WO2009146987A1 - Contact structure, electronic component comprising a contact structure and method for the manufacture thereof - Google Patents

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WO2009146987A1
WO2009146987A1 PCT/EP2009/055186 EP2009055186W WO2009146987A1 WO 2009146987 A1 WO2009146987 A1 WO 2009146987A1 EP 2009055186 W EP2009055186 W EP 2009055186W WO 2009146987 A1 WO2009146987 A1 WO 2009146987A1
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layer
electrically conductive
inner electrode
contact structure
electrically
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PCT/EP2009/055186
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Inventor
Carsten Schuh
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Continental Automotive Gmbh
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/87Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/872Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/06Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/063Forming interconnections, e.g. connection electrodes of multilayered piezoelectric or electrostrictive parts
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N30/80Constructional details
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    • H10N30/877Conductive materials

Definitions

  • the invention relates to a contact structure, an electronic component with a contact structure and a method for producing a contact structure and an electronic component.
  • Electronic components with a ceramic body and at least one metallic inner electrode, such as piezo actuators, are known, for example, from DE 10 2006 003 070 B3.
  • These electronic components typically have large-area metallic external contacts, which are arranged at least partially on the ceramic body of the component and are in electrical connection with the internal electrodes.
  • Piezoelectrically active components are susceptible to cracking due to the mechanical deformation of the piezoelectrically active ceramic, since this mechanical deformation can lead to additional stress on the external contacts.
  • the object of the invention is therefore to provide a contact structure for an electronic component with a ceramic body and at least one inner electrode, which is more reliable. Furthermore, it is an object of the invention to provide an To provide nischer component with a contact structure that is more reliable.
  • a contact structure of an electronic component with a ceramic body and at least one inner electrode is provided.
  • the inner electrode is disposed in the ceramic body and extends to a first surface of the device where it forms a portion of the first surface of the device.
  • the first surface of the component has an electrically insulating layer with at least one through opening, which exposes at least a part of the inner electrode.
  • the contact structure has a first electrically conductive layer of electrically conductive nanoscale grains and a second electrically conductive contact layer.
  • the first electrically conductive layer is arranged in the through opening of the electrically insulating layer and is electrically connected to the inner electrode arranged in the through opening.
  • the second electrically conductive contact layer is arranged on the first electrically conductive layer and electrically connected to the inner electrode.
  • the contact structure according to the invention thus has two layers.
  • the lower first electrically conductive layer is in direct contact with the inner electrode and is formed from nanoscale grains.
  • nanoscale is used herein to refer to grains having an average diameter of 1 nm to 100 nm, preferably from 1 nm to 200 nm.
  • This lower electrically conductive layer forms an improved electrical connection with the inner electrode, because the diameter of the nanoscale grains is substantially smaller than the thickness or exposed surface of the inner electrode that forms a portion of the first surface of the device.
  • the thickness of the inner electrode is about a few micrometers, for example 2 to 3 micrometers ( ⁇ m). Consequently, an electrical connection between a plurality of nanoscale grains of the first electrically conductive layer and the inner electrode is generated over the thickness of the inner electrode layer. With increasingly smaller grains, the contact area between the first electrically conductive layer and the inner electrode is increased. This increased contact area between the contact structure and the inner electrode leads to a reliable electrical connection even under mechanical stress of the contact structure.
  • the second electrically conductive contact layer can also have nanoscale grains, but also larger grains, i. do not have nanoscale grains.
  • the second electrically conductive contact layer may be made of a known material as well as a known method. By inserting some additional steps for applying the first layer of nanoscale grains, the contact structure according to the invention can be integrated into a known production method. The manufacturing costs can be kept low.
  • the second electrically conductive contact layer may be formed from a conductive adhesive or may be an electrodeposited metal or an alloy.
  • the nanoscale grains of the first electrically conductive layer can be made of a metal or an alloy. hen, which has a good electrical conductivity.
  • the electrically conductive nanoscale grains include one or more of Ag, Au, Cu, Ni, Cr, Pt, Pd, Ti, and W.
  • the first electrically conductive layer is formed in one embodiment of wet-chemically applied nanoscale particles.
  • This structure has the advantage that preformed nanoscale particles can be used, which are commercially available.
  • the particles may be applied as a suspension in a vaporizable solution or as a mixture with a binder.
  • the applied mixture may be thermally treated to remove the solution or binder and then form a layer of nanoscale sintered grains.
  • This sintered layer may be macroscopically electrically conductive.
  • the first electrically conductive layer can also advantageously be a bonding agent in order to further increase the reliability of the contact structure.
  • Grains as well as the material of the inner electrode can be selected so that they chemically react or alloy together to produce a mechanically reliable and electrically conductive connection.
  • the boundary between the first electrically conductive layer and the inner electrode has phases comprising the material of the inner electrode and the material of the nanoscale grains.
  • the first surface of the electronic component has an electrically insulating layer with at least one through opening which exposes at least part of the inner electrode in order to ensure electrical contact between the first and the second electrically conductive layer and the inner electrode.
  • electrode which is arranged in the ceramic body, to ensure.
  • a plurality of strip-shaped openings are provided in the electrically insulating layer, which each expose a strip-shaped surface of an inner electrode.
  • the strip-shaped openings can expose the entire length of the inner electrode.
  • a larger opening has the advantage that the contact area between the inner electrode and the contact structure increases and the electrical resistance of the contact between the inner electrode and the contact structure is reduced. At the same time, the reliability of the connection can be improved because the mechanical strength of the connection is increased.
  • the first electrically conductive layer is disposed entirely within the through opening or openings.
  • the thickness of the first electrically conductive layer is smaller than the thickness of the electrically insulating layer.
  • the first electrically conductive layer is provided in this embodiment as a limited area or a plurality of separate limited areas, which are electrically insulated from one another in their position over regions of the electrically insulating layer. The regions of the first electrically conductive layer are electrically connected to one another only via the second electrically conductive contact layer.
  • the first electrically conductive layer is further arranged on the electrically insulating layer.
  • the first electrically conductive layer is disposed not only within the through holes but also adjacent to the through holes.
  • the first electrically conductive layer may have several exposed ones Internal electrode of the surface electrically connect to each other when it extends over a plurality of exposed internal electrodes.
  • the first electrically conductive layer of nanoscale grains can thus be a closed layer on the surface of the component.
  • a protective layer is further arranged on the second electrically conductive contact layer.
  • the protective layer can increase the service life of the component during operation, since the contamination of the contact structure is prevented by the operating conditions.
  • the device when using the device as a piezoelectric actuator, the device can come into physical contact with the substance to be switched, for example diesel or gasoline in an injection valve. This material can be corrosive, so that the material of the protective layer is selected accordingly.
  • the protective layer can completely encase the component at the side surfaces, wherein contact surfaces of the collecting contacts are kept free, so that an external contact to the components can be produced.
  • the protective layer is electrically insulating and / or has plastic.
  • the first surface of the component has an electrically insulating layer, which in one exemplary embodiment is a further layer which is arranged on the ceramic component.
  • This arrangement can be used when the inner electrode extends completely over the layers of the ceramic body, such as in a fully active multilayer piezoelectric actuator.
  • the electrically insulating layer is formed from the ceramic body of the device. The ceramic body thus has openings in its surface, which exposes at least a portion of the inner electrode. This arrangement can be used when the inner electrode does not extend completely over the ceramic layer.
  • the invention also provides an electronic component with a contact structure according to one of the preceding embodiments.
  • the electronic component has a ceramic body and at least one inner electrode which is arranged in the ceramic body, extends up to a first surface of the component and forms a region of the first surface of the component.
  • the first surface of the electronic component has an electrically insulating layer with at least one through opening, which exposes at least a part of the inner electrode.
  • the contact structure according to the invention has a first lower electrically conductive layer of electrically conductive nanoscale grains and a second upper electrically conductive contact layer.
  • the first electrically conductive layer is arranged in the through opening of the electrically insulating layer and is electrically connected to the inner electrode arranged in the through opening.
  • the second upper electrically conductive contact layer is disposed on the first lower electrically conductive layer and electrically connected to the inner electrode.
  • the electronic device is a multilayer piezoelectric actuator having a plurality of piezoelectrically active layers and a plurality of electrically conductive inner electrode layers.
  • the electrically conductive Inner electrode layers each provide an electrically conductive inner electrode.
  • the piezoelectrically active layers and the electrically conductive inner electrode layers are alternately stacked on each other in a stacking direction.
  • the first surface of the electronic component extends approximately perpendicular to the surface of the piezoelectrically active layers and the electrically conductive inner electrode layers and parallel to the stacking direction.
  • every second inner electrode layer of the first surface is arranged in one of a plurality of through openings of the electrically insulating layer.
  • the further inner electrode layers are covered by the electrically insulating layer on the first surface.
  • the second electrically conductive contact layer electrically connects each other of the plurality of inner electrode layers of the first surface.
  • the second electrically conductive contact layer provides a collecting contact that electrically connects each second one of the plurality of inner electrode layers exposed on the first surface in parallel.
  • the electronic component has a second surface, which is arranged opposite the first surface.
  • This second surface has a contact structure according to one of the preceding embodiments.
  • the second surface may also include a plurality of alternating piezoelectric see layers and electrically conductive inner electrode layers and having an electrically insulating layer with openings.
  • a through opening of the electrically insulating layer on the second surface exposes every second inner electrode layer of the second surface that is not electrically connected to the second electrically conductive contact layer on the first surface.
  • Adjacent internal electrode layers of the stack are electrically connected to different contact layers. The two contact layers are electrically isolated from each other, so that a voltage between adjacent inner electrode layers of the multilayer piezoactuator can be applied to the contact layers.
  • the invention also provides a method for contacting a ceramic component.
  • a device with a ceramic body and at least one inner electrode is provided.
  • the inner electrode is disposed in the ceramic body, extends to a first surface of the device and forms a portion of the first surface of the device.
  • the first surface has an electrically insulating layer with at least one through opening, which exposes at least a part of the inner electrode.
  • a first layer of electrically conductive nanoparticles is applied in the through opening.
  • a second electrically conductive layer is applied to the first layer, wherein the inner electrode is electrically connected to the second layer via the first layer.
  • the device has a plurality of piezoelectrically active layers and a plurality of electrically conductive inner electrode layers.
  • the piezoelectrically active layers and the electrically conductive inner electrode layers are alternately stacked on each other in a stacking direction.
  • the electrically insulating layer is structured such that a through opening exposes every second inner electrode layer on the first upper side.
  • the first electrically conductive layer is applied in the openings of the electrically insulating layer.
  • the second electrically conductive layer is deposited on the first electrically conductive layer in the through holes, so that a plurality of internal electrodes, which are respectively exposed in one of the through openings, are electrically connected to one another and to the second contact layer.
  • an electrically insulating layer with openings on the second surface is structured such that a through opening opens out every second inner electrode layer the second surface is not electrically connected to the second electrically conductive contact layer on the first surface.
  • Each contact layer provides an electrical connection to a group of internal electrodes, the two groups of internal electrodes being electrically isolated from each other.
  • the interior Electrode of each group is electrically connected in parallel at least over its second contact layer.
  • the internal electrodes forming part of the first surface are electrically connected to each other via the second contact layer disposed on the first surface.
  • the internal electrodes, which form part of the second surface are electrically connected to one another via the second contact layer, which is arranged on the second surface.
  • a first layer of electrically conductive nanoparticles may be deposited in the apertures of the second surface.
  • An upper second electrically conductive contact layer is deposited on the lower first electrically conductive layer of nanoscale grains on the second surface.
  • the nanoparticles from which the first layer is formed can be applied in a mixture with a solvent or in a mixture with one or more organic binders. Thereafter, the device may be thermally treated to remove the solvents or binders and to increase the electrical conductivity of the first layer.
  • An electrical and mechanical connection between the first layer and the inner electrode can be effected by a thermal treatment.
  • An electrically conductive layer with nanoscale grains is formed from the applied nanoparticles.
  • An electrical connection between the first layer and the inner electrode exposed in the through-opening can by a chemical reaction or alloying of the first layer with the inner electrode.
  • the first layer can simultaneously exert an adhesion-promoting effect.
  • the nanoparticles or the solvents or binders with nanoparticles can be applied by a screen printing method, spraying or dipping.
  • the electrically insulating layer can be used as a mask. This method can be used when the first layer is completely disposed within the apertures.
  • the second electrically conductive layer may be applied by spraying or dipping or screen printing.
  • the electrically insulating layer is applied by spraying or dipping or by a screen printing method or by lamination of a film. If the electrically insulating layer is applied in the form of a closed layer, after the application of the electrically insulating layer, the electrically insulating layer can be patterned with laser ablation or a photolithographic method.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a multilayer piezoactuator with a contact structure according to the invention
  • Figure 2 shows a schematic detailed view of a contact structure according to a first embodiment of the invention
  • Figure 3 shows a schematic detailed view of a contact structure according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a multilayer piezoactuator 1 which has a multiplicity of internal electrode layers 2 and a multiplicity of piezoelectrically active layers 3.
  • the multilayer piezoelectric actuator is used in this embodiment for use as an actuating element in injection valves of a motor vehicle engine.
  • the inner electrode layers 2 and the piezoelectrically active layers 3 are alternately stacked on each other in a stacking direction 4 and form a multilayer body 7 of the multilayer piezoelectric actuator 1.
  • the inner electrode layers 2 each consist of an electrically conductive material, in particular a metal or an alloy such as Ag-Pd.
  • the piezoelectrically active layers 3 are made of a material exhibiting the piezoelectric effect, i. When an electric field is applied, the material deforms mechanically. This mechanical deformation creates usable strain and / or force on the end surfaces so that the stack can be used as an actuator.
  • the piezoelectrically active layers 3 consist of a ceramic, in particular PZT (lead zirconate titanate).
  • the inner electrode layers 2 extend over the entire surface of the adjacent piezoelectrically active layers 3.
  • This arrangement of the multilayer piezoelectric actuator 1 is referred to as a fully active piezoelectric actuator stack.
  • the internal electrodes 2 extend to the peripheral 5 pages of the stack and form there a part of the surface 6 of the body 7 of the piezoelectric actuator. 1
  • the piezoelectric actuator 1 further has a contact structure 8, with which an electrical contact to the respective internal electrodes 2 can be produced.
  • a voltage is applied between the adjacent internal electrodes 2 of the stack, so that the piezoelectrically active layers 3 arranged between the internal electrodes 2 react mechanically.
  • Each second inner electrode 2 is electrically connected to a common collecting contact 11, so that two groups of inner electrodes 9, 10 are provided, which are electrically insulated from each other. Adjacent internal electrodes 2, 2 'of the stack belong to different groups 9, 10.
  • a first collecting contact 11 is arranged on a first edge side 12 of the body 7 and a second collecting contact 13 on the opposite edge side 14 of the body 7, the first collecting contact 11 with the first group 9 of inner electrodes 2 and the second collecting contact 13 with the second group 10 of internal electrodes 2 'is electrically connected.
  • an electrically insulating layer 15 is provided on at least the two edge sides 12, 14 of the body 7 with the collecting contacts 11, 13 arranged.
  • the electrically insulating layer 15 has through openings 16 which expose the surface 17 of the inner electrode layers 2, which forms part of the first surface 6 of the body 7.
  • the openings 16 in the electrically insulating layer 15 define the first group 9 of internal electrodes 2 on the first edge side 12 and the second group pe 10 of internal electrodes 2 'on the second edge side 14 free.
  • the second group 10 of inner electrodes 2 ' is covered by the electrically insulating layer 15 and consequently electrically insulated by the electrically insulating layer 15 from the collecting contact 11 arranged thereon.
  • the first group 9 of internal electrodes 2 is covered by the electrically insulating layer 15 and consequently electrically insulated by the electrically insulating layer 15 from the collecting contact 13 arranged thereon.
  • FIG. 2 shows the contact structure 8 of the first collecting contact 11.
  • the contact structure 8 of the second collective contact 13 is the same.
  • FIG. 2 a part of the first edge side 12 of the multilayer piezoelectric actuator 1 with four of the piezoelectrically active layers 3 and three mecanicelektrodenla- gene 2 is shown.
  • the electrically insulating layer 15 is arranged on the surface 6 of the body 7 of the multilayer piezoelectric actuator 1 and exposes every second internal electrode 2.
  • the interposed inner electrode 2 'of the second group 10 is covered by the electrically insulating layer 15 and electrically insulated with this electrically insulating layer 15 of the first collecting contact 11 arranged thereon.
  • the contact structure 8 consists of two layers 18, 19.
  • a first lower electrically conductive layer 18 has nanoscale grains, not shown, and is in the openings.
  • gene 16 of the electrically insulating layer 15 is arranged.
  • the first electrically conductive layer 18 is in direct contact and in electrical connection with the exposed inner electrode 2, which is disposed within the through opening 16.
  • the first layer 18 is completely disposed within the respective openings 16.
  • the thickness of the first layer 18 is smaller than the thickness of the electrically insulating layer 15.
  • the first layer 18 consists of a multiplicity of regions 20, which are separated from one another by the electrically insulating layer 15.
  • the nanoscale grains of the first electrically conductive layer 18 consist of an electrically conductive metal or an electrically conductive alloy, such as silver or gold and their alloys.
  • the second electrically conductive layer 19 of the contact structure 8 extends over the entire edge side 12 of the multilayer piezoactuator 1 and into the through openings 16 of the electrically insulating layer 15.
  • the second layer 19 is directly on the surface 21 of the electrically insulating layer 15 and on the first electrically conductive layer 18 is arranged.
  • the second electrically conductive layer 19 provides the collecting contact 11, since it electrically connects the inner electrodes 2 of the first group 9 to each other.
  • the second layer 19 is made of a conductive adhesive. In a further embodiment, the second layer is applied by a galvanic process.
  • the nanoscale grains of the first layer lead to a higher contact area between the contact structure 8 and the inner electrode 2.
  • This higher contact surface provides a lower contact resistance and an improved mechanical Resilience of the connection between the contact structure 8 and the internal electrodes 2 before.
  • the inner electrode layers 2 have a thickness of typically 2 to 3 .mu.m and the nanoscale grains of the first
  • Layer 18 has an average diameter of 2 to 100 nm. Consequently, several nanoscale grains are in direct contact with the exposed surface 17 of the inner electrode 2.
  • the contact area between the first layer 18 and the inner electrode 2 is higher than the contact area achieved by using a layer with larger diameter particles, such as conductive adhesive Grains or particles with a larger diameter of 1 to 10 microns, can be provided.
  • the first electrically conductive layer 18 is disposed between the inner electrodes 2 and the second electrically conductive collecting layer 19 and serves at least in part as a bonding agent to improve the mechanical strength of the connection between the collecting contact 19 and the body 7 of the piezoelectric actuator 1 to improve.
  • the adhesion-promoting effect can be further increased if, at least at the boundary between the inner electrode 2 and the first layer 18, phases are formed which are the products of a reaction or alloying of the material of the first layer 18 and the material of the inner electrodes 2.
  • the material of the first layer 18 and the material of the inner electrode 2 may be selected and the manufacturing process adjusted so that a suitable reaction takes place.
  • the material of the first layer 18 may react with the material of the second layer 19, so that an improved Secured mechanical connection between these layers 18, 19 of the contact structure 8 is formed.
  • FIG. 3 shows a detailed view of a contact structure 8 'of a piezoelectric actuator 1' according to a second exemplary embodiment.
  • the contact structure 8 ' has a lower first electrically conductive layer 18' of nanoscale grains, not shown, and an upper second electrically conductive layer 19, as in the first exemplary embodiment, which is shown in FIG.
  • the contact structure 8 'of the second embodiment differs from the contact structure 8 of the first embodiment by the arrangement of the first lower electrically conductive layer 18'.
  • the first layer 18 ' is in the form of a closed layer that extends completely and approximately conformally across the electrically insulating layer 15.
  • the first layer 18 ' extends over the inner walls 22 and the bottom 23 of the openings 16, wherein an inner electrode 2 forms at least part of the bottom 23 of each second opening 16.
  • the second upper electrically conductive layer 19 is only in direct contact with the first electrically conductive layer 18 'and not in direct contact with the electrically insulating layer 15.
  • both the first layer connects 18' and the second layer 19, the exposed inner electrodes 2 of the first edge side 12 are electrically connected to one another.
  • the multilayer piezoelectric actuator 1 can be produced by the following method. First, a stacked component of alternately arranged inner electrode layers 2 and piecemeal zoelektrischdonen layers 3 produced. Thereafter, the surfaces 6 of the component can be further processed, for example by grinding, to form a surface 6 of the ceramic piezoelectrically active layers 3 and the inner electrode layers 2.
  • An electrically insulating layer 15 is applied at least on the edge sides 12, 14 of the body 7, at which the collecting contacts 11, 13 are applied later. This electrically insulating layer 15 can be used as a closed
  • Layer or a structured layer can be applied.
  • all surfaces 6 of the body 7 are coated with the electrically insulating layer 15.
  • the electrically insulating layer 15 is patterned after application in order to expose the internal electrodes 2.
  • every second inner electrode 2 is exposed on a first edge side 12, and on the opposite edge side 14 every second inner electrode 2 'is uncovered, which is not exposed on the first edge side 12.
  • the first layer 18 is applied in the through openings 16 in the electrically insulating layer 15.
  • the first layer 18 may be applied as a suspension of nanoparticles in a solvent.
  • the solvent is removed, for example, by aund a first layer 18 of nanoscale grains formed from the nanoparticles.
  • the nanoparticles are applied in the through openings 16, for example by a screen printing method, so that the first electrically conductive layer 18 is completely inside the through openings 16 is arranged.
  • the patterned electrically insulating layer 15 may be used as a mask.
  • the nanoparticles are applied as a closed layer 18', for example by dipping, which extends over the electrically insulating layer 15 and through openings 16.
  • the applied closed layer 18 'on the two opposite edge sides 12, 14 of the body 7 is structured so that two portions of the first electrically conductive layer 18', which are electrically separated from each other, on the two opposite edge sides 12, 14 is formed. This can be done by the selective application of the first layer 18 'only on these two edge sides 12, 14 or by the application of a closed layer 18' on all edge sides 5 of the body 7, which is subsequently patterned.
  • a second layer 19 of conductive adhesive is applied after the application and formation of the first layer 18, 18' of the contact structure 8, 8 '.
  • the second layer 19 is applied at least on the edge sides 12, 14 on which the collecting contacts 11, 13 are to be arranged.
  • the second layer 19 extends between the exposed internal electrodes 2, 2 'of one of the two groups 9, 10 and electrically connects the internal electrodes 2, 2' of these groups 9, 10 to one another.
  • the applied closed second layer 19 can be patterned on the two opposite edge sides 12, 14 of the body 7, so that two areas and consequently two collecting contacts 11, 13, which are electrically separated from each other, are formed. This can be done by the selective application of the second layer 19 or by the application of a closed layer 19, which is subsequently structured.
  • the second layer 19 After the application of the second layer 19, it can be treated, for example by thermal treatment, to produce an electrically conductive layer and / or to increase the electrical conductivity of this second layer 19. Subsequently, an outer protective layer, not shown, can be applied to the multilayer piezoelectric actuator.

Landscapes

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Abstract

A contact structure (8; 8') of an electronic component (1) having a ceramic body (7) and at least one internal electrode (2) is provided. A first surface (6) of the component (1) comprises an electrically insulating layer (15) with at least one penetration (16) that reveals at least part of the internal electrode (2). The contact structure (8, 8') comprises a first electrically conducting layer (18; 18') made of electrically conducting nanoscale grains, said grains being disposed in the penetration (16) and connected to the internal electrode (2) located therein. Moreover, the contact structure comprises a second electrically conducting contact layer (19) that is disposed on the first electrically conducting layer (18).

Description

Beschreibungdescription
Kontaktstruktur, elektronisches Bauelement mit einer Kontaktstruktur und Verfahren zu deren HerstellungContact structure, electronic component with a contact structure and method for its production
Die Erfindung betrifft eine Kontaktstruktur, ein elektronisches Bauelement mit einer Kontaktstruktur und ein Verfahren zum Herstellen einer Kontaktstruktur und eines elektronischen Bauelements .The invention relates to a contact structure, an electronic component with a contact structure and a method for producing a contact structure and an electronic component.
Elektronische Bauelemente mit einem keramischen Körper und mindestens einer metallischen Innenelektrode, wie Piezoakto- ren, sind beispielsweise aus der DE 10 2006 003 070 B3 bekannt .Electronic components with a ceramic body and at least one metallic inner electrode, such as piezo actuators, are known, for example, from DE 10 2006 003 070 B3.
Diese elektronischen Bauelemente weisen typischerweise großflächige metallische Außenkontakte auf, die zumindest zum Teil auf dem keramischen Körper des Bauelements angeordnet sind und in elektrischer Verbindung mit den Innenelektroden stehen.These electronic components typically have large-area metallic external contacts, which are arranged at least partially on the ceramic body of the component and are in electrical connection with the internal electrodes.
Auf Grund der unterschiedlichen Materialien können sich Risse zwischen dem keramischen Körper und den Außenkontakten und/oder innerhalb der Kontaktstruktur bilden. Piezoelekt- risch aktive Bauelemente sind auch auf Grund der mechanischen Verformung der piezoelektrisch aktiven Keramik rissanfällig, da diese mechanische Verformung zu zusätzlicher Belastung der Außenkontakte führen kann.Due to the different materials, cracks may form between the ceramic body and the external contacts and / or within the contact structure. Piezoelectrically active components are susceptible to cracking due to the mechanical deformation of the piezoelectrically active ceramic, since this mechanical deformation can lead to additional stress on the external contacts.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kontaktstruktur für ein elektronisches Bauelement mit einem keramischen Körper und mindestens einer Innenelektrode vorzusehen, die zuverlässiger ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein elektro- nisches Bauteil mit einer Kontaktstruktur vorzusehen, das zuverlässiger ist.The object of the invention is therefore to provide a contact structure for an electronic component with a ceramic body and at least one inner electrode, which is more reliable. Furthermore, it is an object of the invention to provide an To provide nischer component with a contact structure that is more reliable.
Gelöst ist dies mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprü- che. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.This is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments are the subject of the respective dependent claims.
Erfindungsgemäß wird eine Kontaktstruktur eines elektronischen Bauelements mit einem keramischen Körper und mindestens einer Innenelektrode vorgesehen. Die Innenelektrode ist im keramischen Körper angeordnet und erstreckt sich bis zu einer ersten Oberfläche des Bauelements, wo sie einen Bereich der ersten Oberfläche des Bauelements bildet. Die erste Oberfläche des Bauelements weist eine elektrisch isolierende Schicht mit mindestens einer Durchöffnung auf, die zumindest einen Teil der Innenelektrode freilegt. Erfindungsgemäß weist die Kontaktstruktur eine erste elektrisch leitende Schicht aus elektrisch leitenden nanoskaligen Körnern und eine zweite e- lektrisch leitende Kontaktschicht auf. Die erste elektrisch leitende Schicht ist in der Durchöffnung der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet und mit der in der Durchöffnung angeordneten Innenelektrode elektrisch verbunden. Die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht ist auf der ersten elektrisch leitenden Schicht angeordnet und mit der Innenelektrode elektrisch verbunden.According to the invention, a contact structure of an electronic component with a ceramic body and at least one inner electrode is provided. The inner electrode is disposed in the ceramic body and extends to a first surface of the device where it forms a portion of the first surface of the device. The first surface of the component has an electrically insulating layer with at least one through opening, which exposes at least a part of the inner electrode. According to the invention, the contact structure has a first electrically conductive layer of electrically conductive nanoscale grains and a second electrically conductive contact layer. The first electrically conductive layer is arranged in the through opening of the electrically insulating layer and is electrically connected to the inner electrode arranged in the through opening. The second electrically conductive contact layer is arranged on the first electrically conductive layer and electrically connected to the inner electrode.
Die erfindungsgemäße Kontaktstruktur weist somit zwei Schichten auf. Die untere erste elektrisch leitende Schicht steht in direktem Kontakt mit der Innenelektrode und ist aus na- noskaligen Körnern gebildet. Der Begriff Nanoskalig wird hier verwendet, um Körner mit einem Durchschnittsdurchmesser von 1 nm bis zu lOOOnm, vorzugsweise von 1 nm bis zu 200 nm zu bezeichnen. Diese untere elektrisch leitende Schicht bildet eine verbesserte elektrische Verbindung mit der Innenelektrode, da der Durchmesser der nanoskaligen Körner wesentlich kleiner ist als die Dicke bzw. freiliegende Oberfläche der Innenelektrode, die einen Bereich der ersten Oberfläche des Bauelements bildet.The contact structure according to the invention thus has two layers. The lower first electrically conductive layer is in direct contact with the inner electrode and is formed from nanoscale grains. The term nanoscale is used herein to refer to grains having an average diameter of 1 nm to 100 nm, preferably from 1 nm to 200 nm. This lower electrically conductive layer forms an improved electrical connection with the inner electrode, because the diameter of the nanoscale grains is substantially smaller than the thickness or exposed surface of the inner electrode that forms a portion of the first surface of the device.
Typischerweise ist die Dicke der Innenelektrode ungefähr einige Mikrometer, beispielsweise 2 bis 3 Mikrometer (μm) . Folglich wird über der Dicke der Innenelektrodenlage eine e- lektrische Verbindung zwischen mehreren nanoskaligen Körnern der ersten elektrisch leitenden Schicht und der Innenelektrode erzeugt. Bei zunehmend kleineren Körnern wird die Kontaktfläche zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht und der Innenelektrode erhöht. Diese vergrößerte Kontaktfläche zwischen der Kontaktstruktur und der Innenelektrode führt zu einer zuverlässigen elektrischen Verbindung auch unter mechanischer Belastung der Kontaktstruktur.Typically, the thickness of the inner electrode is about a few micrometers, for example 2 to 3 micrometers (μm). Consequently, an electrical connection between a plurality of nanoscale grains of the first electrically conductive layer and the inner electrode is generated over the thickness of the inner electrode layer. With increasingly smaller grains, the contact area between the first electrically conductive layer and the inner electrode is increased. This increased contact area between the contact structure and the inner electrode leads to a reliable electrical connection even under mechanical stress of the contact structure.
Die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht kann auch na- noskalige Körner aufweisen, aber auch größere Körner, d.h. nicht nanoskalige Körner aufweisen. Die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht kann aus einem bekannten Material sowie mit einem bekannten Verfahren hergestellt werden. Durch das Einfügen einiger zusätzlicher Schritte zum Aufbringen der ersten Schicht aus nanoskaligen Körnern kann die erfindungs- gemäße Kontaktstruktur in ein bekanntes Herstellungsverfahren integriert werden. Die Herstellungskosten können niedrig gehalten werden.The second electrically conductive contact layer can also have nanoscale grains, but also larger grains, i. do not have nanoscale grains. The second electrically conductive contact layer may be made of a known material as well as a known method. By inserting some additional steps for applying the first layer of nanoscale grains, the contact structure according to the invention can be integrated into a known production method. The manufacturing costs can be kept low.
Die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht kann aus einem Leitkleber gebildet werden oder ein galvanisch aufgebrachtes Metall oder eine Legierung sein.The second electrically conductive contact layer may be formed from a conductive adhesive or may be an electrodeposited metal or an alloy.
Die nanoskaligen Körner der ersten elektrisch leitenden Schicht können aus einem Metall oder einer Legierung beste- hen, die eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. In einem Ausführungsbeispiel weisen die elektrisch leitenden na- noskaligen Körner eines oder mehrere der Elemente Ag, Au, Cu, Ni, Cr, Pt, Pd, Ti und W auf.The nanoscale grains of the first electrically conductive layer can be made of a metal or an alloy. hen, which has a good electrical conductivity. In one embodiment, the electrically conductive nanoscale grains include one or more of Ag, Au, Cu, Ni, Cr, Pt, Pd, Ti, and W.
Die erste elektrisch leitende Schicht ist in einem Ausführungsbeispiel aus nasschemisch aufgebrachten nanoskaligen Partikeln gebildet. Diese Struktur hat den Vorteil, dass vorgeformte nanoskalige Partikel verwendet werden können, die kommerziell erhältlich sind. Die Partikel können als eine Suspension in einer verdampfbaren Lösung oder als Mischung mit Bindemittel aufgebracht werden. Die aufgebrachte Mischung kann thermisch behandelt werden, um die Lösung oder das Bindemittel zu entfernen und anschließend eine Schicht aus na- noskaligen gesinterten Körnern zu bilden. Diese gesinterte Schicht kann makroskopisch elektrisch leitend sein.The first electrically conductive layer is formed in one embodiment of wet-chemically applied nanoscale particles. This structure has the advantage that preformed nanoscale particles can be used, which are commercially available. The particles may be applied as a suspension in a vaporizable solution or as a mixture with a binder. The applied mixture may be thermally treated to remove the solution or binder and then form a layer of nanoscale sintered grains. This sintered layer may be macroscopically electrically conductive.
Die erste elektrisch leitende Schicht kann auch vorteilhaft ein Haftvermittler sein, um die Zuverlässigkeit der Kontakt- struktur weiter zu erhöhen. Das Material der nanoskaligenThe first electrically conductive layer can also advantageously be a bonding agent in order to further increase the reliability of the contact structure. The material of nanoscale
Körner sowie das Material der Innenelektrode können so ausgewählt werden, dass sie miteinander chemisch reagieren bzw. legieren, um eine mechanisch zuverlässige sowie elektrisch leitende Verbindung zu erzeugen. In diesem Ausführungsbei- spiel weist die Grenze zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht und der Innenelektrode Phasen auf, die das Material der Innenelektrode und das Material der nanoskaligen Körner aufweisen.Grains as well as the material of the inner electrode can be selected so that they chemically react or alloy together to produce a mechanically reliable and electrically conductive connection. In this exemplary embodiment, the boundary between the first electrically conductive layer and the inner electrode has phases comprising the material of the inner electrode and the material of the nanoscale grains.
Die erste Oberfläche des elektronischen Bauelements weist eine elektrisch isolierende Schicht mit mindestens einer Durchöffnung auf, die zumindest einen Teil der Innenelektrode freilegt, um einen elektrischen Kontakt zwischen der ersten und der zweiten elektrisch leitenden Schicht und der Innen- elektrode, die im keramischen Körper angeordnet ist, zu gewährleisten. In einem Ausführungsbeispiel sind mehrere streifenförmige Durchöffnungen in der elektrisch isolierenden Schicht vorgesehen, die jeweils eine streifenförmige Oberflä- che einer Innenelektrode freilegen.The first surface of the electronic component has an electrically insulating layer with at least one through opening which exposes at least part of the inner electrode in order to ensure electrical contact between the first and the second electrically conductive layer and the inner electrode. electrode, which is arranged in the ceramic body, to ensure. In one exemplary embodiment, a plurality of strip-shaped openings are provided in the electrically insulating layer, which each expose a strip-shaped surface of an inner electrode.
Die streifenförmigen Durchöffnungen können die ganze Länge der Innenelektrode freilegen. Eine größere Durchöffnung hat den Vorteil, dass sich die Kontaktfläche zwischen der Innene- lek-trode und der Kontaktstruktur erhöht und der elektrische Widerstand des Kontakts zwischen der Innenelektrode und der Kontaktstruktur reduziert wird. Gleichzeitig kann die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert werden, da die mechanische Belastbarkeit der Verbindung erhöht wird.The strip-shaped openings can expose the entire length of the inner electrode. A larger opening has the advantage that the contact area between the inner electrode and the contact structure increases and the electrical resistance of the contact between the inner electrode and the contact structure is reduced. At the same time, the reliability of the connection can be improved because the mechanical strength of the connection is increased.
In einem Ausführungsbeispiel ist die erste elektrisch leitende Schicht vollständig innerhalb der Durchöffnung oder Durchöffnungen angeordnet. Die Dicke der ersten elektrisch leitenden Schicht ist kleiner als die Dicke der elektrisch isolie- renden Schicht. Die erste elektrisch leitende Schicht ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein begrenzter Bereich oder eine Vielzahl getrennter begrenzter Bereiche vorgesehen, die in ihrer Lage über Bereiche der elektrisch isolierenden Schicht voneinander elektrisch isoliert sind. Die Bereiche der ersten elektrisch leitenden Schicht sind nur über der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht miteinander e- lektrisch verbunden.In one embodiment, the first electrically conductive layer is disposed entirely within the through opening or openings. The thickness of the first electrically conductive layer is smaller than the thickness of the electrically insulating layer. The first electrically conductive layer is provided in this embodiment as a limited area or a plurality of separate limited areas, which are electrically insulated from one another in their position over regions of the electrically insulating layer. The regions of the first electrically conductive layer are electrically connected to one another only via the second electrically conductive contact layer.
In einem Ausführungsbeispiel ist die erste elektrisch leiten- de Schicht ferner auf der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste elektrisch leitende Schicht nicht nur innerhalb der Durchöffnungen, sondern auch neben den Durchöffnungen angeordnet. Die erste elektrisch leitende Schicht kann mehrere freigelegte Innenelektrode der Oberfläche miteinander elektrisch verbinden, wenn sie sich über mehrere freigelegte Innenelektroden erstreckt. Die erste elektrisch leitende Schicht aus nanoska- ligen Körnern kann somit eine geschlossene Schicht auf der Oberfläche des Bauelements sein.In one embodiment, the first electrically conductive layer is further arranged on the electrically insulating layer. In this embodiment, the first electrically conductive layer is disposed not only within the through holes but also adjacent to the through holes. The first electrically conductive layer may have several exposed ones Internal electrode of the surface electrically connect to each other when it extends over a plurality of exposed internal electrodes. The first electrically conductive layer of nanoscale grains can thus be a closed layer on the surface of the component.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ferner eine Schutzschicht auf der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht angeordnet. Die Schutzschicht kann die Lebensdauer des Bau- elements im Betrieb erhöhen, da die Kontaminierung der Kontaktstruktur durch die Betriebsbedingungen verhindert wird. Insbesondere bei der Verwendung des Bauelements als Piezoelektrischen Aktor kann das Bauelement in physischem Kontakt mit dem zu schaltenden Stoff, zum Beispiel Diesel oder Benzin bei einem Einspritzventil, kommen. Dieser Stoff kann korrosiv sein, so dass das Material der Schutzschicht entsprechend ausgewählt wird.In a further embodiment, a protective layer is further arranged on the second electrically conductive contact layer. The protective layer can increase the service life of the component during operation, since the contamination of the contact structure is prevented by the operating conditions. In particular, when using the device as a piezoelectric actuator, the device can come into physical contact with the substance to be switched, for example diesel or gasoline in an injection valve. This material can be corrosive, so that the material of the protective layer is selected accordingly.
Die Schutzschicht kann das Bauelement an den Seitenflächen vollständig umhüllen, wobei Kontaktflächen der Sammelkontakte frei gehalten werden, so dass ein externer Kontakt zu den Bauelementen hergestellt werden kann. In weiteren Ausführungsbeispielen ist die Schutzschicht elektrisch isolierend und/oder weist Kunststoff auf.The protective layer can completely encase the component at the side surfaces, wherein contact surfaces of the collecting contacts are kept free, so that an external contact to the components can be produced. In further embodiments, the protective layer is electrically insulating and / or has plastic.
Die erste Oberfläche des Bauelements weist eine elektrisch isolierende Schicht auf, die in einem Ausführungsbeispiel eine weitere Lage ist, die auf dem keramischen Bauelement angeordnet ist. Diese Anordnung kann verwendet werden, wenn sich die Innenelektrode vollständig über die Lagen des keramischen Körpers erstreckt, wie zum Beispiel bei einem vollaktiven Vielschichtpiezoaktor . In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die elektrisch isolierende Schicht aus dem keramischen Körper des Bauelements gebildet. Der keramische Körper weist somit Durchöffnungen in seiner Oberfläche auf, die zumindest einen Teil der Innen- elektrode freilegt. Diese Anordnung kann verwendet werden, wenn sich die Innenelektrode nicht vollständig über die keramische Lage erstreckt.The first surface of the component has an electrically insulating layer, which in one exemplary embodiment is a further layer which is arranged on the ceramic component. This arrangement can be used when the inner electrode extends completely over the layers of the ceramic body, such as in a fully active multilayer piezoelectric actuator. In a further embodiment, the electrically insulating layer is formed from the ceramic body of the device. The ceramic body thus has openings in its surface, which exposes at least a portion of the inner electrode. This arrangement can be used when the inner electrode does not extend completely over the ceramic layer.
Die Erfindung sieht auch ein elektronisches Bauelement mit einer Kontaktstruktur nach einem der vorherstehenden Ausführungsbeispiele vor. Das elektronische Bauelement weist einen keramischen Körper und mindestens eine Innenelektrode auf, die im keramischen Körper angeordnet ist, sich bis zu einer ersten Oberfläche des Bauelements erstreckt und einen Bereich der ersten Oberfläche des Bauelements bildet. Die erste Oberfläche des elektronischen Bauelements weist eine elektrisch isolierende Schicht mit mindestens einer Durchöffnung auf, die zumindest einen Teil der Innenelektrode freilegt.The invention also provides an electronic component with a contact structure according to one of the preceding embodiments. The electronic component has a ceramic body and at least one inner electrode which is arranged in the ceramic body, extends up to a first surface of the component and forms a region of the first surface of the component. The first surface of the electronic component has an electrically insulating layer with at least one through opening, which exposes at least a part of the inner electrode.
Wie bereits erläutert weist die Kontaktstruktur erfindungsgemäß eine erste untere elektrisch leitende Schicht aus elektrisch leitenden nanoskaligen Körnern und eine zweite obere elektrisch leitende Kontaktschicht auf. Die erste elektrisch leitende Schicht ist in der Durchöffnung der elektrisch iso- lierenden Schicht angeordnet und mit der in der Durchöffnung angeordneten Innenelektrode elektrisch verbunden. Die zweite obere elektrisch leitende Kontaktschicht ist auf der ersten unteren elektrisch leitenden Schicht angeordnet und mit der Innenelektrode elektrisch verbunden.As already explained, the contact structure according to the invention has a first lower electrically conductive layer of electrically conductive nanoscale grains and a second upper electrically conductive contact layer. The first electrically conductive layer is arranged in the through opening of the electrically insulating layer and is electrically connected to the inner electrode arranged in the through opening. The second upper electrically conductive contact layer is disposed on the first lower electrically conductive layer and electrically connected to the inner electrode.
In einem Ausführungsbeispiel ist das elektronische Bauelement ein Vielschichtpiezoaktor, der eine Vielzahl von piezoelektrisch aktiven Lagen und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen aufweist. Die elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen sehen jeweils eine elektrisch leitende Innenelektrode vor. Die piezoelektrisch aktiven Lagen und die elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen sind abwechselnd aufeinander in einer Stapelrichtung gestapelt. Die erste O- berfläche des elektronischen Bauelements erstreckt sich ungefähr senkrecht zu der Fläche der piezoelektrisch aktiven Lagen und der elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen und parallel zu der Stapelrichtung.In one embodiment, the electronic device is a multilayer piezoelectric actuator having a plurality of piezoelectrically active layers and a plurality of electrically conductive inner electrode layers. The electrically conductive Inner electrode layers each provide an electrically conductive inner electrode. The piezoelectrically active layers and the electrically conductive inner electrode layers are alternately stacked on each other in a stacking direction. The first surface of the electronic component extends approximately perpendicular to the surface of the piezoelectrically active layers and the electrically conductive inner electrode layers and parallel to the stacking direction.
In einem Ausführungsbeispiel ist jede zweite Innenelektroden- lage der ersten Oberfläche in einer von mehreren Durchöffnungen der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet. Die weiteren Innenelektrodenlagen sind von der elektrisch isolierenden Schicht auf der ersten Oberfläche abgedeckt.In one exemplary embodiment, every second inner electrode layer of the first surface is arranged in one of a plurality of through openings of the electrically insulating layer. The further inner electrode layers are covered by the electrically insulating layer on the first surface.
In einer Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels verbindet die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht jede zweite der Vielzahl der Innenelektrodenlagen der ersten Oberfläche e- lektrisch miteinander. Die zweite elektrisch leitende Kon- taktschicht sieht einen Sammelkontakt vor, der jede zweite der Vielzahl der an der ersten Oberfläche freigelegten Innenelektrodenlagen parallel elektrisch verbindet.In a further development of this embodiment, the second electrically conductive contact layer electrically connects each other of the plurality of inner electrode layers of the first surface. The second electrically conductive contact layer provides a collecting contact that electrically connects each second one of the plurality of inner electrode layers exposed on the first surface in parallel.
In einer Weiterbildung weist das elektronische Bauelement ei- ne zweite Oberfläche auf, die gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet ist. Diese zweite Oberfläche weist eine Kontaktstruktur nach einem der vorherstehenden Ausführungsbeispiele auf .In one development, the electronic component has a second surface, which is arranged opposite the first surface. This second surface has a contact structure according to one of the preceding embodiments.
Wenn die erste Oberfläche des elektronischen Bauteils eineIf the first surface of the electronic component a
Vielzahl der abwechselnden piezoelektrischen Lagen und elektrisch leitende Innenelektrodenlagen und eine elektrisch isolierende Schicht mit Durchöffnungen aufweist, kann die zweite Oberfläche auch eine Vielzahl der abwechselnden piezoelektri- sehen Lagen und elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen und eine elektrisch isolierende Schicht mit Durchöffnungen aufweisen .Variety of alternating piezoelectric layers and electrically conductive inner electrode layers and an electrically insulating layer having through openings, the second surface may also include a plurality of alternating piezoelectric see layers and electrically conductive inner electrode layers and having an electrically insulating layer with openings.
In diesem Fall legt eine Durchöffnung der elektrisch isolierenden Schicht auf der zweiten Oberfläche jede zweite Innen- elektrodenlage der zweiten Oberfläche frei, die nicht mit der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht auf der ersten Oberfläche elektrisch verbunden ist. Benachbarte Innenelekt- rodenlagen des Stapels sind mit unterschiedlichen Kontaktschichten elektrisch verbunden. Die zwei Kontaktschichten sind voneinander elektrisch getrennt, so dass eine Spannung zwischen benachbarten Innenelektrodenlagen des Vielschicht- piezoaktors mit den Kontaktschichten angelegt werden kann.In this case, a through opening of the electrically insulating layer on the second surface exposes every second inner electrode layer of the second surface that is not electrically connected to the second electrically conductive contact layer on the first surface. Adjacent internal electrode layers of the stack are electrically connected to different contact layers. The two contact layers are electrically isolated from each other, so that a voltage between adjacent inner electrode layers of the multilayer piezoactuator can be applied to the contact layers.
Diese Anordnungen der erfindungsgemäßen Kontaktstruktur bei einem Vielschichtpiezoaktor können verwendet werden, wenn die piezoelektrisch aktiven Lagen nahezu vollaktiv sind, sowie wenn die piezoelektrisch aktiven Lagen nicht piezoelektrisch aktive Bereiche aufweisen.These arrangements of the contact structure according to the invention in a multilayer piezoelectric actuator can be used when the piezoelectrically active layers are almost fully active, as well as when the piezoelectrically active layers do not have piezoelectrically active regions.
Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Kontaktieren eines keramischen Bauelements vor. Zunächst wird ein Bauelement mit einem keramischen Körper und mindestens einer Innenelektrode bereitgestellt. Die Innenelektrode ist im keramischen Körper angeordnet, erstreckt sich bis zu einer ersten Oberfläche des Bauelements und bildet einen Bereich der ersten Oberfläche des Bauelements. Die erste Oberfläche weist eine elektrisch isolierende Schicht mit mindestens einer Durchöffnung auf, die zumindest einen Teil der Innenelektrode freilegt. Eine erste Schicht mit elektrisch leitenden Nanopartikeln wird in die Durchöffnung aufgebracht. Danach wird eine zweite elektrisch leitende Schicht auf der ersten Schicht aufgebracht, wobei die Innenelektrode über der ersten Schicht mit der zweiten Schicht elektrisch verbunden wird.The invention also provides a method for contacting a ceramic component. First, a device with a ceramic body and at least one inner electrode is provided. The inner electrode is disposed in the ceramic body, extends to a first surface of the device and forms a portion of the first surface of the device. The first surface has an electrically insulating layer with at least one through opening, which exposes at least a part of the inner electrode. A first layer of electrically conductive nanoparticles is applied in the through opening. Thereafter, a second electrically conductive layer is applied to the first layer, wherein the inner electrode is electrically connected to the second layer via the first layer.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Bauelement eine Viel- zahl von piezoelektrisch aktiven Lagen und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen auf. Die piezoelektrisch aktiven Lagen und die elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen sind abwechselnd aufeinander in einer Stapelrichtung gestapelt. In einer Weiterbildung dieses Verfahrens wird die elektrisch isolierende Schicht so strukturiert, dass eine Durchöffnung jede zweite Innenelektrodenlage an der ersten Oberseite freilegt.In one embodiment, the device has a plurality of piezoelectrically active layers and a plurality of electrically conductive inner electrode layers. The piezoelectrically active layers and the electrically conductive inner electrode layers are alternately stacked on each other in a stacking direction. In one development of this method, the electrically insulating layer is structured such that a through opening exposes every second inner electrode layer on the first upper side.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die erste elektrisch lei- tende Schicht in den Durchöffnungen der elektrisch isolierenden Schicht aufgebracht. Die zweite elektrisch leitende Schicht wird auf der ersten elektrisch leitenden Schicht in den Durchöffnungen aufgebracht, so dass mehrere Innenelektroden, die jeweils in einer der Durchöffnungen freigelegt sind, miteinander sowie mit der zweiten Kontaktschicht elektrisch verbunden werden.In this embodiment, the first electrically conductive layer is applied in the openings of the electrically insulating layer. The second electrically conductive layer is deposited on the first electrically conductive layer in the through holes, so that a plurality of internal electrodes, which are respectively exposed in one of the through openings, are electrically connected to one another and to the second contact layer.
Wenn das Bauelement eine Vielzahl der abwechselnden piezoelektrisch aktiven Lagen und elektrisch leitenden Innenelekt- rodenlagen und eine zweite Oberfläche aufweist, die gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet ist, wird eine elektrisch isolierende Schicht mit Durchöffnungen auf der zweiten Oberfläche so strukturiert, dass eine Durchöffnung jede zweite Innenelektrodenlage der zweiten Oberfläche freilegt, die nicht mit der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht auf der ersten Oberfläche elektrisch verbunden ist. Jede Kontaktschicht sieht eine elektrische Verbindung mit einer Gruppe von Innenelektroden vor, wobei die zwei Gruppen von Innenelektroden voneinander elektrisch isoliert sind. Die Innen- elektrode jeder Gruppe ist zumindest über ihre zweite Kontaktschicht parallel elektrisch verbunden.If the component has a multiplicity of the alternating piezoelectrically active layers and electrically conductive inner electrode layers and a second surface which is arranged opposite the first surface, an electrically insulating layer with openings on the second surface is structured such that a through opening opens out every second inner electrode layer the second surface is not electrically connected to the second electrically conductive contact layer on the first surface. Each contact layer provides an electrical connection to a group of internal electrodes, the two groups of internal electrodes being electrically isolated from each other. The interior Electrode of each group is electrically connected in parallel at least over its second contact layer.
Die Innenelektroden, die einen Teil der ersten Oberfläche bilden, werden über der zweiten Kontaktschicht, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, miteinander elektrisch verbunden. Die Innenelektroden, die einen Teil der zweiten Oberfläche bilden, werden über der zweiten Kontaktschicht, die auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, miteinander elekt- risch verbunden.The internal electrodes forming part of the first surface are electrically connected to each other via the second contact layer disposed on the first surface. The internal electrodes, which form part of the second surface, are electrically connected to one another via the second contact layer, which is arranged on the second surface.
Wie bei der ersten Oberfläche kann eine erste Schicht mit e- lektrisch leitenden Nanopartikeln in die Durchöffnungen der zweiten Oberfläche aufgebracht werden. Eine obere zweite e- lektrisch leitende Kontaktschicht wird auf der unteren ersten elektrisch leitenden Schicht aus nanoskaligen Körnern auf der zweiten Oberfläche aufgebracht.As with the first surface, a first layer of electrically conductive nanoparticles may be deposited in the apertures of the second surface. An upper second electrically conductive contact layer is deposited on the lower first electrically conductive layer of nanoscale grains on the second surface.
Die Nanopartikel, aus denen die erste Schicht gebildet wird, können in einer Mischung mit einem Lösungsmittel oder in einer Mischung mit einem oder mehreren organischen Bindemitteln aufgebracht werden. Danach kann das Bauelement thermisch behandelt werden, um die Lösungsmittel bzw. Bindemittel zu entfernen, und um die elektrische Leitfähigkeit der ersten Schicht zu erhöhen.The nanoparticles from which the first layer is formed can be applied in a mixture with a solvent or in a mixture with one or more organic binders. Thereafter, the device may be thermally treated to remove the solvents or binders and to increase the electrical conductivity of the first layer.
Eine elektrische sowie mechanische Verbindung zwischen der ersten Schicht und der Innenelektrode kann durch eine thermische Behandlung erfolgen. Eine elektrisch leitende Schicht mit nanoskaligen Körnern wird aus den aufgebrachten Nanopartikeln gebildet.An electrical and mechanical connection between the first layer and the inner electrode can be effected by a thermal treatment. An electrically conductive layer with nanoscale grains is formed from the applied nanoparticles.
Eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Schicht und der in der Durchöffnung freigelegten Innenelektrode kann durch eine chemische Reaktion oder Legieren der ersten Schicht mit der Innenelektrode erzeugt werden. In diesem Fall kann die erste Schicht gleichzeitig eine haftvermittelnde Wirkung ausüben.An electrical connection between the first layer and the inner electrode exposed in the through-opening can by a chemical reaction or alloying of the first layer with the inner electrode. In this case, the first layer can simultaneously exert an adhesion-promoting effect.
Die Nanopartikel bzw. die Lösungsmittel oder Bindemittel mit Nanopartikeln können mit einem Siebdruckverfahren, Sprühen oder Tauchen aufgebracht werden. In einer Durchführungsform kann beim Aufbringen der Nanopartikel in die Durchöffnung die elektrisch isolierende Schicht als Maske verwendet werden. Dieses Verfahren kann verwendet werden, wenn die erste Schicht vollständig innerhalb der Durchöffnungen angeordnet wird.The nanoparticles or the solvents or binders with nanoparticles can be applied by a screen printing method, spraying or dipping. In one embodiment, when the nanoparticles are applied in the through-opening, the electrically insulating layer can be used as a mask. This method can be used when the first layer is completely disposed within the apertures.
Die zweite elektrisch leitende Schicht kann mit Sprühen oder Tauchen oder einem Siebdruckverfahren aufgebracht werden.The second electrically conductive layer may be applied by spraying or dipping or screen printing.
In einem Ausführungsbeispiel wird die elektrisch isolierende Schicht durch Sprühen oder Tauchen oder einem Siebdruckver- fahren oder Auflaminieren einer Folie aufgebracht. Wird die elektrisch isolierende Schicht in Form einer geschlossenen Schicht aufgebracht, kann nach dem Aufbringen der elektrisch isolierende Schicht die elektrisch isolierende Schicht mit Laserablation oder einem photolithographischen Verfahren strukturiert werden.In one exemplary embodiment, the electrically insulating layer is applied by spraying or dipping or by a screen printing method or by lamination of a film. If the electrically insulating layer is applied in the form of a closed layer, after the application of the electrically insulating layer, the electrically insulating layer can be patterned with laser ablation or a photolithographic method.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen naher erläutert.Embodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawings.
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Vielschicht- piezoaktors mit einer erfindungsgemäßen Kontaktstruktur, Figur 2 zeigt eine schematische detaillierte Ansicht einer Kontaktstruktur nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, undFIG. 1 shows a schematic view of a multilayer piezoactuator with a contact structure according to the invention, Figure 2 shows a schematic detailed view of a contact structure according to a first embodiment of the invention, and
Figur 3 zeigt eine schematische detaillierte Ansicht einer Kontaktstruktur nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.Figure 3 shows a schematic detailed view of a contact structure according to a second embodiment of the invention.
Figur 1 zeigt einen Vielschichtpiezoaktor 1, der eine Viel- zahl von Innenelektrodenlagen 2 und eine Vielzahl von piezoelektrisch aktiven Lagen 3 aufweist. Der Vielschichtpiezoaktor dient in diesem Ausführungsbeispiel zur Verwendung als Betätigungselement in Einspritzventilen eines Kraftfahrzeugmotors. Die Innenelektrodenlagen 2 und die piezoelektrisch aktiven Lagen 3 sind abwechselnd aufeinander in einer Stapelrichtung 4 gestapelt und bilden einen mehrlagigen Körper 7 des Vielschichtpiezoaktors 1.FIG. 1 shows a multilayer piezoactuator 1 which has a multiplicity of internal electrode layers 2 and a multiplicity of piezoelectrically active layers 3. The multilayer piezoelectric actuator is used in this embodiment for use as an actuating element in injection valves of a motor vehicle engine. The inner electrode layers 2 and the piezoelectrically active layers 3 are alternately stacked on each other in a stacking direction 4 and form a multilayer body 7 of the multilayer piezoelectric actuator 1.
Die Innenelektrodenlagen 2 bestehen jeweils aus einem elekt- risch leitenden Material, insbesondere einem Metall oder einer Legierung wie Ag-Pd. Die piezoelektrisch aktiven Lagen 3 bestehen aus einem Material, das den piezoelektrischen Effekt zeigt, d.h. beim Anlegen eines elektrischen Felds verformt sich das Material mechanisch. Diese mechanische Verformung erzeugt eine nutzbare Dehnung und/oder Kraft an den Endflächen, so dass der Stapel als Aktor verwendet werden kann.The inner electrode layers 2 each consist of an electrically conductive material, in particular a metal or an alloy such as Ag-Pd. The piezoelectrically active layers 3 are made of a material exhibiting the piezoelectric effect, i. When an electric field is applied, the material deforms mechanically. This mechanical deformation creates usable strain and / or force on the end surfaces so that the stack can be used as an actuator.
In diesem Ausführungsbeispiel bestehen die piezoelektrisch aktiven Lagen 3 aus einer Keramik, insbesondere PZT (Blei- Zirkonat-Titanat ) . Die Innenelektrodenlagen 2 erstrecken sich über die gesamte Fläche der benachbarten piezoelektrisch aktiven Lagen 3. Diese Anordnung des Vielschichtpiezoaktors 1 wird als vollaktiver Piezoaktorstapel bezeichnet. In dieser Anordnung erstrecken sich die Innenelektroden 2 zu den Rand- Seiten 5 des Stapels und bilden dort einen Teil der Oberfläche 6 des Körpers 7 des Piezoaktors 1.In this exemplary embodiment, the piezoelectrically active layers 3 consist of a ceramic, in particular PZT (lead zirconate titanate). The inner electrode layers 2 extend over the entire surface of the adjacent piezoelectrically active layers 3. This arrangement of the multilayer piezoelectric actuator 1 is referred to as a fully active piezoelectric actuator stack. In this arrangement, the internal electrodes 2 extend to the peripheral 5 pages of the stack and form there a part of the surface 6 of the body 7 of the piezoelectric actuator. 1
Der Piezoaktor 1 weist ferner eine Kontaktstruktur 8 auf, mit der ein elektrischer Kontakt zu den jeweiligen Innenelektroden 2 hergestellt werden kann. Eine Spannung wird zwischen den benachbarten Innenelektroden 2 des Stapels angelegt, so dass die zwischen den Innenelektroden 2 angeordneten piezoelektrisch aktiven Lagen 3 mechanisch reagieren. Jede zweite Innenelektrode 2 ist zu einem gemeinsamen Sammelkontakt 11 elektrisch verbunden, so dass zwei Gruppen von Innenelektroden 9, 10 vorgesehen sind, die voneinander elektrisch isoliert sind. Benachbarte Innenelektroden 2, 2' des Stapels gehören zu unterschiedlichen Gruppen 9, 10.The piezoelectric actuator 1 further has a contact structure 8, with which an electrical contact to the respective internal electrodes 2 can be produced. A voltage is applied between the adjacent internal electrodes 2 of the stack, so that the piezoelectrically active layers 3 arranged between the internal electrodes 2 react mechanically. Each second inner electrode 2 is electrically connected to a common collecting contact 11, so that two groups of inner electrodes 9, 10 are provided, which are electrically insulated from each other. Adjacent internal electrodes 2, 2 'of the stack belong to different groups 9, 10.
Ein erster Sammelkontakt 11 ist auf einer ersten Randseite 12 des Körpers 7 angeordnet und ein zweiter Sammelkontakt 13 auf der gegenüberliegenden Randseite 14 des Körpers 7, wobei der erste Sammelkontakt 11 mit der ersten Gruppe 9 von Innen- elektroden 2 und der zweite Sammelkontakt 13 mit der zweiten Gruppe 10 von Innenelektroden 2' elektrisch verbunden ist.A first collecting contact 11 is arranged on a first edge side 12 of the body 7 and a second collecting contact 13 on the opposite edge side 14 of the body 7, the first collecting contact 11 with the first group 9 of inner electrodes 2 and the second collecting contact 13 with the second group 10 of internal electrodes 2 'is electrically connected.
Um einen Kurzschluss zwischen den zwei Gruppen 9, 10 von Innenelektroden 2, 2' sowie zwischen den zwei Sammelkontakten 11, 13 zu vermeiden, ist eine elektrisch isolierende Schicht 15 auf zumindest den zwei Randseiten 12, 14 des Körpers 7 mit den Sammelkontakten 11, 13 angeordnet.In order to avoid a short circuit between the two groups 9, 10 of internal electrodes 2, 2 'and between the two collecting contacts 11, 13, an electrically insulating layer 15 is provided on at least the two edge sides 12, 14 of the body 7 with the collecting contacts 11, 13 arranged.
Die elektrisch isolierende Schicht 15 weist Durchöffnungen 16 auf, die die Oberfläche 17 der Innenelektrodenlagen 2 freilegen, die einen Teil der ersten Oberfläche 6 des Körpers 7 bildet. Insbesondere legen die Durchöffnungen 16 der elektrisch isolierenden Schicht 15 die erste Gruppe 9 von Innenelektroden 2 auf der ersten Randseite 12 und die zweite Grup- pe 10 von Innenelektroden 2' auf der zweiten Randseite 14 frei .The electrically insulating layer 15 has through openings 16 which expose the surface 17 of the inner electrode layers 2, which forms part of the first surface 6 of the body 7. In particular, the openings 16 in the electrically insulating layer 15 define the first group 9 of internal electrodes 2 on the first edge side 12 and the second group pe 10 of internal electrodes 2 'on the second edge side 14 free.
Auf der ersten Randseite 12 ist die zweite Gruppe 10 von In- nenelektroden 2' von der elektrisch isolierenden Schicht 15 abgedeckt und folglich durch die elektrisch isolierende Schicht 15 von dem darauf angeordneten Sammelkontakt 11 e- lektrisch isoliert. Auf der zweiten Randseite 14 ist die erste Gruppe 9 von Innenelektroden 2 von der elektrisch isolie- renden Schicht 15 abgedeckt und folglich durch die elektrisch isolierende Schicht 15 von dem darauf angeordneten Sammelkontakt 13 elektrisch isoliert.On the first edge side 12, the second group 10 of inner electrodes 2 'is covered by the electrically insulating layer 15 and consequently electrically insulated by the electrically insulating layer 15 from the collecting contact 11 arranged thereon. On the second edge side 14, the first group 9 of internal electrodes 2 is covered by the electrically insulating layer 15 and consequently electrically insulated by the electrically insulating layer 15 from the collecting contact 13 arranged thereon.
Die Kontaktstruktur 8 der Sammelkontakte 11 nach einem ersten Ausführungsbeispiel ist in der detaillierten Ansicht der Figur 2 dargestellt. In der Figur 2 ist die Kontaktstruktur 8 des ersten Sammelkontakts 11 dargestellt. Die Kontaktstruktur 8 des zweiten Sammelkontakts 13 ist gleich.The contact structure 8 of the collecting contacts 11 according to a first embodiment is shown in the detailed view of Figure 2. FIG. 2 shows the contact structure 8 of the first collecting contact 11. The contact structure 8 of the second collective contact 13 is the same.
In der detaillierten Ansicht der Figur 2 ist ein Teil der ersten Randseite 12 des Vielschichtpiezoaktors 1 mit vier der piezoelektrisch aktiven Lagen 3 sowie drei Innenelektrodenla- gen 2 dargestellt. Die elektrisch isolierende Schicht 15 ist auf der Oberfläche 6 des Körpers 7 des Vielschichtpiezoaktors 1 angeordnet und legt jede zweite Innenelektrode 2 frei. Die derzwischen angeordnete Innenelektrode 2' der zweiten Gruppe 10 ist von der elektrisch isolierenden Schicht 15 abgedeckt und mit dieser elektrisch isolierenden Schicht 15 von dem darauf angeordneten ersten Sammelkontakt 11 elektrisch iso- liert.In the detailed view of Figure 2, a part of the first edge side 12 of the multilayer piezoelectric actuator 1 with four of the piezoelectrically active layers 3 and three Innenelektrodenla- gene 2 is shown. The electrically insulating layer 15 is arranged on the surface 6 of the body 7 of the multilayer piezoelectric actuator 1 and exposes every second internal electrode 2. The interposed inner electrode 2 'of the second group 10 is covered by the electrically insulating layer 15 and electrically insulated with this electrically insulating layer 15 of the first collecting contact 11 arranged thereon.
Die Kontaktstruktur 8 besteht aus zwei Schichten 18, 19. Eine erste untere elektrisch leitende Schicht 18 weist nicht dargestellte nanoskalige Körner auf und ist in den Durchöffnun- gen 16 der elektrisch isolierenden Schicht 15 angeordnet. Die erste elektrisch leitende Schicht 18 steht in direktem Kontakt und in elektrischer Verbindung mit der freigelegten Innenelektrode 2, die innerhalb der Durchöffnung 16 angeordnet ist .The contact structure 8 consists of two layers 18, 19. A first lower electrically conductive layer 18 has nanoscale grains, not shown, and is in the openings. gene 16 of the electrically insulating layer 15 is arranged. The first electrically conductive layer 18 is in direct contact and in electrical connection with the exposed inner electrode 2, which is disposed within the through opening 16.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Schicht 18 vollständig innerhalb der jeweiligen Durchöffnungen 16 angeordnet. Die Dicke der ersten Schicht 18 ist kleiner als die Di- cke der elektrisch isolierenden Schicht 15. Die erste Schicht 18 besteht aus einer Vielzahl von Bereichen 20, die voneinander durch die elektrisch isolierende Schicht 15 getrennt sind. Die nanoskaligen Körner der ersten elektrisch leitenden Schicht 18 bestehen aus einem elektrisch leitenden Metall o- der einer elektrisch leitenden Legierung, wie Silber oder Gold und deren Legierungen.In this embodiment, the first layer 18 is completely disposed within the respective openings 16. The thickness of the first layer 18 is smaller than the thickness of the electrically insulating layer 15. The first layer 18 consists of a multiplicity of regions 20, which are separated from one another by the electrically insulating layer 15. The nanoscale grains of the first electrically conductive layer 18 consist of an electrically conductive metal or an electrically conductive alloy, such as silver or gold and their alloys.
Die zweite elektrisch leitende Schicht 19 der Kontaktstruktur 8 erstreckt sich über die gesamte Randseite 12 des Viel- schichtpiezoaktors 1 und in den Durchöffnungen 16 der elektrisch isolierenden Schicht 15. Die zweite Schicht 19 ist direkt auf der Oberfläche 21 der elektrisch isolierenden Schicht 15 sowie auf der ersten elektrisch leitende Schicht 18 angeordnet. Die zweite elektrisch leitenden Schicht 19 sieht der Sammelkontakt 11 vor, da sie die Innenelektroden 2 der ersten Gruppe 9 miteinander elektrisch verbindet. Die zweite Schicht 19 wird aus einem Leitkleber hergestellt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die zweite Schicht mit einem galvanischen Verfahren aufgebracht.The second electrically conductive layer 19 of the contact structure 8 extends over the entire edge side 12 of the multilayer piezoactuator 1 and into the through openings 16 of the electrically insulating layer 15. The second layer 19 is directly on the surface 21 of the electrically insulating layer 15 and on the first electrically conductive layer 18 is arranged. The second electrically conductive layer 19 provides the collecting contact 11, since it electrically connects the inner electrodes 2 of the first group 9 to each other. The second layer 19 is made of a conductive adhesive. In a further embodiment, the second layer is applied by a galvanic process.
Die nanoskaligen Körner der ersten Schicht führen zu einer höheren Kontaktfläche zwischen der Kontaktstruktur 8 und der Innenelektrode 2. Diese höhere Kontaktfläche sieht eine niedrigeren Kontaktwiderstand sowie eine verbesserte mechanische Belastbarkeit der Verbindung zwischen der Kontaktstruktur 8 und der Innenelektroden 2 vor.The nanoscale grains of the first layer lead to a higher contact area between the contact structure 8 and the inner electrode 2. This higher contact surface provides a lower contact resistance and an improved mechanical Resilience of the connection between the contact structure 8 and the internal electrodes 2 before.
Die Innenelektrodenlagen 2 weisen eine Dicke von typischer- weise 2 bis 3 μm und die nanoskaligen Körner der erstenThe inner electrode layers 2 have a thickness of typically 2 to 3 .mu.m and the nanoscale grains of the first
Schicht 18 einen Durchschnittsdurchmesser von 2 bis lOOOnm auf. Folglich sind mehrere nanoskalige Körner in direktem Kontakt mit der freiliegenden Oberfläche 17 der Innenelektrode 2. Die Kontaktfläche zwischen der ersten Schicht 18 und der Innenelektrode 2 ist höher als die Kontaktfläche, die durch die Verwendung einer Schicht mit Partikeln größeren Durchmessers, wie zum Beispiel Leitkleber mit Körnern oder Partikeln mit einem größeren Durchmesser von 1 bis 10 μm, vorgesehen werden kann.Layer 18 has an average diameter of 2 to 100 nm. Consequently, several nanoscale grains are in direct contact with the exposed surface 17 of the inner electrode 2. The contact area between the first layer 18 and the inner electrode 2 is higher than the contact area achieved by using a layer with larger diameter particles, such as conductive adhesive Grains or particles with a larger diameter of 1 to 10 microns, can be provided.
Die erste elektrisch leitende Schicht 18 ist zwischen den Innenelektroden 2 und der zweiten elektrisch leitenden Sammelschicht 19 angeordnet und dient zumindest zum Teil als Haftvermittler, um die mechanische Festigkeit der Verbindung zwi- sehen dem Sammelkontakt 19 und dem Körper 7 des Piezoaktors 1 zu verbessern. Die haftvermittelnde Wirkung kann weiter erhöht werden, wenn zumindest an der Grenze zwischen der Innenelektrode 2 und der ersten Schicht 18 Phasen entstehen, die die Produkte einer Reaktion oder Legieren des Materials der ersten Schicht 18 und des Materials der Innenelektroden 2 sind. Das Material der ersten Schicht 18 und das Material der Innenelektrode 2 kann so ausgewählt und das Herstellungsverfahren so eingestellt werden, dass eine geeignete Reaktion stattfindet .The first electrically conductive layer 18 is disposed between the inner electrodes 2 and the second electrically conductive collecting layer 19 and serves at least in part as a bonding agent to improve the mechanical strength of the connection between the collecting contact 19 and the body 7 of the piezoelectric actuator 1 to improve. The adhesion-promoting effect can be further increased if, at least at the boundary between the inner electrode 2 and the first layer 18, phases are formed which are the products of a reaction or alloying of the material of the first layer 18 and the material of the inner electrodes 2. The material of the first layer 18 and the material of the inner electrode 2 may be selected and the manufacturing process adjusted so that a suitable reaction takes place.
Ferner kann das Material der ersten Schicht 18 mit dem Material der zweiten Schicht 19 reagieren, so dass eine verbes- serte mechanische Verbindung zwischen diesen Schichten 18, 19 der Kontaktstruktur 8 entsteht.Furthermore, the material of the first layer 18 may react with the material of the second layer 19, so that an improved Secured mechanical connection between these layers 18, 19 of the contact structure 8 is formed.
Die Figur 3 zeigt eine detaillierte Ansicht einer Kontakt- struktur 8' eines piezoelektrischen Aktors 1' nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Kontaktstruktur 8' weist eine untere erste elektrisch leitende Schicht 18' aus nicht dargestellten nanoskaligen Körnern und eine obere zweite e- lektrisch leitende Schicht 19 auf, wie bei dem ersten Ausfüh- rungsbeispiel, das in der Figur 2 gezeigt ist.FIG. 3 shows a detailed view of a contact structure 8 'of a piezoelectric actuator 1' according to a second exemplary embodiment. The contact structure 8 'has a lower first electrically conductive layer 18' of nanoscale grains, not shown, and an upper second electrically conductive layer 19, as in the first exemplary embodiment, which is shown in FIG.
Die Kontaktstruktur 8' des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der Kontaktstruktur 8 des ersten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung der ersten unteren elekt- risch leitenden Schicht 18' . Im zweiten Ausführungsbeispiel hat die erste Schicht 18' die Form einer geschlossenen Schicht, die sich vollständig und ungefähr konform über die elektrisch isolierende Schicht 15 erstreckt. Die erste Schicht 18' erstreckt sich über die Innenwände 22 sowie dem Boden 23 der Durchöffnungen 16, wobei eine Innenelektrode 2 zumindest einen Teil des Bodens 23 jeder zweiten Durchöffnung 16 bildet.The contact structure 8 'of the second embodiment differs from the contact structure 8 of the first embodiment by the arrangement of the first lower electrically conductive layer 18'. In the second embodiment, the first layer 18 'is in the form of a closed layer that extends completely and approximately conformally across the electrically insulating layer 15. The first layer 18 'extends over the inner walls 22 and the bottom 23 of the openings 16, wherein an inner electrode 2 forms at least part of the bottom 23 of each second opening 16.
In dieser Ausführungsform steht die zweite obere elektrisch leitende Schicht 19 nur in direktem Kontakt mit der ersten elektrisch leitenden Schicht 18' und nicht in direktem Kontakt mit der elektrisch isolierenden Schicht 15. Im zweiten Ausführungsbeispiel verbindet sowohl die erste Schicht 18' als auch die zweite Schicht 19 die freigelegten Innenelektro- den 2 der ersten Randseite 12 elektrisch miteinander.In this embodiment, the second upper electrically conductive layer 19 is only in direct contact with the first electrically conductive layer 18 'and not in direct contact with the electrically insulating layer 15. In the second embodiment, both the first layer connects 18' and the second layer 19, the exposed inner electrodes 2 of the first edge side 12 are electrically connected to one another.
Der Vielschichtpiezoaktor 1 kann mit dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Zunächst wird ein gestapeltes Bauelement aus abwechselnd angeordneten Innenelektrodenlagen 2 und pie- zoelektrischaktiven Lagen 3 hergestellt. Danach können die Oberflächen 6 des Bauelements weiterbearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen, um eine Oberfläche 6 aus den keramischen piezoelektrisch aktiven Lagen 3 und den Innenelekt- rodenlagen 2 zu formen.The multilayer piezoelectric actuator 1 can be produced by the following method. First, a stacked component of alternately arranged inner electrode layers 2 and piecemeal zoelektrischaktiven layers 3 produced. Thereafter, the surfaces 6 of the component can be further processed, for example by grinding, to form a surface 6 of the ceramic piezoelectrically active layers 3 and the inner electrode layers 2.
