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 PDFInfo
- Publication number
- DE102012105647A1 DE102012105647A1 DE201210105647 DE102012105647A DE102012105647A1 DE 102012105647 A1 DE102012105647 A1 DE 102012105647A1 DE 201210105647 DE201210105647 DE 201210105647 DE 102012105647 A DE102012105647 A DE 102012105647A DE 102012105647 A1 DE102012105647 A1 DE 102012105647A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- piezoelectric
- electrical
- coil
- electrode
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title description 7
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 18
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 98
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 13
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 10
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000000088 plastic resin Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/0207—Driving circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/15—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using ultrasonic waves
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
- H10N30/503—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a non-rectangular cross-section in a plane orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal or circular in top view
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
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
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
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
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
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:
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.
Erfindungsgemäß ist die Anbindung der Spule
Das Piezoelement
Die zweite Kontaktfläche
Erkennbar stehen die beiden elektrischen Kontaktflächen
Obwohl in
Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau, bei dem zunächst das Piezoelement
Die elektrisch isolierende Schicht
Der in
Auch die elektrisch isolierende Schicht
Diese Elektroden
Anders gestaltet sind in diesem Ausführungsbeispiel auch die die Kontaktflächen
Durch die damit erfolgte Parallelschaltung der piezoelektrischen Schichten
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
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007014696 B3 [0004, 0004] DE 102007014696 B3 [0004, 0004]
- DE 102005017108 A1 [0020] DE 102005017108 A1 [0020]
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201210105647 DE102012105647A1 (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201210105647 DE102012105647A1 (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | 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 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102012105647A1 true DE102012105647A1 (en) | 2014-01-02 |
Family
ID=49753936
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201210105647 Withdrawn DE102012105647A1 (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | 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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102012105647A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016207604A1 (en) * | 2015-06-22 | 2016-12-29 | The University Of Bristol | Wireless ultrasound sensor |
EP3169997A1 (en) * | 2014-07-15 | 2017-05-24 | The University Of Bristol | Wireless sensor |
CN108802197A (en) * | 2018-06-13 | 2018-11-13 | 武汉科技大学 | The piezoelectric intelligent aggregate of resonant-frequency adjustable |
DE102018104519A1 (en) * | 2018-02-28 | 2019-08-29 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Apparatus and method for monitoring infiltration during manufacture of a fiber-plastic composite component |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005017108A1 (en) | 2005-01-26 | 2006-07-27 | Epcos Ag | Piezoelectric multi-layer component e.g. piezo-ceramic piezo actuator, has base with dielectric thicknesses and inner electrodes, and contact units of porous material running perpendicularly to electrodes |
DE102007014696B3 (en) | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Hps High Performance Space Structure Systems Gmbh | Sensor or actuator device for determining structural information of materials, has piezoelement, where device is provided for wireless transmission of data or energy to supply and controlling piezoelement |
-
2012
- 2012-06-27 DE DE201210105647 patent/DE102012105647A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005017108A1 (en) | 2005-01-26 | 2006-07-27 | Epcos Ag | Piezoelectric multi-layer component e.g. piezo-ceramic piezo actuator, has base with dielectric thicknesses and inner electrodes, and contact units of porous material running perpendicularly to electrodes |
