonant frequency, the piezoelement can then later be contacted with a corresponding high-frequency AC voltage generated in the receiver resonant circuit and excited so that it generates an ultrasonic wave within the component. This wave or its passage through the material or a corresponding echo response can then be evaluated in turn with regard to any deviations from the course expected for an undamaged or intact component, for example hairline cracks, fatigue cracks or the like. Damage or changes to the component detect.

Die Anwendung derartiger gekoppelter Elemente aus Empfängerspule und mit dieser verbundenem Piezoelement für die funkgestützte Anregung des Piezoelementes, z. B. für die Erzeugung eines Schall-, insbesondere Ultraschallsignals, ist aber nicht nur auf die Einbindung derartiger Elemente in Bauteile zum Zwecke der einfachen störungsfreien in situ Materialprüfung beschränkt. Weitere Anwendungsfelder sind denkbar, in denen eine drahtlose ansteuerbare Schall-, insbesondere Ultraschallanregung, z. B. in Form von gerichtet abgestrahlten Ultraschallsignalen, von Nutzen ist. So könnten darauf basierend bspw. drahtlos aktivierbare Peilsender, die ein Peilsignal, z. B. für Zwecke der Ortung, abgeben, realisiert werden.The application of such coupled elements of receiver coil and associated with this piezoelectric element for the radio-controlled excitation of the piezoelectric element, for. As for the generation of a sound, in particular ultrasonic signal, but is not limited to the inclusion of such elements in components for the purpose of simple trouble-free in situ material testing. Other fields of application are conceivable in which a wireless controllable sound, in particular ultrasonic excitation, z. B. in the form of directionally radiated ultrasonic signals, is useful. For example, wirelessly activatable direction finding transmitters based on a direction finding signal, e.g. B. for purposes of location, submit, realized.

Den bekannten Anwendungen ist das Bestreben gemein, die entsprechenden Bauelemente zu miniaturisieren und zugleich auf einfache Weise herstellen zu können. Der Bedarf nach einer Miniaturisierung der Bauelemente liegt auf der Hand. Je kleiner derartige Bauelemente sind, desto einfacher lassen sich z. B. in zu überwachende bzw. zu kontrollierende Bauelemente einbeziehen bzw. desto geringere Dimensionen können derartige Bauelemente aufweisen, die noch mit entsprechenden Kombinationselementen aus Empfängerspule und Piezoelement bestückt werden können. Entsprechende Größenüberlegungen gelten natürlich auch auf anderen Anwendungsgebieten. Neben der Vorgabe einer Miniaturisierung ist dabei zu fordern, dass auch bei einer solchen Miniaturisierung eine gewünschte Sender- bzw. Anregungsfrequenz eingehalten werden kann, die Resonanzfrequenz des mit dem elektrischen Element gebildeten Schwingkreises insbesondere nicht zu höheren Frequenzen abdriftet. Zugleich muss sichergestellt werden, dass auch bei einer weitergehenden Miniaturisierung die Herstellung eines solchen elektrischen Kombinationselementes mit möglichst einfachen Mitteln und für eine Massenproduktion tauglich erfolgen kann.Common to the known applications is the tendency to miniaturize the corresponding components and at the same time to be able to produce them in a simple manner. The need for miniaturization of the components is obvious. The smaller such components, the easier it is to z. B. include in to be monitored or controlled components or the smaller dimensions may have such components that can be equipped with appropriate combination elements of receiver coil and piezoelectric element. Corresponding size considerations naturally also apply to other fields of application. In addition to the specification of a miniaturization is to demand that even with such a miniaturization, a desired transmitter or excitation frequency can be maintained, the resonant frequency of the electrical Element formed resonant circuit in particular does not drift to higher frequencies. At the same time it must be ensured that even with a further miniaturization, the production of such an electrical combination element can be done with the simplest possible means and for mass production.

Diese Anforderungen werden erfüllt durch ein elektrisches Element mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen eines solchen erfindungsgemäßen elektrischen Elementes sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 12 angegeben.These requirements are met by an electrical element having the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of such an electrical element according to the invention are specified in the dependent claims 2 to 12.

Ein erfindungsgemäßes elektrisches Element enthält also zumindest eine elektrische Spule, die aus einem elektrischen Leiter gewickelt ist, welcher ein erstes und ein zweites Längskontaktende aufweist. Das elektrische Element enthält ferner wenigstens ein Piezoelement. Dieses Piezoelement weist eine flächige Seite und eine zweite, der ersten Seite gegenüberliegende, ebenfalls flächige Seite auf. Es beinhaltet wenigstens eine piezoelektrische Schicht sowie auf der ersten und der zweiten Seite des Piezoelementes (dieses kann im einfachsten Fall die eine piezoelektrische Schicht sein) aufgebrachte Elektroden. Über die Elektroden kann das dazwischen angeordnete piezoelektrische Material, welches in einer Schicht, aber auch in mehreren Schichten vorliegen kann, einem elektrischen Feld ausgesetzt werden. Umgekehrt kann über die Elektroden aber auch eine Spannung abgegriffen werden, die bei einer mechanischen Beanspruchung, insbesondere einer Verformung, des Piezoelementes aufgrund des piezoelektrischen Effektes entsteht.An inventive electrical element thus contains at least one electrical coil, which is wound from an electrical conductor, which has a first and a second longitudinal contact end. The electrical element further includes at least one piezoelectric element. This piezoelectric element has a flat side and a second, the first side opposite, also flat side. It includes at least one piezoelectric layer and on the first and the second side of the piezoelectric element (this may be the piezoelectric layer in the simplest case) applied electrodes. Via the electrodes, the piezoelectric material arranged therebetween, which can be present in one layer, but also in several layers, can be exposed to an electric field. Conversely, however, a voltage can also be tapped off via the electrodes which, in the case of a mechanical load, in particular a deformation, of the piezoelectric element arises due to the piezoelectric effect.

Zur Verbindung der Spule mit dem Piezoelement ist das erste Längskontaktende des elektrischen Leiters mit der auf einer ersten Seite des Piezoelementes aufgebrachten Elektrode kontaktiert, und das zweite Längskontaktende des elektrischen Leiters ist mit der auf der zweiten Seite des Piezoelementes aufgebrachten Elektrode kontaktiert.To connect the coil to the piezoelectric element, the first longitudinal contact end of the electrical conductor is contacted with the electrode applied on a first side of the piezoelectric element, and the second longitudinal contact end of the electrical conductor is contacted with the electrode applied to the second side of the piezoelectric element.

Die oben geschilderte, an sich aus dem Stand der Technik bekannte Bauweise erlaubt es also, von einem Sender, insbesondere einem Hochfrequenz (RF-)Sender elektrische Energie in Form von elektromagnetischer Einstrahlung auf die als Empfängerantenne fungierende Spule zu übertragen, welche zusammen mit dem mit ihr verbundenen Piezoelement die für einen Schwingkreis charakteristischen elektrischen Bestandteile einer Induktivität sowie einer Kapazität bildet, wobei die Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises an die Frequenz der elektromagnetischen Anregung angepasst ist. Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises ist dabei typischerweise zum Anregen des Piezoelementes mit entsprechender Frequenz, typischerweise einer Ultraschallfrequenz, gewählt bzw. eingestellt. So kann in an sich bekannter Weise das Piezoelement also drahtlos mit Energie versorgt und zum Erzeugen von z. B. Ultraschallwellen angeregt werden.The above-described, known from the prior art construction thus allows it to transmit from a transmitter, in particular a radio frequency (RF) transmitter electrical energy in the form of electromagnetic radiation to the coil acting as a receiver antenna, which together with the their associated piezoelectric element forms the characteristic of a resonant circuit electrical components of an inductance and a capacitance, wherein the resonant frequency of this resonant circuit is adapted to the frequency of the electromagnetic excitation. The resonant frequency of the resonant circuit is typically chosen or set to excite the piezoelectric element with a corresponding frequency, typically an ultrasonic frequency. Thus, in a conventional manner, the piezoelectric element thus supplied with energy wirelessly and for generating z. B. ultrasonic waves are excited.

Die Erfindung zeichnet sich nun gegenüber dem Stand der Technik dadurch aus, dass auf der ersten Seite des flächigen Piezoelementes auf wenigstens einem Teilabschnitt der dort angeordneten ersten Elektrode eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist. Diese weist auf einer der ersten Elektrode gegenüber liegenden Seite eine erste elektrisch leitende Kontaktschicht auf. Diese Kontaktschicht ist über einen ersten elektrischen Leiter mit der zweiten Elektrode elektrisch verbunden. Die Spule ist bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Element derart auf der ersten Seite des Piezoelementes, also auf derjenigen Seite, die zumindest in einem Teilabschnitt von der elektrisch isolierenden Schicht bedeckt ist, aufgesetzt dort festgelegt, dass das erste Längskontaktende des elektrischen Leiters der Spule die erste elektrisch leitende Kontaktschicht elektrisch kontaktiert und dass das zweite Längskontaktende des elektrischen Leiters der Spule mit der ersten Elektrode leitend verbunden ist. Dabei sind ferner beide Längskontaktenden des elektrischen Leiters der Spule auf der ersten Seite des Piezoelementes angeordnet bzw. liegen dort.The invention is now distinguished from the prior art by the fact that on the first side of the planar piezoelectric element on at least a portion of the first electrode arranged there, an electrically insulating layer is applied. This has a first electrically conductive contact layer on a side opposite the first electrode. This contact layer is electrically connected to the second electrode via a first electrical conductor. The coil is in the electrical element according to the invention in such a manner on the first side of the piezoelectric element, that is on the side which is covered at least in a section of the electrically insulating layer, set there that the first longitudinal contact end of the electrical conductor of the coil, the first electrically electrically contacted conductive contact layer and that the second longitudinal contact end of the electrical conductor of the coil is conductively connected to the first electrode. In this case, furthermore, both longitudinal contact ends of the electrical conductor of the coil are arranged or lie on the first side of the piezoelement.

Der erste elektrische Leiter, der die erste Kontaktschicht mit der zweiten Elektrode verbindet, kann insbesondere ein in Form einer Metallisierung, einer Metallfolie oder eines leitfähigen Klebers oder in sonstiger Weise fest auf die Struktur aufgebrachter Leiter sein.The first electrical conductor, which connects the first contact layer to the second electrode, may in particular be a conductor which is in the form of a metallization, a metal foil or a conductive adhesive or otherwise firmly applied to the structure.

Der erfindungsgemäße Aufbau des elektrischen Elementes gestattet eine einfache und in der Funktionalität zuverlässige Bauweise dieses Elementes, welches insbesondere eine weitergehende Miniaturisierung entsprechender Elemente ermöglicht. Denn bei der Herstellung eines entsprechenden Elementes ist insbesondere die Anbindung der Spule an das Piezoelement ein kritischer und fehleranfälliger wie auch in der Handhabung komplizierter Schritt. Für die elektrische Anbindung bzw. Kontaktierung der elektrischen Spule an das bzw. mit dem Piezoelement ist zumindest eine Anschlussseite der Spule, also ein Längskontaktende des in der Spule aufgewickelten elektrischen Leiters mit der dem Anordnungsort der Spule gegenüber liegenden Seite des Piezoelementes bzw. mit der dort angeordneten Elektrode zu verbinden. Die bisher bekannte Praxis, hier einen abgewickelten Abschnitt des Leiters entlang des Piezoelementes bis auf die der Spule gegenüber liegenden Seite zu führen und dort zur Kontaktierung der dortigen Elektrode festzulegen, ist aufwendig und insbesondere in automatisierten Herstellungsverfahren kompliziert umzusetzen. Darüber hinaus steigt die Gefahr von Fehlanbindungen und wächst der Produktionsausschuss bei zunehmender Miniaturisierung des Elementes. Nicht nur, dass die Strukturen insgesamt feiner werden, insbesondere wird der Durchmesser des zu der Spule gewundenen Leiters geringer werden müssen, um entsprechende Windungsanzahlen und damit Induktivitäten erreichen zu können. Derartiger Drähte können aber, wenn sie für einen wie oben bezeichneten Schritt gehandhabt werden müssen, leicht reißen oder brechen, so dass der elektrische Kontakt unterbrochen und das hergestellte Bauteil unbrauchbar wird.The inventive construction of the electrical element allows a simple and reliable in the construction of this element, which in particular allows further miniaturization of corresponding elements. For in the production of a corresponding element in particular the connection of the coil to the piezoelectric element is a critical and error-prone as well as in the handling complicated step. For the electrical connection or contacting of the electrical coil to or with the piezoelectric element is at least one terminal side of the coil, ie a longitudinal contact end of the wound in the coil electrical conductor with the location of the coil opposite side of the piezoelectric element or with the there arranged electrode to connect. The hitherto known practice of guiding a unwound portion of the conductor along the piezoelement to the side opposite the coil and fixing it there for contacting the electrode there, is complicated and, in particular, complicated to implement in automated production processes. In addition, the risk of incorrect connections and increases the production committee grows with increasing miniaturization of the element. Not only that the structures are generally finer, in particular, the diameter of the wound to the coil conductor will have to be smaller in order to achieve corresponding numbers of turns and thus inductances can. However, such wires, if required to be handled for a step as described above, can easily rupture or break so that the electrical contact is broken and the manufactured component becomes unusable.

Hier vereinfacht die erfindungsgemäße Bauweise die Herstellung in hohem Maße, indem sie ein einfaches Aufsetzen der Spule auf das Piezoelement und Anbindung der nur im Kontaktbereich zwischen Spule und Piezoelement anzuordnenden Längskontaktenden des Leiters an die Elektroden des Piezoelementes ermöglicht. Dies wird dadurch möglich, dass ein Kontakt der auf der Seite des Piezoelementes, welche dem Anordnungsort der Spule gegenüberliegt, vorgesehenen Elektrode über die mit dieser Elektrode leitungstechnisch verbundene, auf der Anordnungsseite der Spule vorgesehene Kontaktfläche erfolgt. Um hier einen Kurzschluss mit der darunterliegenden Elektrode zu verhindern, ist die entsprechende Kontaktfläche auf eine Schicht aus zwischengeordnetem isolierendem Material aufgebracht. Die entsprechende Vorbereitung des Piezoelementes durch Anordnung einerseits des isolierenden Materials in der Schicht, andererseits der Kontaktfläche auf dem isolierenden Material sowie des zwischen der Kontaktfläche und der zweiten Elektrode geführten Leiters kann vergleichsweise einfach bei der entsprechenden Teilfertigung dieses Bausteins geschehen. Beim Zusammenführen des so vorbereiteten Piezoelementes und der Spule braucht die Spule nur in entsprechender Ausrichtung und mit entsprechend gelegten Längskontaktenden des in ihr aufgewundenen elektrischen Leiters auf das Piezoelement gesetzt zu werden, und der Kontakt wird hergestellt. Eine Anbindung der Spule an das Piezoelement kann dabei insbesondere durch Verkleben erfolgen. Heutige Klebetechnik erlaubt sehr haltbare und in ihren Eigenschaften nach Wahl des Klebers einstellbare Verbindungen der unterschiedlichsten Materialien. Dabei können Klebeverbindungen durch entsprechende Zusätze leitfähigen Materials in den Kleber auch elektrisch leitend gestaltet werden, so dass mit einem entsprechenden Leitkleber nicht nur die mechanische, sondern auch die elektrische Anbindung der Spule, insbesondere der Längskontaktenden des Leiters an die jeweiligen elektrischen Anschlussstellen des Piezoelementes erfolgen kann. Entsprechende elektrisch leitfähige Kleber sind hinreichend bekannt, sie enthalten z. B. Silber- oder Goldpartikel zur Herstellung der Leitfähigkeit. Alternativ kann eine Anbindung der Längskontaktenden des Leiters aber auch mit anderen Verfahren, wie etwa dem Thermokompressionsbonden oder einem Lötverfahren erfolgen. Auch solche Verfahren der mechanischen und elektrischen Verbindung eignen sich sehr gut für die erfindungsgemäße Verfahrensweise.Here, the construction according to the invention simplifies the manufacture to a great extent, by allowing a simple placement of the coil on the piezoelectric element and connection of the longitudinal contact ends of the conductor to be arranged only in the contact region between the coil and the piezoelectric element to the electrodes of the piezoelectric element. This is made possible by the fact that a contact of the provided on the side of the piezoelectric element, which faces the placement of the coil, provided electrode via the line connected to this electrode, provided on the arrangement side of the coil contact surface. In order to prevent a short circuit with the underlying electrode, the corresponding contact surface is applied to a layer of interposed insulating material. The corresponding preparation of the piezoelectric element by arranging on the one hand the insulating material in the layer, on the other hand the contact surface on the insulating material and the guided between the contact surface and the second electrode conductor can be done comparatively easily in the corresponding partial production of this module. When merging the thus prepared piezoelectric element and the coil, the coil needs to be set only in the appropriate orientation and with appropriately placed longitudinal contact ends of the wound in her electrical conductor on the piezoelectric element, and the contact is made. A connection of the coil to the piezoelectric element can be done in particular by gluing. Today's adhesive technology allows very durable and adjustable in their properties after the choice of adhesive compounds of different materials. In this case, adhesive bonds can also be made electrically conductive by appropriate additions of conductive material in the adhesive, so that not only the mechanical, but also the electrical connection of the coil, in particular the longitudinal contact ends of the conductor can be made to the respective electrical connection points of the piezoelectric element with a corresponding conductive adhesive , Corresponding electrically conductive adhesives are well known, they contain z. As silver or gold particles for the production of conductivity. Alternatively, a connection of the longitudinal contact ends of the conductor but also with other methods, such as the thermocompression bonding or a soldering done. Such methods of mechanical and electrical connection are also very suitable for the procedure according to the invention.

Grundsätzlich genügt es, einen der für die Kontaktierung der Elektroden des Piezoelementes vorgesehenen Kontakte, nämlich denjenigen der auf der dem Anordnungsort der Spule gegenüberliegenden Seite angebrachten Elektrode durch die Ausbildung der auf einer zwischengelagerten elektrisch isolierenden Schicht angeordnete Kontaktfläche vorzusehen. Die auf der ersten Seite, auf der die Spule angeordnet wird, gelegene Elektrode kann von dem entsprechenden Längskontaktende der Spule unmittelbar kontaktiert werden. Hierbei sich etwa ergebende Stufen- und Höhenunterschiede in dem nur teilweise mit der elektrisch isolierenden Schicht bedeckte Piezoelement können z. B. durch entsprechendes Einbringen eines Verbindungsmaterials, z. B. eines entsprechend großen Volumens eines elektrisch leitfähigen Klebers überwunden werden. In Anbetracht des Umstandes, dass derartige elektrische Elemente im Rahmen der angestrebten Miniaturisierung in Größen (Kantenlängen bzw. Durchmessern) im Millimeterbereich (jedenfalls klar unterhalb eines Zentimeters) angestrebt werden, sind entsprechende Stufen von geringer Dimension und können leicht z. B. mit einem Volumen eines solchen Klebers oder aber auch durch Aufbringen eines Metalltropfens als Verbindungsmittel oder dgl. überwunden werden. Auch ist es grundsätzlich möglich, die dort angeordnete Elektrodenschicht einerseits etwas dicker und stärker zu gestalten, um zumindest über einen gewissen Teil dort die entsprechende Höhe auszugleichen.In principle, it is sufficient to provide one of the contacts provided for contacting the electrodes of the piezoelectric element, namely that of the electrode mounted on the side opposite the arrangement location of the coil by forming the contact surface arranged on an interposed electrically insulating layer. The electrode located on the first side on which the coil is placed can be directly contacted by the corresponding longitudinal contact end of the coil. This approximately resulting level and height differences in the only partially covered with the electrically insulating layer piezoelectric element can, for. B. by appropriate introduction of a connecting material, for. B. a correspondingly large volume of an electrically conductive adhesive can be overcome. In view of the fact that such electrical elements in the context of the desired miniaturization in sizes (edge lengths or diameters) in the millimeter range (in any case, clearly below a centimeter) are sought, corresponding stages of small dimension and can be easily z. B. with a volume of such adhesive or else by applying a metal drop as a connecting means or the like. Be overcome. It is also possible in principle to make the electrode layer arranged there on the one hand somewhat thicker and stronger in order to compensate for the corresponding height at least over a certain part there.

Die Fertigung wird aber weiter vereinfacht, ein symmetrischer Aufbau des erfindungsgemäßen Elementes erlaubt und die Gestaltung eines insgesamt reproduzierbar arbeitenden Kombinationselementes ermöglicht, wenn die elektrisch isolierende Schicht auf ihrer der Spule zugewandten Oberfläche nicht nur eine erste elektrisch leitende Kontaktschicht, sondern zusätzlich auch eine von der ersten elektrischen Kontaktschicht getrennte, seitlich versetzte zweite elektrisch leitende Kontaktschicht aufweist, welche über einen zweiten elektrischen Leiter mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist. Dadurch kann die Spule mit entsprechend positionierten Längskontaktenden ihres elektrischen Leiters noch besser und einfacher positioniert und auf der Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet werden, so dass vermittels der Kontaktflächen und der diese mit den jeweiligen Elektroden verbindenden elektrischen Leiter eine Anbindung der Elektroden des Piezoelementes erfolgen kann, ohne hierbei ein Längskontaktende des in der Spule aufgewickelten Leiters um das Piezoelement herum bis zu der gegenüberliegenden Seite zu führen, um dort eine Elektrode zu kontaktieren.However, the production is further simplified, allows a symmetrical structure of the element according to the invention and the design of a total reproducible working combination element allows when the electrically insulating layer on its surface facing the coil not only a first electrically conductive contact layer, but in addition also one of the first electrical contact layer has separate, laterally offset second electrically conductive contact layer, which is electrically connected via a second electrical conductor to the first electrode. As a result, the coil with correspondingly positioned longitudinal contact ends of its electrical conductor can be positioned even better and more easily and arranged on the surface of the electrically insulating layer so that the electrodes of the piezoelement can be connected by means of the contact surfaces and the electrical conductors connecting them to the respective electrodes without passing a longitudinal contact end of the wound in the coil conductor around the piezoelectric element around to the opposite side, there to contact an electrode.

Dabei kann die elektrisch isolierende Schicht die erste Elektrode mit Vorteil vollständig bedecken, jedenfalls im Hinblick auf deren der Spule zugewandte Oberseite. In this case, the electrically insulating layer may advantageously completely cover the first electrode, at least with regard to its upper side facing the coil.

Mit Vorteil ist die elektrisch isolierende Schicht eine nicht piezoelektrische Schicht. Die elektrisch isolierende Schicht dient in dieser bevorzugten Ausführungsform gerade nicht bereits als Bestandteil des Piezoelementes hinsichtlich seiner piezoelektrischen Aktivität. Sie ist vielmehr eine Deckschicht, welche die darunter liegende erste Elektrode des Piezoelementes überdeckt und elektrisch isoliert von den darüberliegenden Aufbauten, insbesondere von der ersten Kontaktschicht und dem mit dieser verbundenen Längskontaktende des in die Spule aufgewickelten elektrischen Leiters. Grundsätzlich kann die Funktionalität des erfindungsgemäßen elektrischen Elementes aber auch erzielt werden, wenn die elektrisch isolierende Schicht einen piezoelektrischen Effekt aufweist. Insbesondere dann, wenn mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Element eine hinsichtlich der Ausbreitungsrichtung gerichtete Schall-, insbesondere Ultraschallanregung erfolgen soll, kann die isolierende Schicht dann ein piezoelektrisches Material sein, wenn es mit anderer Orientierung angeordnet ist bzw. in anderer Orientierung auf ein angelegtes elektrisches Feld reagiert und so die gerichtete Schallabgabe nicht bzw. so wenig wie möglich stört. Auch kann eine solche Bauweise zu nicht gewollten Moden des generierten Schallsignals führen, die wiederum die Effektivität des gesamten Elementes verringern. Daher sollte dafür eine entsprechende akustische Abstrahlung einer solchen ggf. auch piezoelektrisch wirkenden, elektrisch isolierenden Schicht deutlich geringer sein als diejenige des eigentlichen piezoelektrischen Elementes, um einerseits die gewollte Anregung noch klar von so erzielten Nebeneffekten unterscheiden zu können und andererseits so viel wie möglich der für die gewollte Anregung zur Verfügung stehenden Energie auch hierfür einzusetzen und umzuwandeln und den Energieverlust durch eine parasitäre Anregung nicht zu groß werden zu lassen.Advantageously, the electrically insulating layer is a non-piezoelectric layer. In this preferred embodiment, the electrically insulating layer does not already serve as a component of the piezoelectric element with regard to its piezoelectric activity. Rather, it is a cover layer, which covers the underlying first electrode of the piezoelectric element and electrically insulated from the overlying structures, in particular from the first contact layer and the longitudinal contact end of the wound into the coil electrical conductor. In principle, however, the functionality of the electrical element according to the invention can also be achieved if the electrically insulating layer has a piezoelectric effect. In particular, when with the electrical element according to the invention directed towards the direction of propagation sound, in particular ultrasonic excitation is to take place, the insulating layer may then be a piezoelectric material, if it is arranged with a different orientation or responds in a different orientation to an applied electric field and so does not disturb the directed sound output or as little as possible. Also, such a construction can lead to unwanted modes of the generated sound signal, which in turn reduce the effectiveness of the entire element. Therefore, a corresponding acoustic radiation of such possibly piezoelectrically acting, electrically insulating layer should be significantly lower than that of the actual piezoelectric element, on the one hand to be able to clearly differentiate the desired excitation from the side effects and on the other hand, as much as possible for to use and convert the energy that is intended for this purpose and not to let the energy loss caused by a parasitic excitation become too great.

Dabei ist es insbesondere auch möglich, die isolierende Schicht aus einem in der chemischen Zusammensetzung der des piezoelektrischen Materials des Piezoelementes gleichenden Material herzustellen, aber in anderer physikalischer Form, z. B. ungerichtet polykristallin oder amorph. Dadurch wäre in der elektrisch isolierenden Schicht kein Piezoeffekt zu beobachten, wobei diese Schicht zugleich aber einfach ein einem einheitlichen Herstellungsverfahren mit dem Piezoelement gebildet werden kann, nur mit entsprechend anderen Verfahrensparametern, die eine piezoelektrische Wirkung dieser Schicht ausbleiben lassen.In this case, it is also possible, in particular, to produce the insulating layer from a material that is similar in composition to the piezoelectric material of the piezoelectric element in the chemical composition, but in a different physical form, eg, in the case of a piezoelectric material. B. undirected polycrystalline or amorphous. As a result, no piezoelectric effect would be observed in the electrically insulating layer, but this layer can at the same time easily be formed into a uniform production method with the piezoelement, only with correspondingly different process parameters which prevent a piezoelectric effect of this layer.

Mit Vorteil kann das Piezoelement wenigstens zwei unter Zwischenlage je einer Elektrodenschicht schichtweise übereinander angeordnete und über die Elektroden elektrisch parallel verschaltete piezoelektrische Schichten aufweisen, insbesondere aber auch mehr als zwei. Derartige Schichtaufbauten von Piezoelementen sind grundsätzlich bekannt, z. B. aus der DE 10 2005 017 108 A1 . Sie haben den Vorteil, dass bei vergleichsweise dünnen Schichtstärken der piezoelektrischen Schichten mit gegebener Spannung hohe Feldstärken in den piezoelektrischen Schichten erzielt werden können, die eine hohe Amplitude der mit dem Piezoelement erhaltenen Anregung erzielen lassen. Darüber hinaus ist ein Stapel aus mehreren übereinander angeordneten, jeweils durch zwischengelegte Elektroden getrennten piezoelektrischen Schichten, hinsichtlich der elektrischen Wirkung als eine Parallelschaltung einzelner Kondensatoren aufzufassen. Ein solcher Kondensator ist dabei gebildet durch zwei einander gegenüberliegender Elektroden mit dem dazwischen angeordneten Dielektrikum der piezoelektrischen Schicht. Eine solche Parallelschaltung von Kondensatoren führt zu einer Summation der jeweils einzelnen Kapazitäten, also zu einer Erhöhung der Gesamtkapazität, was im Hinblick auf den durch die Spule und das mit dieser zusammengeschaltete Piezoelement, welches die vielen piezoelektrischen Schichten enthält, gebildeten elektrischen Schwingkreis zu einer Reduzierung der Resonanzfrequenz führt, was insbesondere bei einer weitergehenden Miniaturisierung eines solchen Bauteils erwünscht ist, um eine entsprechende Anregungsfrequenz, die ja insbesondere mit einer gewünschten Frequenz der Ultraschallantwort gekoppelt ist, nicht zu zu hohen Werten abgleiten zu lassen.Advantageously, the piezoelectric element may comprise at least two piezoelectric layers arranged one above another in layers per layer of an electrode layer and electrically connected in parallel over the electrodes, but in particular more than two. Such layer structures of piezoelectric elements are basically known, for. B. from the DE 10 2005 017 108 A1 , They have the advantage that with comparatively thin layer thicknesses of the piezoelectric layers with a given voltage high field strengths can be achieved in the piezoelectric layers, which can achieve a high amplitude of the excitation obtained with the piezoelectric element. In addition, a stack of a plurality of stacked, each separated by interposed electrodes piezoelectric layers, in terms of electrical effect as a parallel connection of individual capacitors to understand. Such a capacitor is formed by two opposing electrodes with the interposed dielectric of the piezoelectric layer. Such a parallel connection of capacitors leads to a summation of the respective individual capacitances, that is to say to an increase in the total capacitance, which leads to a reduction of the electrical resonant circuit formed by the coil and the piezoelement connected therewith, which contains the many piezoelectric layers Resonant frequency leads, which is particularly desirable in a further miniaturization of such a component to let a corresponding excitation frequency, which is indeed coupled in particular with a desired frequency of the ultrasonic response, not to slide too high values.

Um eine vorgesehene Resonanzfrequenz des Schwingkreises beim Miniaturisierungsprozess des Gesamtsystems beizubehalten, kann bei Verwendung eines derartigen mehrschichtigen Piezoelements beispielsweise die Windungszahl in der Spule vergleichsweise gering gewählt werden, da die gesteigerte Kapazität im Schwingkreis eine Reduzierung der entsprechenden Induktivität erlaubt. Eine Spule mit geringerer Windungszahl kann leichter miniaturisiert werden; insbesondere muss die Drahtdicke nicht so stark reduziert werden, was einerseits eine prozesssicherere Fertigung zur Folge hat und andererseits den elektrischen Widerstand in der Spule verringert und damit für das Gesamtsystem schädliche Energieverluste reduziert.In order to maintain an intended resonance frequency of the resonant circuit in the miniaturization process of the overall system, when using such a multilayer piezo element, for example, the number of turns in the coil can be chosen to be comparatively small, since the increased capacitance in the resonant circuit allows a reduction of the corresponding inductance. A coil with a smaller number of turns can be miniaturized more easily; In particular, the wire thickness does not have to be reduced so much, which on the one hand has a more reliable manufacturing result and on the other hand reduces the electrical resistance in the coil and thus reduces harmful energy losses for the entire system.

Bei einer solchen Bauweise sind insbesondere die einzelnen piezoelektrischen Schichten derart angeordnet, dass sich die für die Anregung erforderliche Längenveränderung, die bei einer aufgebrachten Spannung bzw. bei einem angelegten elektrischen Feld erreicht wird, aufaddiert (es eine mechanische Reihenschaltung ergibt), so dass eine große Amplitude der Anregungsantwort bei einer vorgegebenen Spannung erhalten werden kann.In such a construction, in particular the individual piezoelectric layers are arranged such that the required for the excitation length change, which is achieved at an applied voltage or an applied electric field, added (there is a mechanical series circuit), so that a large Amplitude of the excitation response at a predetermined voltage can be obtained.

Die Einzelkomponenten, insbesondere Einzelschichten, des Piezoelementes, die isolierende Schicht und die Kontaktschicht können mit Vorteil in einem Dickschicht-Verfahren, insbesondere durch Sintern, mechanisch kraftschlüssig verbunden sein. Dies kann auch nur auf einige dieser Komponenten zutreffen, z. B. die einzelnen piezoelektrischen Schichten eines aus zwei oder mehr derartigen Schichten aufgebauten Piezoelementes mit den zwischen diesen angeordneten Elektroden.The individual components, in particular individual layers, of the piezoelectric element, the insulating layer and the contact layer can advantageously be mechanically frictionally connected in a thick-film process, in particular by sintering. This may apply only to some of these components, eg. B. the individual piezoelectric layers of a constructed of two or more such layers piezoelectric element with the electrodes arranged between these.

Mit Vorteil ist das Piezoelement als Piezoaktor eingesetzt, insbesondere zum Erzeugen einer Schall-, insbesondere Ultraschallanregung. Grundsätzlich denkbar ist es aber auch, das Piezoelement als passives Element einzusetzen, hier also einen Sensor zu gestalten, solange eine bei geeigneter Frequenz liegende mechanische Anregung des Piezoelementes eine ausreichende Energiemenge erzeugt, um den Schwingkreis und die darin angeordnete Spule mit einer für einen in der Nähe dieses Elementes angeordneten Empfänger wahrnehmbaren Sendeleistung abstrahlen zu lassen.Advantageously, the piezoelectric element is used as a piezoelectric actuator, in particular for generating a sonic, in particular ultrasonic excitation. Basically, it is also conceivable to use the piezoelectric element as a passive element, so here to design a sensor, as long as a suitable frequency of mechanical excitation of the piezoelectric element generates a sufficient amount of energy to the resonant circuit and arranged therein coil with a for in the Near this element arranged receiver emitted perceptible transmission power.

Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass die Längskontaktenden der Spule z. B. mit einem elektrisch leitfähigen Kleber an den jeweils kontaktierten Flächen festgelegt sein können. Eine entsprechende Ausgestaltung der Elektroden und/oder der Kontaktschicht(en) kann ebenfalls durch einen elektrisch leitfähigen Kleber erfolgen, solange dessen Leitfähigkeit ausreichend ist, um genügend Ladungen auf die Elektroden zu verbringen. So können beispielsweise bei einem mehrschichtig aufgebauten Piezoelement die einzelnen piezoelektrischen Schichten untereinander mit einem elektrisch leitfähigen Kleber verklebt sein, so dass neben der mechanischen Verbindung der Schichten durch den Kleber zugleich die dazwischen liegenden Elektroden ausgebildet werden.It has already been mentioned above that the longitudinal contact ends of the coil z. B. can be set with an electrically conductive adhesive to the respective contacted surfaces. A corresponding configuration of the electrodes and / or the contact layer (s) can also be effected by an electrically conductive adhesive, as long as its conductivity is sufficient to spend sufficient charges on the electrodes. Thus, for example, in the case of a multi-layered piezoelectric element, the individual piezoelectric layers can be bonded to one another with an electrically conductive adhesive, so that in addition to the mechanical bonding of the layers by the adhesive, the intervening electrodes are formed at the same time.

Alternativ können die Elektroden und/oder die Kontaktschicht(en) auch durch Aufbringen einer Metallisierung, z. B. einer Gold- oder Silberbeschichtung oder dünnen metallischen bzw. anderen elektrisch leitenden Folien gebildet sein. Auch Mischformen sind denkbar, wobei z. B. die Elektroden durch Metallisierung oder Folien, Kontaktschicht(en) durch elektrisch leitfähigen Kleber gebildet sind, oder eine andere solche mögliche Kombination.Alternatively, the electrodes and / or the contact layer (s) also by applying a metallization, for. B. a gold or silver coating or thin metallic or other electrically conductive films may be formed. Mixed forms are also conceivable, wherein z. B. the electrodes are formed by metallization or films, contact layer (s) by electrically conductive adhesive, or another such possible combination.

Um ein erfindungsgemäßes elektrisches Bauteil für die spätere Anwendung einsetzen zu können, kann dieses insgesamt gekapselt sein. Eine solche Kapselung kann beispielsweise durch Vergießen in ein Kunststoffharzmaterial, durch Einbringen in eine Kunststoff- oder Metallkapsel oder dgl. geschehen. In einer solchen Verkapselung kann ein solches elektrisches Element z. B. in ein wieder zu verwendendes Bauelement, wie ein Element aus einem faserverstärkten Kunststoff eingebracht werden, um an diesem durch Anregung des elektrischen Elementes z. B. Strukturprüfungen vornehmen zu können. Sofern mit dem Piezoelement eine akustische Anregung erfolgen soll, ist bei der Kapselung darauf zu achten, dass entsprechende Schall-, insbesondere Ultraschallwellen von dem Piezoelement durch das Material der Kapsel mit möglichst hoher Effizienz, also geringem Verlust übertragen werden können. Diese Überlegungen spielen einerseits bei der Auswahl des Materials für die Verkapselung, andererseits bei der Positionierung des Piezoelementes im Hinblick auf eine mögliche Kapsel eine Rolle, wie auch bei der Bestimmung entsprechender Wandstärken. Dabei sollte das Piezoelement mit einer für die Abstrahlung der Schall-, insbesondere Ultraschallwellen vorgesehenen Seite unmittelbar auf der Wand der Verkapselung aufliegen und nicht etwa dort mit einem mit Luft oder mit sonstigem Material gefüllten Zwischenraum eine weitere Abschwächung oder gar Streuung des Signals erfahren, sofern eine derartige Streuung nicht aus Gründen der spezifischen Anwendung gerade angestrebt und erwünscht ist.In order to use an inventive electrical component for later use, this can be encapsulated as a whole. Such encapsulation can be done, for example, by casting in a plastic resin material, by introducing it into a plastic or metal capsule or the like. In such an encapsulation, such an electrical element z. B. in a reusable component, such as an element made of a fiber-reinforced plastic are introduced to this by excitation of the electrical element z. B. structural checks to make. If an acoustic excitation is to take place with the piezoelectric element, it must be ensured during the encapsulation that corresponding sound waves, in particular ultrasonic waves, can be transmitted from the piezo element through the material of the capsule with the highest possible efficiency, ie low loss. These considerations play a role in the selection of the material for the encapsulation, on the other hand, in the positioning of the piezoelectric element with respect to a possible capsule role, as well as in the determination of appropriate wall thicknesses. In this case, the piezoelectric element should rest directly on the wall of the encapsulation with a side intended for the emission of the sound, in particular ultrasonic waves, and not there experience further weakening or even scattering of the signal with a gap filled with air or with other material, if one Such dispersion is not sought and desired for reasons of specific application.

Die Spule kann, um deren Induktivität zu erhöhen und damit wiederum Einfluss zu nehmen auf die Resonanzfrequenz des durch das Piezoelement und die elektrisch mit diesem kombinierte Spule gebildeten Schwingkreises, welche bei einer Erhöhung der Induktivität wiederum reduziert wird, mit einem entsprechenden Kern, insbesondere einem solchen aus einem ferromagnetischen Material, versehen sein.In order to increase its inductance and thus influence the resonant frequency of the resonant circuit formed by the piezoelectric element and the electrically combined coil, which is in turn reduced as the inductance increases, the coil can have a corresponding core, in particular such made of a ferromagnetic material, be provided.

Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass in dem erfindungsgemäßen elektrischen Element mehr als nur eine Spule angeordnet und auf die oben beschriebene Weise mechanisch festgelegt sowie elektrisch kontaktiert sind. Z. B. könnte eine weitere Spule auf gleiche Weise über eine auf der zweiten Seite des Piezoelementes aufgebrachte elektrisch isolierende Schicht und dort vorhandene Kontaktschicht(en) mechanisch wie elektrisch an ein solches System angeschlossen und Bestandteil des elektrischen Elements sein.In principle, it is also conceivable that more than one coil is arranged in the electrical element according to the invention and mechanically fixed and electrically contacted in the manner described above. For example, another coil could be mechanically and electrically connected to such a system via a layer of electrically insulating layer applied on the second side of the piezoelectric element and contact layer (s) present there and be part of the electrical element.

Auch kann das elektrische Element neben einem oder mehreren Piezoelementen, einer oder mehreren Spulen, von welchen Bestandteilen es zumindest jeweils eines enthält, optional auch noch weitere elektrische oder elektronische Funktionselemente enthalten, wie z. B. Kondensatoren, Steuerchips oder dergleichen. Das erfindungsgemäße elektrische Element ist aber bereits in der einfachsten Ausgestaltung mit einer Spule, die mit einem (ggf. mehrschichtig aufgebauten) Piezoelement kontaktiert und mechanisch verbunden ist, voll funktionsfähig.Also, the electrical element in addition to one or more piezoelectric elements, one or more coils, of which components it contains at least one each, optionally also contain other electrical or electronic functional elements, such. As capacitors, control chips or the like. However, the electrical element according to the invention is already in the simplest embodiment with a coil which is contacted with a (possibly multi-layered) piezoelectric element and mechanically connected, fully functional.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren. Dabei zeigen: Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Showing:

1 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Elementes zur Verdeutlichung dessen grundsätzlichen Aufbaus; 1 a schematic perspective view of an electrical element according to the invention to illustrate its basic structure;

2 in einer schematischen Explosionsdarstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen elektrischen Elementes in einer ersten Gestaltungsvariante; und 2 in a schematic exploded view of the structure of an electrical element according to the invention in a first design variant; and

3 eine der 2 entsprechende Darstellung einer alternativen Gestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen elektrischen Elementes in schematischer Explosionsdarstellung. 3 one of the 2 corresponding representation of an alternative design variant of an electrical element according to the invention in a schematic exploded view.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beschrieben. Die Figuren sind dabei rein schematische Darstellungen und weder maßstabsgerecht noch detailgenau. Sie sind vielmehr beschränkt auf die Wiedergabe der wesentlichen Merkmale zur Erläuterung der Erfindung.The invention will be described with reference to an exemplary embodiment and with reference to the accompanying figures. The figures are purely schematic representations and neither to scale nor detail. Rather, they are limited to the representation of the essential features for explaining the invention.

1 zeigt ein elektrisches Bauelement 1 gemäß der Erfindung in einer stark schematisierten Darstellung. Dieses elektrische Bauelement 1 kombiniert eine Spule 2, die aus einem elektrischen Leiter gewunden ist, dessen in der 1 nicht dargestellten Längskontaktenden mit einem flächigen Piezoelement 3 derart kontaktiert sind, dass ein erstes Längskontaktende des Leiters mit einer auf einer ersten Seite des flächigen Piezoelementes 3 angeordneten Elektrode elektrisch verbunden, ein zweites Längskontaktende des elektrischen Leiters mit einer zweiten, auf der der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Piezoelementes angeordneten Elektrode elektrisch verbunden ist. Auf diese Weise ist in der Kombination aus der Spule 2 und dem flächigen Piezoelement 3, welches durch die Anordnung der beiden von dem piezoelektrischen Material, welches elektrisch isolierend ist, getrennten Elektroden einen Kondensator darstellt, ein Schwingkreis gebildet. Im Zentrum der mit einer Stirnseite auf das flächige Piezoelement 3 aufgesetzten Spule 2, ist ein Kern 4 auf einem ferromagnetischen Material angeordnet, um den herum die Windungen der Spule 2 verlaufen. Dieser Kern 4 erbringt eine Erhöhung der Induktivität L der Spule 2, was sich verringernd auf die Resonanzfrequenz des mit dem elektrischen Bauelement gebildeten Schwingkreises auswirkt, die proportional ist zu dem Faktor

Figure DE102012105647A1_0002
Das in 1 dargestellte elektrische Element ist in der Realisierung typischerweise von geringer Größe, insbesondere von einer Größe mit einem Durchmesser von unter 1 cm, insbesondere unter einem halben Zentimeter realisiert, um dieses entsprechend miniaturisiert in die unterschiedlichsten Anwendungen bringen zu können. 1 shows an electrical component 1 according to the invention in a highly schematic representation. This electrical component 1 combines a coil 2 which is wound from an electric conductor, whose in the 1 not shown longitudinal contact ends with a planar piezoelectric element 3 are contacted such that a first longitudinal contact end of the conductor with a on a first side of the planar piezoelectric element 3 arranged electrode disposed electrically, a second longitudinal contact end of the electrical conductor with a second, on the opposite side of the first side of the piezoelectric element electrode is electrically connected. This way is in the combination of the coil 2 and the planar piezoelectric element 3 which is formed by the arrangement of the two electrodes separated from the piezoelectric material, which is electrically insulating, a capacitor, a resonant circuit. In the center of the one with an end face on the planar piezoelectric element 3 attached coil 2 , is a core 4 arranged on a ferromagnetic material, around which are the turns of the coil 2 run. This core 4 provides an increase in the inductance L of the coil 2 , which has a decreasing effect on the resonant frequency of the resonant circuit formed with the electrical component, which is proportional to the factor
Figure DE102012105647A1_0002
This in 1 The illustrated electrical element is typically realized in the realization of small size, in particular of a size with a diameter of less than 1 cm, in particular less than half a centimeter, in order to be able to bring this miniaturized in a variety of applications.

Erfindungsgemäß ist die Anbindung der Spule 2 an das Piezoelement 3 über den in 2 gezeigten und nachfolgend geschilderten Aufbau realisiert. In 2 sind die beiden Elemente Spule 2 und Piezoelement 3 getrennt voneinander dargestellt in einer Explosionsdarstellung zur Verdeutlichung dieses Aufbaus. Schematisch sind in dieser Figur zwei Längskontaktenden des in der Spule 2 aufgewickelten Leiters dargestellt. Ein erstes Längskontaktende 5 des Leiters ist hier als von der Außenseite der Spule 2 radial nach innen auf deren dem flächigen Piezoelement 3 zugewandten Stirnseite umgelegt gezeigt. Ein zweites Längskontaktende 6 erstreckt sich diametral gegenüberliegend in dieser Darstellung von der dem Kern 4 zugewandten Innenseite der Spule 2 her nach außen umgelegt auf der dem Piezoelement 3 zugewandten Stirnseite der Spule 2. Über diese beiden Längskontaktenden 5, 6 ist die Spule 2 mit dem Piezoelement 3 in der nachfolgend geschilderten Weise elektrisch verbunden.According to the invention, the connection of the coil 2 to the piezoelectric element 3 over the in 2 realized and described below construction realized. In 2 are the two elements coil 2 and piezoelectric element 3 shown separated from each other in an exploded view to illustrate this structure. Schematically, in this figure, two longitudinal contact ends of the in the coil 2 wound conductor presented. A first longitudinal contact end 5 of the conductor is here as from the outside of the coil 2 radially inwardly on the surface of the piezoelectric element 3 shown turned facing. A second longitudinal contact end 6 extends diametrically opposite in this representation of the the core 4 facing inside of the coil 2 turned outward on the piezoelectric element 3 facing end face of the coil 2 , About these two longitudinal contact ends 5 . 6 is the coil 2 with the piezo element 3 electrically connected in the manner described below.

Das Piezoelement 3 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer einzigen piezoelektrischen Schicht 7, welche auf einander gegenüberliegenden Seiten flächig aufgebrachte Elektroden aufweist. Eine erste Elektrode 8 befindet sich dabei auf einer der Spule 2 zugewandten Oberseite der piezoelektrischen Schicht 7 und ist hier lediglich als Trennlinie zwischen dem darüber angeordneten, noch nachfolgend zu beschreibenden Element und der piezoelektrischen Schicht 7 angedeutet. Eine zweite Elektrode 9 befindet sich auf der der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite, welche die der Spule 2 abgewandte Seite der piezoelektrischen Schicht 7 ist. Auch diese ist lediglich als eine Kantenlinie angedeutet, erstreckt sich jedoch flächig über die gesamte piezoelektrische Schicht 7 auf dieser Seite. Durch die piezoelektrische Schicht 7 und die beiden Elektroden 8, 9 ist das Piezoelement 3 gebildet. Auf der der piezoelektrischen Schicht 7 abgewandten Oberseite der ersten Elektrode 8 ist hier eine diese erste Elektrode 8 vollständig bedeckende elektrisch isolierende Schicht 10 aufgebracht. Diese weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei Kontaktflächen, eine erste Kontaktfläche 11 und eine zweite Kontaktfläche 12 auf, welche Kontaktflächen 11, 12 elektrisch leitend und elektrisch kontaktierbar sind. Von der ersten Kontaktfläche 11 erstreckt sich ein beispielsweise durch eine Metallisierung gebildeter, über den Rand des Piezoelementes 3 bis zu der zweiten Elektrode 9 eingeführter Leiter 13, der die erste Kontaktfläche 11 mit der zweiten Elektrode 9 elektrisch verbindet, welche elektrische Verbindung durch einen Kontaktierungsfortsatz 14 an dem Leiter 13 angedeutet ist.The piezo element 3 consists in this embodiment of a single piezoelectric layer 7 which has electrodes applied flat on opposite sides. A first electrode 8th is located on one of the coil 2 facing top of the piezoelectric layer 7 and here is merely a dividing line between the above-arranged element to be described later and the piezoelectric layer 7 indicated. A second electrode 9 is located on the underside opposite the top, which is that of the coil 2 opposite side of the piezoelectric layer 7 is. This too is merely indicated as an edge line, but extends over the entire piezoelectric layer in a planar manner 7 on this page. Through the piezoelectric layer 7 and the two electrodes 8th . 9 is the piezo element 3 educated. On the piezoelectric layer 7 remote from the top of the first electrode 8th here is this first electrode 8th completely covering electrically insulating layer 10 applied. This has in this embodiment two contact surfaces, a first contact surface 11 and a second contact surface 12 on which contact surfaces 11 . 12 electrically conductive and are electrically contacted. From the first contact surface 11 extends, for example, formed by a metallization, over the edge of the piezoelectric element 3 to the second electrode 9 inserted conductor 13 who has the first contact surface 11 with the second electrode 9 connects electrically, which electrical connection through a Kontaktierungsfortsatz 14 on the ladder 13 is indicated.

Die zweite Kontaktfläche 12 ist über einen Leiter 15 in ähnlicher Weise mit einer elektrisch leitenden Anbindung an die erste Elektrode 8 versehen. Der elektrische Anschluss des Leiters 15 an die erste Elektrode 8 ist auch hier über einen Kontaktierungsfortsatz 16 veranschaulicht.The second contact surface 12 is about a leader 15 in a similar manner with an electrically conductive connection to the first electrode 8th Mistake. The electrical connection of the conductor 15 to the first electrode 8th is also here via a Kontaktierungsfortsatz 16 illustrated.

Erkennbar stehen die beiden elektrischen Kontaktflächen 11, 12 miteinander nicht in elektrischer Verbindung, sind gegeneinander elektrisch isoliert. Dabei sind die Kontaktflächen 11, 12 derart ausgerichtet und dimensioniert, dass sie bei einem wie in der 2 veranschaulicht ausgerichteten Aufeinandersetzen von Spule 2 auf Piezoelement 3 bzw. auf die Kontaktflächen 11, 12 mit den Längskontaktenden 5, 6 in mechanische Berührung und elektrische Verbindung gelangen. Dazu sind die Längskontaktenden 5, 6 von jeglicher Isolierung befreit und können eine elektrische Verbindung zu den entsprechenden leitenden Kontaktflächen 11, 12 herstellen. In diesem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erste Längskontaktende 5 mit der ersten elektrischen Kontaktfläche 11 verbunden, das zweite Längskontaktende 6 mit der zweiten elektrischen Kontaktfläche 12. So wird die Spule 2 mit ihren beiden Leiterenden über das erste Längskontaktende 5 mit der zweiten Elektrode 9 des Piezoelementes 3 elektrisch verbunden, mit dem zweiten Längskontaktende 6 mit der ersten Elektrode 8 des Piezoelementes 3. Diese Art der Verbindung kann dabei einfach hergestellt werden, insbesondere kann eine gute und feste mechanische wie auch elektrische Anbindung der Spule an das wie in 2 in dem unteren Figurenabschnitt getrennt dargestellte Kompositelement aus Piezoelement 3 und darauf aufgesetzter isolierender Schicht 10 mit den Kontaktflächen 11, 12 angebunden werden, indem sie mit ihren Längskontaktenden mittels eines elektrisch leitenden Klebers dort verklebt wird. Dabei entsteht nicht nur die mechanische Verbindung zwischen Spule und den weiteren Bestandteilen, sondern auch die elektrische Ankopplung und Anbindung der Längskontaktenden 5, 6 mit den elektrisch leitenden Kontaktflächen 11, 12. Wie oben bereits erwähnt, kann eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Längskontaktenden 5, 6 des Leiters der Spule 2 ebenso gut auch mittels anderer Verfahren, wie Thermokompressionsbonden oder Lötverfahren erreicht werden.Recognizable are the two electrical contact surfaces 11 . 12 not in electrical connection with each other, are electrically isolated from each other. Here are the contact surfaces 11 . 12 aligned and dimensioned so that they are in a like 2 illustrates aligned spooling of coil 2 on piezo element 3 or on the contact surfaces 11 . 12 with the longitudinal contact ends 5 . 6 get into mechanical contact and electrical connection. These are the longitudinal contact ends 5 . 6 removed from any insulation and can make electrical connection to the corresponding conductive pads 11 . 12 produce. In this illustrated embodiment, the first longitudinal contact end 5 with the first electrical contact surface 11 connected, the second longitudinal contact end 6 with the second electrical contact surface 12 , This is how the coil works 2 with its two conductor ends over the first longitudinal contact end 5 with the second electrode 9 of the piezo element 3 electrically connected, with the second longitudinal contact end 6 with the first electrode 8th of the piezo element 3 , This type of connection can be easily made, in particular, can be a good and solid mechanical and electrical connection of the coil to the as in 2 in the lower part of the figure separately shown composite element of piezoelectric element 3 and insulating layer applied thereon 10 with the contact surfaces 11 . 12 be connected by being glued with their longitudinal contact ends by means of an electrically conductive adhesive there. This not only creates the mechanical connection between the coil and the other components, but also the electrical coupling and connection of the longitudinal contact ends 5 . 6 with the electrically conductive contact surfaces 11 . 12 , As mentioned above, a mechanical and electrical connection between the longitudinal contact ends 5 . 6 of the conductor of the coil 2 as well as by other methods, such as thermocompression bonding or soldering can be achieved.

Obwohl in 2 die elektrisch isolierende Schicht 10 als durchgehend die erste Elektrode 8 bedeckend und zwei Kontaktflächen 11, 12 aufweisend gezeigt ist, fällt auch eine solche Ausgestaltung unter die Erfindung und die Erfindung kann entsprechend realisiert werden, bei der z. B. der in 2 links gezeigte Abschnitt der elektrisch isolierenden Schicht 10 entfällt, mit dieser die zweite Kontaktfläche 12, der Leiter 15 und dessen über den Kontaktierungsfortsatz 16 gedeutete Anschluss an die erste Elektrode 8. Denn die einfache Bauweise und Kontaktierung sowie mechanische Festlegung kann auch erreicht werden, indem das zweite Längskontaktende 6 der Spule 2 bzw. des zu dieser Spule 2 aufgewickelten elektrischen Leiters unmittelbar auf die erste Elektrode 8 aufgelegt, mit dieser mechanisch und elektrisch verbunden wird. Dies kann z. B. einfach geschehen durch eine in dieser Position mit größerer Materialdicke ausgebildete Kleberschicht, solange diese durch entsprechende Gestaltung des Klebers (beispielsweise Silberzusätze) ausreichend leitfähig gestaltet ist.Although in 2 the electrically insulating layer 10 as continuous the first electrode 8th covering and two contact surfaces 11 . 12 shown exhibiting, such an embodiment falls under the invention and the invention can be realized accordingly, in the z. B. the in 2 left section of the electrically insulating layer 10 deleted, with this the second contact surface 12 , the leader 15 and about the contacting process 16 interpreted connection to the first electrode 8th , Because the simple construction and contacting and mechanical fixing can also be achieved by the second longitudinal contact end 6 the coil 2 or to this coil 2 wound electrical conductor directly to the first electrode 8th applied, with this mechanically and electrically connected. This can be z. As easily done by a formed in this position with a larger material thickness adhesive layer, as long as it is made sufficiently conductive by appropriate design of the adhesive (for example, silver additives).

Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau, bei dem zunächst das Piezoelement 3 mit der elektrisch isolierenden Schicht 10 zu versehen und über die wenigstens eine Kontaktfläche 11 eine Verbindung von der der Spule 2 zugewandten Oberseite zu der auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten zweiten Elektrode 9 elektrisch hergestellt wird, ist das Bauelemente 1 einfach zu produzieren. Denn das Piezoelement 3 kann auf einfache Weise in der wie in 2 gezeigten Form vorbereitet werden, im Anschluss kann die Spule 2, bei der lediglich die beiden Längskontaktenden 5, 6 des elektrischen Leiters wie hier schematisch dargestellt auf einer Stirnseite vorbereitet und angeordnet werden müssen, direkt mechanisch und elektrisch mit dem Piezoelement 3 verbunden werden bzw. mit der auf diesem Piezoelement 3 aufgebrachten isolierenden Schicht 10. Dies erspart insbesondere ein Herumführen eines freien Leiterendes der Spule 2 um das Piezoelement 3 herum zur Unterseite und der dort angeordneten zweiten Elektrode 9. Auf diese Weise kann auch bei einer weiter vorangeschrittenen Miniaturisierung des elektrischen Bauelementes 1 die Fertigung einfach gehalten und insbesondere auch ausreichend automatisiert werden.In the structure according to the invention, in which initially the piezoelectric element 3 with the electrically insulating layer 10 to provide and on the at least one contact surface 11 a connection from that of the coil 2 facing upper side to the arranged on the opposite side of the second electrode 9 is electrically produced, is the components 1 easy to produce. Because the piezo element 3 can easily in the like in 2 can be prepared in the form shown, then the coil 2 in which only the two longitudinal contact ends 5 . 6 of the electrical conductor as shown schematically here on an end face must be prepared and arranged, directly mechanically and electrically with the piezoelectric element 3 be connected or with the on this piezoelectric element 3 applied insulating layer 10 , This saves in particular a lead around a free conductor end of the coil 2 around the piezo element 3 around the bottom and arranged there second electrode 9 , In this way, even with a further advanced miniaturization of the electrical component 1 the production is kept simple and in particular also sufficiently automated.

Die elektrisch isolierende Schicht 10 ist mit Vorteil eine nicht piezoelektrische Schicht, so dass im Bereich dieser Schicht keine piezoelektrischen Effekte erzeugt werden, die zu ungewollten Verlusten oder Störsignalen führen könnten.The electrically insulating layer 10 is advantageously a non-piezoelectric layer, so that no piezoelectric effects are generated in the region of this layer, which could lead to unwanted losses or interference signals.

Der in 2 gezeigte Aufbau ergibt insbesondere ein elektrisches Bauteil, welches das Piezoelement 3 als Piezoaktor aufweist und über eine drahtlos übermittelte Energieversorgung angesteuert durch mittels elektromagnetischer Einstrahlung erwirkte Anregung des Schwingkreises aus Spule 2 und Piezoelement 3 bei Einstrahlung mit der Resonanzfrequenz durch die wechselnden Felder und damit einhergehenden der Anregungsfrequenz folgenden Dimensionsveränderungen des Piezoelementes 3 eine Schwingungsanregung des Piezoelementes 3 hervorruft, insbesondere eine Schall-, besonders bevorzugt Ultraschallerzeugung. Diese kann in der an sich bekannten Weise, z. B. wie eingangs anhand des diskutierten Standes der Technik beschrieben, verwendet werden.The in 2 In particular, the construction shown results in an electrical component, which the piezoelectric element 3 has as a piezoelectric actuator and controlled by a wirelessly transmitted power supply by means of electromagnetic radiation induced excitation of the resonant circuit of coil 2 and piezoelectric element 3 when irradiated with the resonant frequency by the changing fields and concomitant dimensional changes of the piezoelectric element following the excitation frequency 3 a vibration excitation of the piezoelectric element 3 causes, in particular a sonic, more preferably ultrasonic generation. This can be in the known manner, for. B. as described above with reference to the discussed prior art, can be used.

3 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel für ein alternatives elektrisches Bauelement 1'. Der Aufbau der Spule 2 ist gegenüber dem Aufbau der Spule aus dem zuvor bezeichneten Ausführungsbeispiel unverändert, weshalb hier unter Verwendung identischer Bezugszeichen in der 3 auf die Beschreibung der voranstehenden 1 und 2 Bezug genommen werden kann und auf diese verwiesen wird. 3 shows a modified embodiment of an alternative electrical component 1' , The structure of the coil 2 is unchanged from the structure of the coil of the previously described embodiment, which is why here using identical reference numerals in the 3 to the description of the preceding 1 and 2 Reference can and can be made to this.

Auch die elektrisch isolierende Schicht 10 und die darauf angeordneten Kontaktflächen 11 und 12, die in wie oben beschriebener Weise mit den Längskontaktenden 5, 6 der Spule 2 in mechanische und elektrische Verbindung gebracht werden bzw. bei zusammengesetztem elektrischen Element gebracht sind, sind im Aufbau unverändert. Lediglich das flächige Piezoelement 3' weist einen anderen Aufbau auf. Das hier gezeigte Piezoelement 3' ist mehrschichtig aufgebaut, besteht hier aus drei piezoelektrischen Schichten 7', die stapelartig übereinander angeordnet sind. Auch das Piezoelement 3' ist über eine erste Elektrode 8 und eine zweite Elektrode 9 kontaktiert und mit der Spule 2 elektrisch verbunden.Also the electrically insulating layer 10 and the contact surfaces arranged thereon 11 and 12 in the manner described above with the longitudinal contact ends 5 . 6 the coil 2 are brought into mechanical and electrical connection or brought in composite electrical element, are unchanged in construction. Only the planar piezoelectric element 3 ' has a different structure. The piezo element shown here 3 ' is multi-layered, consists of three piezoelectric layers 7 ' stacked on top of each other. Also the piezo element 3 ' is over a first electrode 8th and a second electrode 9 contacted and with the coil 2 electrically connected.

Diese Elektroden 8, 9 sitzen wiederum als Trennschicht der in dem Stapel aus piezoelektrischen Schichten 7' zu oberst und der Spule 2 nächst gelegen angeordneten piezoelektrischen Schicht 7' und der isolierenden Schicht 10 und auf der Unterseite, also der der Spule 2 abgewandten Seite der untersten piezoelektrischen Schicht 7'. Zwischen den einzelnen piezoelektrischen Schichten 7' sind Zwischenelektroden 20 angebracht, die ebenfalls nur als Kanten der flächig zwischen diesen jeweiligen Schichten verlaufenden Strukturen in der Figur zu erkennen sind.These electrodes 8th . 9 in turn sit as a release layer in the stack of piezoelectric layers 7 ' to the top and the coil 2 nearest arranged piezoelectric layer 7 ' and the insulating layer 10 and on the bottom, so that of the coil 2 opposite side of the bottom piezoelectric layer 7 ' , Between the individual piezoelectric layers 7 ' are intermediate electrodes 20 attached, which are also visible only as edges of the surface between these respective layers extending structures in the figure.

Anders gestaltet sind in diesem Ausführungsbeispiel auch die die Kontaktflächen 11 bzw. 12 mit den Elektroden verbindenden Leiter 13' und 15'. Gleich geblieben ist, dass über den Leiter 13' die erste Kontaktfläche 11 mit der zweiten Elektrode 9 (angedeutet wiederum durch den Kontaktierungsfortsatz 14) verbunden ist und der zweite Leiter 15' mit der ersten Elektrode 8 elektrisch verbunden ist, was wiederum über den Kontaktierungsfortsatz 16 veranschaulicht ist. Neu an dieser Struktur ist nun, dass der mit der ersten Kontaktfläche 11 verbundene Leiter 13' auch mit einer der Zwischenelektroden 20, nämlich der zwischen der zu oberst angeordneten, der Spule 2 nächst gelegenen piezoelektrischen Schicht 7' und der darunter liegenden piezoelektrischen Schicht 7' elektrisch verbunden ist, was durch einen weiteren Kontaktierungsfortsatz 21 in der Figur angedeutet ist. Mit der weiteren Zwischenelektrode 20, die zwischen der zu unterst angeordneten piezoelektrischen Schicht 7', also der der Spule 2 am meisten entfernt gelegenen piezoelektrischen Schicht 7' und der darüber angeordneten piezoelektrischen Schicht 7', also der mittleren piezoelektrischen Schicht 7' gelegen ist, ist der Leiter 15' kontaktiert, was hier über einen weiteren Kontaktierungsfortsatz 22 veranschaulicht ist. Mit den Zwischenelektroden 20 sind jeweils beide angrenzende piezoelektrische Schichten 7' kontaktiert. Insofern sind die einzelnen piezoelektrischen Schichten 7' elektrisch parallel geschaltet, wobei die Orientierung dieser Schichten 7' zur Verstärkung des mechanischen Effektes jeweils um 180° verdreht ist, da auch die bei einer bestimmten Spannung anliegend elektrischen Felder jeweils um 180° umgekehrt gerichtet sind.Designed differently in this embodiment, the contact surfaces 11 respectively. 12 with the electrodes connecting conductors 13 ' and 15 ' , It has remained the same over the ladder 13 ' the first contact surface 11 with the second electrode 9 (again indicated by the Kontaktierungsfortsatz 14 ) and the second conductor 15 ' with the first electrode 8th electrically connected, which in turn via the contacting extension 16 is illustrated. New to this structure is now that of the first contact surface 11 connected leaders 13 ' also with one of the intermediate electrodes 20 that is, between the uppermost arranged, the coil 2 nearest piezoelectric layer 7 ' and the underlying piezoelectric layer 7 ' electrically connected, resulting in a further contacting extension 21 is indicated in the figure. With the further intermediate electrode 20 between the piezoelectric layer located at the bottom 7 ' that is the coil 2 most distant piezoelectric layer 7 ' and the piezoelectric layer disposed above 7 ' , ie the middle piezoelectric layer 7 ' is located, is the leader 15 ' contacted, here what about another contacting process 22 is illustrated. With the intermediate electrodes 20 both are adjacent piezoelectric layers 7 ' contacted. In this respect, the individual piezoelectric layers 7 ' electrically connected in parallel, the orientation of these layers 7 ' to amplify the mechanical effect in each case by 180 ° is rotated, as well as the voltage applied to a given voltage electric fields are reversed by 180 °.

Durch die damit erfolgte Parallelschaltung der piezoelektrischen Schichten 7' ist zugleich auch eine Parallelschaltung der so gebildeten einzelnen Kondensatoren erfolgt, die zu einer verglichen mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 höheren Kapazität des Gesamtkonstruktes führt mit dem Effekt einer Absenkung der Resonanzfrequenz des mit dem elektronischen Bauteil realisierten Schwingkreises. Diese Absenkung der Resonanzfrequenz ermöglicht bei einzuhaltender Frequenz wiederum eine weitergehende Miniaturisierung.By the parallel connection of the piezoelectric layers 7 ' At the same time, a parallel connection of the individual capacitors formed in this way takes place, which leads to a comparison with the embodiment according to FIG 2 higher capacity of the overall construct leads to the effect of lowering the resonant frequency of the resonant circuit realized with the electronic component. This lowering of the resonant frequency allows a further miniaturization for the frequency to be maintained.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
elektrisches Bauelementelectrical component
1'1'
elektrisches Bauelementelectrical component
22
SpuleKitchen sink
33
flächiges Piezoelementplanar piezoelectric element
3'3 '
flächiges Piezoelementplanar piezoelectric element
44
Kerncore
55
LängskontaktendeLongitudinal contact end
66
LängskontaktendeLongitudinal contact end
77
piezoelektrische Schichtpiezoelectric layer
7'7 '
piezoelektrische Schichtpiezoelectric layer
88th
erste Elektrodefirst electrode
99
zweite Elektrodesecond electrode
1010
elektrisch isolierende Schichtelectrically insulating layer
1111
erste Kontaktflächefirst contact surface
1212
zweite Kontaktflächesecond contact surface
1313
Leiterladder
13'13 '
Leiterladder
1414
KontaktierungsfortsatzKontaktierungsfortsatz
1515
Leiterladder
15'15 '
Leiterladder
1616
KontaktierungsfortsatzKontaktierungsfortsatz
2020
Zwischenelektrodeintermediate electrode
2121
KontaktierungsfortsatzKontaktierungsfortsatz
2222
KontaktierungsfortsatzKontaktierungsfortsatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007014696 B3 [0004, 0004] DE 102007014696 B3 [0004, 0004]
  • DE 102005017108 A1 [0020] DE 102005017108 A1 [0020]

Claims (12)

Elektrisches Element enthaltend wenigstens eine aus einem ein erstes und ein zweites Längskontaktende (5, 6) aufweisenden elektrischen Leiter gewickelte Spule (2) und wenigstens ein eine erste flächige Seite und eine zweite, der ersten Seite gegenüberliegende, ebenfalls flächige Seite aufweisendes Piezoelement (3, 3'), welches wenigstens eine piezoelektrische Schicht (7, 7') und auf der ersten und der zweiten Seite des Piezoelementes (3, 3') aufgebrachte Elektroden (8, 9) beinhaltet, wobei das erste Längskontaktende (5) des elektrischen Leiters mit der auf einer ersten Seite des Piezoelements (3, 3') aufgebrachten Elektrode (9) und das zweite Längskontaktende (6) des elektrischen Leiters mit der auf einer zweiten Seite des Piezoelements (3, 3') aufgebrachten Elektrode (8) kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten der Seiten des flächigen Piezoelementes (3, 3') auf wenigstens einem Teilabschnitt der dort angeordneten ersten Elektrode (8) eine elektrisch isolierende Schicht (10) aufgebracht ist, die auf einer der ersten Elektrode (8) gegenüberliegenden Seite eine erste elektrisch leitende Kontaktschicht (11) aufweist, die über einen ersten elektrischen Leiter (13) mit der zweiten Elektrode (9) elektrisch verbunden ist, und dass die Spule (2) derart auf der ersten Seite des Piezoelements (3, 3') auf die Anordnung aus Piezoelement (3, 3') und elektrisch isolierender Schicht (10) aufgesetzt und dort festgelegt ist, dass das erste Längskontaktende (5) des elektrischen Leiters der Spule (2) die erste elektrisch leitende Kontaktschicht (11) elektrisch kontaktiert, dass das zweite Längskontaktende (6) des elektrischen Leiters der Spule (2) mit der ersten Elektrode (8) leitend verbunden ist und dass beide Längskontaktenden (5, 6) des elektrischen Leiters der Spule (2) auf der ersten Seite des Piezoelementes (3, 3') liegen.Electrical element comprising at least one of a first and a second longitudinal contact end ( 5 . 6 ) having an electrical conductor ( 2 ) and at least one piezoelectric element having a first planar side and a second piezoelectric element which is opposite the first side and also having a planar surface ( 3 . 3 ' ), which comprises at least one piezoelectric layer ( 7 . 7 ' ) and on the first and the second side of the piezoelectric element ( 3 . 3 ' ) applied electrodes ( 8th . 9 ), wherein the first longitudinal contact end ( 5 ) of the electrical conductor with the on a first side of the piezoelectric element ( 3 . 3 ' ) applied electrode ( 9 ) and the second longitudinal contact end ( 6 ) of the electrical conductor with the on a second side of the piezoelectric element ( 3 . 3 ' ) applied electrode ( 8th ) is contacted, characterized in that on the first of the sides of the planar piezoelectric element ( 3 . 3 ' ) on at least one subsection of the first electrode ( 8th ) an electrically insulating layer ( 10 ) applied to one of the first electrodes ( 8th ) opposite side a first electrically conductive contact layer ( 11 ), which via a first electrical conductor ( 13 ) with the second electrode ( 9 ) is electrically connected, and that the coil ( 2 ) on the first side of the piezoelectric element ( 3 . 3 ' ) on the arrangement of piezoelectric element ( 3 . 3 ' ) and electrically insulating layer ( 10 ) and it is determined there that the first longitudinal contact end ( 5 ) of the electrical conductor of the coil ( 2 ) the first electrically conductive contact layer ( 11 ), that the second longitudinal contact end ( 6 ) of the electrical conductor of the coil ( 2 ) with the first electrode ( 8th ) is conductively connected and that both longitudinal contact ends ( 5 . 6 ) of the electrical conductor of the coil ( 2 ) on the first side of the piezoelectric element ( 3 . 3 ' ) lie. Elektrisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der elektrisch isolierenden Schicht (10) eine zweite von der ersten Kontaktschicht (11) elektrisch getrennte elektrisch leitenden Kontaktschicht (12) aufgebracht ist, welche über einen zweiten elektrischen Leiter (15) mit der ersten Elektrode (8) elektrisch verbunden ist, und dass die Spule (2) auf der elektrisch isolierenden Schicht (10) so angeordnet ist, dass das erste Längskontaktende (5) die erste Kontaktschicht (11) elektrisch kontaktiert und das zweite Längskontaktende (6) die zweite Kontaktschicht (12) elektrisch kontaktiert.Electrical element according to claim 1, characterized in that on the electrically insulating layer ( 10 ) a second one of the first contact layer ( 11 ) electrically separated electrically conductive contact layer ( 12 ) is applied, which via a second electrical conductor ( 15 ) with the first electrode ( 8th ) is electrically connected, and that the coil ( 2 ) on the electrically insulating layer ( 10 ) is arranged so that the first longitudinal contact end ( 5 ) the first contact layer ( 11 ) and the second longitudinal contact end ( 6 ) the second contact layer ( 12 ) contacted electrically. Elektrisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (10) die erste Elektrode (8) vollständig bedeckt.Electrical element according to claim 2, characterized in that the electrically insulating layer ( 10 ) the first electrode ( 8th completely covered. Elektrisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (10) eine nicht piezoelektrische Schicht ist.Electrical element according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically insulating layer ( 10 ) is a non-piezoelectric layer. Elektrisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (10) aus einem in der chemischen Zusammensetzung zu dem Material des Piezoelements (3, 3') identischen Material gebildet, jedoch aufgrund anderer physikalischer Struktur ohne Piezoeffekt ist.Electrical element according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically insulating layer ( 10 ) of one in the chemical composition to the material of the piezoelectric element ( 3 . 3 ' ) formed identical material, but due to other physical structure without piezoelectric effect. Elektrisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (3') wenigstens zwei unter Zwischenlage je einer Elektrodenschicht (20) schichtweise übereinander angeordnete, und über die Elektroden (8, 9, 20) elektrisch parallel verschaltete piezoelektrische Schichten (7') aufweist.Electrical element according to one of the preceding claims, characterized in that the piezo element ( 3 ' ) at least two interposition of an electrode layer ( 20 ) arranged one above the other in layers, and over the electrodes ( 8th . 9 . 20 ) electrically connected in parallel piezoelectric layers ( 7 ' ) having. Elektrisches Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Schichten (7') mechanisch in Reihe verschaltet sind, das heißt bei an das Piezoelement (3') angelegter Spannung eine mechanische Verformung in gleicher Richtung erfahren.Electrical element according to claim 6, characterized in that the piezoelectric layers ( 7 ' ) are interconnected mechanically in series, that is to say to the piezoelement ( 3 ' ) applied voltage undergo a mechanical deformation in the same direction. Elektrisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkomponenten, insbesondere Einzelschichten, des Piezoelementes (3, 3'), die isolierende Schicht (10) und die Kontaktschicht (11) in einem Dickschicht-Verfahren, insbesondere durch Sintern mechanisch kraftschlüssig verbunden sind.Electrical element according to one of the preceding claims, characterized in that the individual components, in particular individual layers, of the piezoelectric element ( 3 . 3 ' ), the insulating layer ( 10 ) and the contact layer ( 11 ) are mechanically non-positively connected in a thick-film process, in particular by sintering. Elektrisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (3, 3') als Piezoaktor fungiert.Electrical element according to one of the preceding claims, characterized in that the piezo element ( 3 . 3 ' ) acts as a piezoelectric actuator. Elektrisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskontatktenden (5, 6) des elektrischen Leiters der Spule (2) mit einem elektrisch leitfähigen Kleber an den jeweils kontaktierten Flächen (11, 12) festgelegt sind.Electrical element according to one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal contact ends ( 5 . 6 ) of the electrical conductor of the coil ( 2 ) with an electrically conductive adhesive to the respectively contacted surfaces ( 11 . 12 ). Elektrisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (8, 9, 20) und/oder die Kontaktschichten (11, 12) durch einen elektrisch leitfähigen Kleber gebildet sind.Electrical element according to one of the preceding claims, characterized in that the electrodes ( 8th . 9 . 20 ) and / or the contact layers ( 11 . 12 ) are formed by an electrically conductive adhesive. Elektrisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (8, 9, 20) und/oder die Kontaktschichten (11, 12) durch eine Metallisierung gebildet sind.Electrical element according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the electrodes ( 8th . 9 . 20 ) and / or the contact layers ( 11 . 12 ) are formed by a metallization.
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