Eine elektrisch isolierende Schicht 15 wird zumindest auf den Randseiten 12, 14 des Körpers 7 aufgebracht, an denen die Sammelkontakte 11, 13 später aufgebracht werden. Diese elekt- risch isolierende Schicht 15 kann als eine geschlosseneAn electrically insulating layer 15 is applied at least on the edge sides 12, 14 of the body 7, at which the collecting contacts 11, 13 are applied later. This electrically insulating layer 15 can be used as a closed
Schicht oder eine strukturierte Schicht aufgebracht werden. In einer Durchführungsform werden sämtliche Oberflächen 6 des Körpers 7 mit der elektrisch isolierenden Schicht 15 beschichtet. Im Falle einer geschlossenen Schicht wird die e- lektrisch isolierende Schicht 15 nach dem Aufbringen strukturiert, um die Innenelektroden 2 frei zu legen. Insbesondere wird auf einer ersten Randseite 12 jede zweite Innenelektrode 2 freigelegt und auf der gegenüberliegenden Randseite 14 wird jede zweite Innenelektrode 2' freigelegt, die nicht auf der ersten Randseite 12 freigelegt ist.Layer or a structured layer can be applied. In an embodiment, all surfaces 6 of the body 7 are coated with the electrically insulating layer 15. In the case of a closed layer, the electrically insulating layer 15 is patterned after application in order to expose the internal electrodes 2. In particular, every second inner electrode 2 is exposed on a first edge side 12, and on the opposite edge side 14 every second inner electrode 2 'is uncovered, which is not exposed on the first edge side 12.
Die erste Schicht 18 wird in den Durchöffnungen 16 in der e- lektrisch isolierenden Schicht 15 aufgebracht. Die erste Schicht 18 kann als eine Suspension von Nanopartikeln in ei- nem Lösungsmittel aufgebracht werden. Das Lösungsmittel wird entfernt, beispielsweise durch aund eine erste Schicht 18 aus nanoskaligen Körnern aus den Nanopartikeln gebildet.The first layer 18 is applied in the through openings 16 in the electrically insulating layer 15. The first layer 18 may be applied as a suspension of nanoparticles in a solvent. The solvent is removed, for example, by aund a first layer 18 of nanoscale grains formed from the nanoparticles.
In einer Ausführungsform zum Herstellen einer Kontaktstruktur 8, die in der Figur 2 dargestellt ist, werden die Nanoparti- kel in den Durchöffnungen 16 beispielsweise mit einem Siebdruckverfahren aufgebracht, so dass die erste elektrisch leitende Schicht 18 vollständig innerhalb der Durchöffnungen 16 angeordnet ist. In diesem Fall kann die strukturierte elektrisch isolierende Schicht 15 als eine Maske verwendet werden.In an embodiment for producing a contact structure 8, which is illustrated in FIG. 2, the nanoparticles are applied in the through openings 16, for example by a screen printing method, so that the first electrically conductive layer 18 is completely inside the through openings 16 is arranged. In this case, the patterned electrically insulating layer 15 may be used as a mask.
In einer Ausführungsform zum Herstellen einer Kontaktstruktur 8', die in der Figur 3 dargestellt ist, werden die Nanoparti- kel als eine geschlossene Schicht 18' beispielsweise durch Tauchen aufgebracht, die sich über die elektrisch isolierende Schicht 15 sowie die Durchöffnungen 16 erstreckt.In one embodiment for producing a contact structure 8 ', which is illustrated in FIG. 3, the nanoparticles are applied as a closed layer 18', for example by dipping, which extends over the electrically insulating layer 15 and through openings 16.
In dieser Ausführungsform wird die aufgebrachte geschlossene Schicht 18' auf den zwei sich gegenüberliegenden Randseiten 12, 14 des Körpers 7 strukturiert, so dass zwei Bereiche der ersten elektrisch leitende Schicht 18', die elektrisch voneinander getrennt sind, auf den zwei sich gegenüberliegenden Randseiten 12, 14 geformt wird. Dies kann durch das selektive Aufbringen der ersten Schicht 18' nur auf diesen zwei Randseiten 12, 14 oder durch das Aufbringen einer geschlossenen Schicht 18' auf sämtliche Randseiten 5 des Körpers 7 erfolgen, die anschließend strukturiert wird.In this embodiment, the applied closed layer 18 'on the two opposite edge sides 12, 14 of the body 7 is structured so that two portions of the first electrically conductive layer 18', which are electrically separated from each other, on the two opposite edge sides 12, 14 is formed. This can be done by the selective application of the first layer 18 'only on these two edge sides 12, 14 or by the application of a closed layer 18' on all edge sides 5 of the body 7, which is subsequently patterned.
Zum Herstellen der Kontaktstruktur 8, 8', die in der Figur 2 oder in der Figur 3 dargestellt ist, wird nach dem Aufbringen und Bilden der ersten Schicht 18, 18' der Kontaktstruktur 8, 8' eine zweite Schicht 19 aus Leitkleber aufgebracht. Die zweite Schicht 19 wird zumindest auf den Randseiten 12, 14, auf denen die Sammelkontakte 11, 13 angeordnet sein sollen, aufgebracht. Die zweite Schicht 19 erstreckt sich zwischen den freiliegenden Innenelektroden 2, 2' einer der zwei Gruppen 9, 10 und verbindet die Innenelektrode 2, 2' dieser Grup- pen 9, 10 elektrisch miteinander.For producing the contact structure 8, 8 ', which is shown in FIG. 2 or in FIG. 3, a second layer 19 of conductive adhesive is applied after the application and formation of the first layer 18, 18' of the contact structure 8, 8 '. The second layer 19 is applied at least on the edge sides 12, 14 on which the collecting contacts 11, 13 are to be arranged. The second layer 19 extends between the exposed internal electrodes 2, 2 'of one of the two groups 9, 10 and electrically connects the internal electrodes 2, 2' of these groups 9, 10 to one another.
Wie bei der ersten Schicht 18, 18' kann die aufgebrachte geschlossene zweite Schicht 19 auf den zwei sich gegenüberliegenden Randseiten 12, 14 des Körpers 7 strukturiert werden, so dass zwei Bereiche und folglich zwei Sammelkontakte 11, 13 , die elektrisch voneinander getrennt sind, geformt werden. Dies kann durch das selektive Aufbringen der zweiten Schicht 19 oder durch das Aufbringen einer geschlossene Schicht 19, die anschließend strukturiert wird, erfolgen.As with the first layer 18, 18 ', the applied closed second layer 19 can be patterned on the two opposite edge sides 12, 14 of the body 7, so that two areas and consequently two collecting contacts 11, 13, which are electrically separated from each other, are formed. This can be done by the selective application of the second layer 19 or by the application of a closed layer 19, which is subsequently structured.
Nach dem Aufbringen der zweiten Schicht 19 kann diese behandelt werden, beispielsweise durch thermische Behandlung, um eine elektrisch leitende Schicht zu erzeugen und/oder die e- lektrische Leitfähigkeit dieser zweiten Schicht 19 zu erhöhen. Anschließend kann eine nicht dargestellte äußere Schutzschicht auf den Vielschichtpiezoaktor aufgebracht werden. After the application of the second layer 19, it can be treated, for example by thermal treatment, to produce an electrically conductive layer and / or to increase the electrical conductivity of this second layer 19. Subsequently, an outer protective layer, not shown, can be applied to the multilayer piezoelectric actuator.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kontaktstruktur (8; 8') eines elektronischen Bauelements (1) mit einem keramischen Körper (7) und mindestens einer In- nenelektrode (2), die im keramischen Körper (7) angeordnet ist, sich bis zu einer ersten Oberfläche (6) des Bauelements1. contact structure (8, 8 ') of an electronic component (1) with a ceramic body (7) and at least one inner electrode (2), which is arranged in the ceramic body (7), extending up to a first surface (6 ) of the device
(1) erstreckt und einen Bereich (17) der ersten Oberfläche (6) des Bauelements (1) bildet, wobei die erste Oberfläche (6) eine elektrisch isolierende Schicht (15) mit mindestens einer Durchöffnung (16) aufweist, die zumindest einen Teil der Innenelektrode (2) freilegt, wobei die Kontaktstruktur (8,8')(1) and forms a region (17) of the first surface (6) of the component (1), wherein the first surface (6) has an electrically insulating layer (15) with at least one through opening (16) which comprises at least one part the inner electrode (2) exposes, wherein the contact structure (8,8 ')
- eine erste elektrisch leitende Schicht (18; 18') aus elektrisch leitenden nanoskaligen Körnern, die in der Durchöffnung (16) angeordnet und mit der darin angeordneten Innenelektrodea first electrically conductive layer (18, 18 ') of electrically conductive nanoscale grains arranged in the through opening (16) and with the inner electrode arranged therein
(2) elektrisch verbunden sind, und(2) are electrically connected, and
- eine zweite elektrisch leitende Kontaktschicht (19), die auf der ersten elektrisch leitenden Schicht (18) angeordnet und mit der Innenelektrode (2) elektrisch verbunden ist, aufweist.- A second electrically conductive contact layer (19) disposed on the first electrically conductive layer (18) and electrically connected to the inner electrode (2).
2. Kontaktstruktur (8; 8') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden nanoskaligen Körner eines oder meh- rere der Elemente Ag, Au, Cu, Ni, Cr, Pt, Pd, Ti und W aufweisen .2. Contact structure (8; 8 ') according to claim 1, characterized in that the electrically conductive nanoscale grains of one or more of the elements Ag, Au, Cu, Ni, Cr, Pt, Pd, Ti and W.
3. Kontaktstruktur (8; 8') nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch leitende Schicht (18; 18') aus nasschemisch aufgebrachten nanoskaligen Partikeln gebildet ist.3. Contact structure (8; 8 ') according to claim 1 or claim 2, characterized in that the first electrically conductive layer (18; 18') is formed from wet-chemically applied nanoscale particles.
4. Kontaktstruktur (8; 8') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrisch leitende Schicht (19) metallische Körner aufweist.4. contact structure (8; 8 ') according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second electrically conductive layer (19) comprises metallic grains.
5. Kontaktstruktur (8; 8') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenze zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht (18; 18') und der Innenelektrode (2) Phasen aufweist, die das Material der Innenelektrode (2) und das Material der nanoska- ligen Körner aufweisen.5. contact structure (8; 8 ') according to one of claims 1 to 4, characterized in that the boundary between the first electrically conductive layer (18; 18') and the inner electrode (2) has phases which the material of the inner electrode ( 2) and the material of the nanoscale grains.
6. Kontaktstruktur (8; 8') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht (19) einen Leitkleber aufweist.6. Contact structure (8; 8 ') according to one of claims 1 to 5, characterized in that the second electrically conductive contact layer (19) has a conductive adhesive.
7. Kontaktstruktur (8; 8') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (15) mehrere streifenförmige Durchöffnungen (16) aufweist, die jeweils eine streifen- förmige Oberfläche (17) einer Innenelektrode (2) freilegen.7. Contact structure (8; 8 ') according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electrically insulating layer (15) has a plurality of strip-shaped through-openings (16) each having a strip-shaped surface (17) of an inner electrode (2 ) uncover.
8. Kontaktstruktur (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch leitende Schicht (18) vollständig inner- halb der Durchöffnung (16) angeordnet ist.8. contact structure (8) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first electrically conductive layer (18) is disposed completely within the through opening (16).
9. Kontaktstruktur (8') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch leitende Schicht (18') ferner auf der elektrisch isolierenden Schicht (15) angeordnet ist.The contact structure according to claim 1, wherein the first electrically conductive layer is further arranged on the electrically insulating layer.
10. Kontaktstruktur (8; 8') nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch leitende Schicht (18; 18') mehrere freigelegte Innenelektroden (2) der ersten Oberfläche (6) miteinander elektrisch verbindet.10. contact structure (8; 8 ') according to claim 9, characterized in that the first electrically conductive layer (18, 18 ') electrically interconnects a plurality of exposed internal electrodes (2) of the first surface (6).
11. Kontaktstruktur (8; 8') nach einem der Ansprüche 1 bis11. Contact structure (8; 8 ') according to one of claims 1 to
10, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Schutzschicht auf der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht (19) angeordnet ist.10, characterized in that further comprises a protective layer on the second electrically conductive contact layer (19) is arranged.
12. Kontaktstruktur (8; 8') nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht das Bauelement (1) an den Seitenflächen vollständig umhüllt.12. contact structure (8; 8 ') according to claim 11, characterized in that the protective layer completely encloses the component (1) on the side surfaces.
13.Kontaktstruktur (8; 8') nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht elektrisch isolierend ist.13.Contact structure (8; 8 ') according to claim 11 or claim 12, characterized in that the protective layer is electrically insulating.
14. Kontaktstruktur (8; 8') nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht Kunststoff aufweist.14. Contact structure (8; 8 ') according to one of claims 10 to 13, characterized in that the protective layer comprises plastic.
15. Kontaktstruktur (8; 8') nach einem der Ansprüche 1 bis15. Contact structure (8; 8 ') according to one of claims 1 to
14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (15) eine weitere Lage ist, die auf dem keramischen Körper (7) angeordnet ist.14, characterized in that the electrically insulating layer (15) is a further layer which is arranged on the ceramic body (7).
16. Kontaktstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht aus dem keramischen Körper16. Contact structure according to one of claims 1 to 14, characterized in that the electrically insulating layer of the ceramic body
(7) des Bauelements (1) gebildet ist. (7) of the component (1) is formed.
17. Elektronisches Bauelement (1) mit einer Kontaktstruktur (8; 8') nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das elektronische Bauelement (1) einen keramischen Körper (7) und mindestens eine Innenelektrode (2) aufweist, die im keramischen Körper (7) angeordnet ist, sich bis zu einer ersten Oberfläche (6) des Bauelements (1) erstreckt und einen Bereich (17) der ersten Oberfläche (6) des Bauelements (1) bildet, wobei die erste Oberfläche (6) eine elektrisch isolierende Schicht (15) mit mindestens einer Durchöffnung (16) aufweist, die zu- mindest einen Teil der Innenelektrode (2) freilegt.17. An electronic component (1) having a contact structure (8; 8 ') according to one of claims 1 to 16, wherein the electronic component (1) has a ceramic body (7) and at least one inner electrode (2), which in the ceramic body (7) is arranged, extends to a first surface (6) of the component (1) and forms a region (17) of the first surface (6) of the component (1), wherein the first surface (6) is an electrically insulating Layer (15) having at least one through opening (16) which exposes at least a portion of the inner electrode (2).
18. Bauelement (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement (1) ein Vielschichtpiezoaktor ist, der eine Vielzahl von piezoelektrisch aktiven Lagen (3) und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Innenelektrodenla- gen (2) aufweist, wobei die elektrisch leitenden Innenelekt- rodenlagen (2) jeweils eine elektrisch leitende Innenelektrode vorsehen, und wobei die piezoelektrisch aktiven Lagen (3) und die elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen (2) abwechselnd aufeinander in einer Stapelrichtung (4) gestapelt sind.18, component (1) according to claim 17, characterized in that the electronic component (1) is a Vielschichtpiezoaktor having a plurality of piezoelectrically active layers (3) and a plurality of electrically conductive Innenelektrodenla- conditions (2), wherein the electrically conductive Innenelekt- rodenlagen (2) each provide an electrically conductive inner electrode, and wherein the piezoelectrically active layers (3) and the electrically conductive inner electrode layers (2) are alternately stacked on each other in a stacking direction (4).
19.Bauelement (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Oberfläche (6) in der Stapelrichtung (4) erstreckt und jede zweite Innenelektrodenlage (2) der ersten Oberfläche (6) in einer Durchöffnung (16) der elektrisch isolierenden Schicht (15) angeordnet ist.19.Bauelement (1) according to claim 18, characterized in that the first surface (6) in the stacking direction (4) and each second inner electrode layer (2) of the first surface (6) in a through opening (16) of the electrically insulating Layer (15) is arranged.
20. Bauelement (1) nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht (19) jede zweite der Vielzahl der Innenelektrodenlagen (2) der ersten Oberfläche (6) miteinander elektrisch verbindet. 20. The component (1) according to claim 18 or claim 19, characterized in that the second electrically conductive contact layer (19) electrically connects each second of the plurality of internal electrode layers (2) of the first surface (6).
21. Bauelement (1) nach einem er Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrisch aktiven Lagen (3) nahezu vollaktiv sind.21, component (1) according to one he claims 18 to 20, characterized in that the piezoelectrically active layers (3) are almost fully active.
22. Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrisch aktiven Lagen (3) nicht piezoelektrisch aktive Bereiche aufweisen.22, component (1) according to one of claims 18 to 20, characterized in that the piezoelectrically active layers (3) do not have piezoelectrically active areas.
23. Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) eine zweite Oberfläche (6') aufweist, die gegenüber der erste Oberfläche (6) angeordnet ist und eine Kontaktstruktur (8; 8') nach einem der Ansprühe 1 bis 26 aufweist .23. The component (1) according to any one of claims 17 to 22, characterized in that the component (1) has a second surface (6 '), which is arranged opposite the first surface (6) and a contact structure (8; ) according to one of the claims 1 to 26.
24. Bauelement (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberfläche eine Vielzahl der abwechselnden piezoelektrischen Lagen (3) und elektrisch leitende Innenelektro- denlagen (2) und eine elektrisch isolierende Schicht (15) mit Durchöffnungen (16) aufweist, wobei eine Durchöffnung (16) jede zweite Innenelektrodenlage (2') der zweiten Oberfläche (6') freilegt, die nicht mit der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht (19) auf der ersten Oberfläche (6) elektrisch verbunden ist.24. The component (1) according to claim 23, characterized in that the second surface has a multiplicity of the alternating piezoelectric layers (3) and electrically conductive inner electrode layers (2) and an electrically insulating layer (15) with openings (16), wherein a through opening (16) exposes each second inner electrode layer (2 ') of the second surface (6') that is not electrically connected to the second electrically conductive contact layer (19) on the first surface (6).
25. Verfahren zum Kontaktieren eines keramischen Bauelements (1), das folgende Schritte aufweist:25. A method for contacting a ceramic component (1), comprising the following steps:
- Bereitstellen eines Bauelements (1) mit einem keramischen Körper (7) und mindestens einer Innenelektrode (2), die im keramischen Körper (7) angeordnet ist, sich bis zu einer ersten Oberfläche (6) des Bauelements (1) erstreckt und einen Bereich (17) der ersten Oberfläche (6) des Bauelements (1) bildet, wobei die erste Oberfläche (6) eine elektrisch isolierende Schicht (15) mit mindestens einer Durchöffnung (16) aufweist, die zumindest einen Teil der Innenelektrode (2) freilegt,- Providing a device (1) having a ceramic body (7) and at least one inner electrode (2), which is arranged in the ceramic body (7), extending to a first surface (6) of the device (1) and a Area (17) of the first surface (6) of the device (1), wherein the first surface (6) has an electrically insulating layer (15) with at least one through opening (16) exposing at least a portion of the inner electrode (2) .
- Aufbringen einer ersten Schicht (18; 18') mit elektrisch leitenden Nanopartikeln in die Durchöffnung (16),- Applying a first layer (18, 18 ') with electrically conductive nanoparticles in the through opening (16),
- Aufbringen einer zweiten elektrisch leitenden Schicht (19) auf der ersten Schicht (18; 18' ), wobei die Innenelektrode (2) über der ersten Schicht (18; 18') mit der zweiten Schicht (19) elektrisch verbunden wird.Depositing a second electrically conductive layer (19) on the first layer (18; 18 '), the inner electrode (2) being electrically connected to the second layer (19) over the first layer (18; 18').
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) eine Vielzahl von piezoelektrisch aktiven Lagen (3) und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Innen- elektrodenlagen (2) aufweist, die abwechselnd aufeinander in einer Stapelrichtung (4) gestapelt sind.26. The method according to claim 25, characterized in that the component (1) has a plurality of piezoelectrically active layers (3) and a plurality of electrically conductive inner electrode layers (2) which are alternately stacked on each other in a stacking direction (4) ,
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (15) so strukturiert wird, dass eine Durchöffnung (16) jede zweite Innenelektrodenlage (2) der ersten Oberseite (6) freilegt.27. The method according to claim 26, characterized in that the electrically insulating layer (15) is structured so that a through opening (16) exposes every second inner electrode layer (2) of the first upper side (6).
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) eine zweite Oberfläche (6') aufweist, die gegenüber der ersten Oberfläche (6) angeordnet ist, und dass die zweite Oberfläche (6') eine Vielzahl der abwechselnden piezoelektrischen Lagen (3) und elektrisch leitenden Innen- elektrodenlagen (2) aufweist, wobei eine elektrisch isolierende Schicht (15) mit Durchöffnungen (16) auf der zweiten Oberfläche (6') so strukturiert wird, dass eine Durchöffnung (16) jede zweite Innenelektrodenlage (2') der zweiten Oberfläche (6') freilegt, die nicht mit der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht (11) auf der ersten Oberfläche (6) elektrisch verbunden ist.28. The method according to claim 26 or 27, characterized in that the component (1) has a second surface (6 ') which is arranged opposite to the first surface (6), and that the second surface (6') a plurality of alternating piezoelectric layers (3) and electrically conductive inner electrode layers (2), wherein an electrically insulating layer (15) with through openings (16) on the second surface (6 ') is structured such that a through opening (16) exposes each second internal electrode layer (2 ') of the second surface (6') that is not electrically connected to the second electrically conductive contact layer (11) on the first surface (6).
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schicht (18; 18') mit elektrisch leitenden Nano- partikeln in die Durchöffnungen (16) der zweiten Oberfläche (6') aufgebracht wird.29. The method according to claim 28, characterized in that a first layer (18, 18 ') with electrically conductive nanoparticles in the through openings (16) of the second surface (6') is applied.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (2) der ersten Oberfläche (6) über der zweiten Kontaktschicht (19), die auf der ersten Oberfläche30. The method according to any one of claims 25 to 29, characterized in that the inner electrode (2) of the first surface (6) over the second contact layer (19) on the first surface
(6) angeordnet ist, miteinander elektrisch verbunden werden.(6) is arranged to be electrically connected to each other.
31. Verfahren nach Anspruch 25 oder Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (2') der zweiten Oberfläche (6') über der zweiten Kontaktschicht (19), die auf der zweiten Oberfläche (6') angeordnet ist, miteinander elektrisch verbunden werden,A method according to claim 25 or claim 30, characterized in that the inner electrode (2 ') of the second surface (6') is electrically connected to each other via the second contact layer (19) disposed on the second surface (6 ') become,
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel in einer Mischung mit einem Lösungsmittel oder in einer Mischung mit einem organischen Bindemittel aufgebracht werden.32. The method according to any one of claims 25 to 31, characterized in that the nanoparticles are applied in a mixture with a solvent or in a mixture with an organic binder.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel mit einem Siebdruckverfahren, Sprühen oder Tauchen aufgebracht werden. 33. The method according to any one of claims 25 to 32, characterized in that the nanoparticles are applied by a screen printing method, spraying or dipping.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbringen der Nanopartikel in die Durchöffnung (16) die elektrisch isolierende Schicht (15) als Maske verwendet wird.34. The method according to any one of claims 25 to 33, characterized in that when applying the nanoparticles in the through-opening (16), the electrically insulating layer (15) is used as a mask.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Schicht (18; 18') und der Innenelektrode (2) durch eine thermische Behand- lung erfolgt.35. The method according to any one of claims 25 to 34, characterized in that an electrical connection between the first layer (18; 18 ') and the inner electrode (2) takes place by a thermal treatment.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Schicht (18; 18') und der in der Durchöffnung (16) freigelegten Innenelektrode (2) durch eine chemische Reaktion zwischen der ersten Schicht (18; 18') und der Innenelektrode (2) erzeugt wird.36. The method according to any one of claims 25 to 35, characterized in that an electrical connection between the first layer (18; 18 ') and in the through opening (16) exposed inner electrode (2) by a chemical reaction between the first layer (18 18, 18 ') and the inner electrode (2) is generated.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste elektrisch leitende Schicht (18; 18') mit na- noskaligen Körnern aus den aufgebrachten Nanopartikeln gebildet wird.37. Method according to claim 25, characterized in that a first electrically conductive layer (18, 18 ') with nanoscale grains is formed from the applied nanoparticles.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (15) durch Sprühen oder Tauchen oder durch ein Siebdruckverfahren oder Auflaminieren einer Folie aufgebracht wird.38. The method according to any one of claims 25 to 37, characterized in that the electrically insulating layer (15) by spraying or dipping or by a screen printing or laminating a film is applied.
39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der elektrisch isolierenden Schicht (15) die elektrisch isolierende Schicht (15) mit Laserablation o- der einem photolithographischen Verfahren strukturiert wird.39. The method according to claim 38, characterized in that after the application of the electrically insulating layer (15), the electrically insulating layer (15) is patterned with laser ablation or a photolithographic method.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrisch leitende Schicht (19) durch Sprühen o- der Tauchen oder durch ein Siebdruckverfahren aufgebracht wird. 40. The method according to any one of claims 25 to 39, characterized in that the second electrically conductive layer (19) by spraying or dipping or by a screen printing method is applied.
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