DE102007014696B3 (en) | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Hps High Performance Space Structure Systems Gmbh | Sensor or actuator device for determining structural information of materials, has piezoelement, where device is provided for wireless transmission of data or energy to supply and controlling piezoelement |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3169997A1 (en) * | 2014-07-15 | 2017-05-24 | The University Of Bristol | Wireless sensor |
WO2016207604A1 (en) * | 2015-06-22 | 2016-12-29 | The University Of Bristol | Wireless ultrasound sensor |
CN107771282A (en) * | 2015-06-22 | 2018-03-06 | 布利斯脱大学 | Wireless ultrasound wave sensor |
JP2018518671A (en) * | 2015-06-22 | 2018-07-12 | ザ ユニバーシティ オブ ブリストル | Wireless sensor |
US20180217106A1 (en) * | 2015-06-22 | 2018-08-02 | The University Of Bristol | Wireless ultrasound sensor |
US20220011273A1 (en) * | 2015-06-22 | 2022-01-13 | The University Of Bristol | Wireless sensor |
US11927568B2 (en) * | 2015-06-22 | 2024-03-12 | The University Of Bristol | Double inductance coils for powering wireless ultrasound transducers |
CN107771282B (en) * | 2015-06-22 | 2024-04-19 | 布利斯脱大学 | Wireless ultrasonic sensor |
DE102018104519A1 (en) * | 2018-02-28 | 2019-08-29 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Apparatus and method for monitoring infiltration during manufacture of a fiber-plastic composite component |
CN108802197A (en) * | 2018-06-13 | 2018-11-13 | 武汉科技大学 | The piezoelectric intelligent aggregate of resonant-frequency adjustable |
CN108802197B (en) * | 2018-06-13 | 2021-02-02 | 武汉科技大学 | Piezoelectric intelligent aggregate with adjustable resonant frequency |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3488207B1 (en) | Sensor head for a force or torque sensor | |
EP1597780B1 (en) | Electrical multilayered component and layer stack | |
DE102013201928A1 (en) | Electroacoustic transducer for producing acoustic waves e.g. shock waves in medical field, has piezoelectric elements whose one side is provided with electrode which is electrical insulated in relation to piezoelectric elements | |
EP2256673B1 (en) | RFID transponder for mounting on metal and production method for same | |
EP1745527A1 (en) | Antenna arrangement for inductive energy transmission and use of the antenna arrangement | |
DE102005047368A1 (en) | Piezoelectric transformer has input and output parts containing interior electrodes | |
DE102012105647A1 (en) | 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 | |
DE1280357B (en) | Frequency-selective resonance arrangement with a solid body and a piezoelectric resonator attached to it | |
WO2019210900A1 (en) | Microwave resonator magnetic field measuring device and magnetic field measuring method | |
EP2186147A1 (en) | Information processor and method for the production thereof | |
DE102004045707A1 (en) | antenna | |
WO2011095481A1 (en) | Piezoelectric component | |
EP2250612A1 (en) | Device having an rfid transponder in an electrically conductive object and method for producing said device | |
EP1972015B1 (en) | Monolithic bending element | |
EP1983467B1 (en) | Data carrier/transmission device and method for manufacturing it | |
EP3542405B1 (en) | Piezoelectric transmission and/or reception device, vibration sensor comprising a piezoelectric transmission and/or reception device of said type, and method for manufacturing a piezoelectric transmission and/or reception device | |
EP2875844B1 (en) | Implantable electrode arrangement, in particular for cardiological devices, such as cardiac pacemakers | |
DE3419256C2 (en) | Electroacoustic transducer device | |
DE102008049788A1 (en) | Ultrasonic transducer i.e. two-dimensional ultrasound antenna, for e.g. medical diagnostic purpose, involves providing recess in piezoelement for selective insulation of electrode and layer, where recess is filled with insulation material | |
WO2012019694A1 (en) | Portable data carrier having a data communication device that operates by means of a coil coupling | |
DE102015219427B4 (en) | Piezo element and ultrasonic transducer with a piezo element | |
WO2006015632A1 (en) | Transmitting antenna arrangement for emitting a longwave wake-up signal for an id transmitter in a keyless motor vehicle access system | |
DE102008049541A1 (en) | Ultrasonic transducer for recording ultrasonic images, has monolithic, stacked piezo element which has two electrode layers and piezo ceramic layer arranged between electrode layers | |
EP2054953B1 (en) | Piezoelectric transformer | |
DE102022129889B3 (en) | Electro-acoustic multifunctional module and electro-acoustic communication system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |