CN101103469B - 多层压电致动器或压电传感器的接触 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置，尤其是一种压电堆(2)，所述压电堆(2)由多个相互堆叠的、带有电极(5)或压电堆(2)接触元件的致动器层或者传感器层组成。本发明的特征在于，柔性的引线框(1)与电极(5)电连接。

Description

多层压电致动器或压电传感器的接触
技术领域
本发明涉及一种由多个相互堆叠的、带有电极或压电堆接触元件的致动器层或者传感器层组成的装置、尤其是压电堆和一种相对应的方法。
背景技术
压电堆通常由多个单个致动器层或者传感器层组成。这种结构能与陶瓷电容器相比较。首先，在所述致动器/传感器的每一边上通过印刷金属条相互连接一极的所有电极。在电容器的情况下，现在可以在这种接触上焊接连接线。可是，由于所述致动器/传感器改变其长度，所以在所接触的区域中形成应力裂纹。由此中断所述接触。因此，为了接触压电堆，在尽可能多的位置，将该接触与连接线柔性连接。为此，目前将由多个单线组成的所谓的线架(Drahtharfe)焊接到所述堆电极和连接线上。为了使这种线架与所述致动器电极或传感器电极相互绝缘，用绝缘材料对致动器/传感器进行涂层。接着再次通过有弹性的浇注来封装所述致动器/传感器，以便稳定所述连接线和保护所述线架。
缺点是不能够完全排除所接触的区域中的由于致动器长度变化或传感器长度变化所产生的应力裂纹。
发明内容
本发明的任务是节约成本地并且可靠地提供一种压电堆致动器(压电堆)的接触。尤其是在致动器的情况下，压电应可靠地与电源装置电连接，而在传感器的情况下，压电应可靠地与信号检测装置电连接。
该任务通过一种根据主权利要求所述的装置和一种根据附加权利要求所述的方法来解决。其它有利的改进方案在从属权利要求可找到。
所述接触通过一种具有无支撑的或者暴露的接线端的柔性引线框(Leadframe)实现。
在此，压电堆由多个相互堆叠的、带有电极的致动器层或者传感器层组成，所述电极借助于尤其是TAB(带自动连接(tape-automatedbonding))引线框的柔性引线框以导体结构的形式在绝缘膜上通过所述绝缘膜的开口与无支撑的导体结构区域接触。此处，所述压电堆的电极被理解为每个压电的、与所述无支撑的导体结构接触的位置，尤其是借助连接材料接触的位置。在此，电极要么邻接压电的正极性区域，要么邻接压电的负极性区域。电极是压电堆接触元件。
根据本发明的有利的解决方案产生单个堆电极的接触。由此避免压电表面上的钝化区并且提高效率。附加地可实现从一侧接触两个极(节省成本/工作步骤)。
根据有利的改进方案，所述压电堆的所有电极都被布置在所述压电堆的一侧上。
根据另一有利的改进方案，堆叠所述压电，以致相同极性的区域相互邻近，并且在其过渡区域中布置公共电极。
根据另一有利的改进方案，给每个电极分配相互平行的回形导体结构。因此，以有利的方式将每个压电或每个压电层直接与所述正极和所述负极连接。
根据另一有利的改进方案，所述引线框以其绝缘膜侧被固定在所述压电堆上。由此以简单的方式使所述导体结构在所述电极之外的区域中与所述压电电绝缘。所述引线框薄膜应是薄的，以便能更简单地通过连接材料跨接所述导体结构的无支撑的区域与所述电极之间的距离。
绝缘膜被理解为完全不导电的薄膜。
根据另一有利的改进方案，所述引线框以导体结构侧被固定在所述压电堆上，其中在导体结构与压电之间构造附加的绝缘，用于避免短路。因此减小了所述导体结构的无支撑的区域距所述电极的距离。也就是说，导电的连接材料只须跨接相对短的距离。
根据另一有利的改进方案，所述导体结构具有馈电线的连接面，该连接面可选地经所述堆叠向外引出，所述馈电线尤其是到电源或者信号检测装置的馈电线。
根据另一有利的改进方案，所述导体结构借助于导电的连接材料与电极和馈电线接触。
在一种用于接触压电堆的方法中，产生柔性引线框，尤其是产生TAB引线框，所述柔性引线框在绝缘膜上具有导体结构，并且所述柔性引线框具有通过所述绝缘膜的开口与所述导体结构的起电极作用的无支撑的区域的电连接，并且所述柔性引线框的所述无接触的区域的位置匹配于要接触的电极的位置。此后，在要接触的电极上涂敷连接材料(例如焊珠或者焊膏)、在所述电极上定位所述引线框、通过焊接(例如热压焊接或者回流焊接)激活所述连接材料。最后将馈电线安装到所述导线框上，尤其是安装到电源或者到信号检测装置的馈电线。
根据有利的改进方案，在产生所述引线框时，无支撑的导体结构配备有能焊接的表面。这简化了所述接触。
根据有利的改进方案，所述连接材料是焊珠、焊膏、导电胶和/或ACA(各向异性导电胶(anisotropic conductive adhesive))。
根据另一有利的改进方案，所述激活连接材料借助焊接来产生，例如借助热压焊接或者回流焊接产生。
根据另一有利的改进方案，将馈电线安装到所述引线框上借助熔焊、粘合、焊接、用导电胶胶粘、夹紧或者直连式连接器(Direktstecker)来实现。
根据另一有利的改进方案，在所述引线框的导体结构侧和/或在所述压电堆的有电极的侧面上产生附加的绝缘。如果所述引线框以所述导体结构侧在所述堆叠的电极侧上被涂敷，则这尤其是必要的。
根据另一有利的改进方案，借助于浸漆(Tauchlackierung)、喷漆、(真空)浇注或者注模附加产生外部绝缘、振动保护和/或减轻张力。减轻张力例如用于保证馈电线和导体结构的电连接。
本发明的优点：
-能放弃安装印刷金属条。
-所述方法允许非常大的设计自由度。
-所述堆叠的绝缘基本上更薄(视所采用的TAB薄膜而定)。
-改善散热。
-所述方法在工艺上可靠。
-所述方法的大部分自动地用卷到卷工艺实现。
-通过所述设计自由度能提高稳定性：
□确定所希望的裂纹位置或者
□应力优化的无裂纹设计
-可以在避免所述堆中的钝化区的情况下接触单个电极。因此排除由于钝化区引起的应力裂纹。所述堆的电极不需要结构性地制造。
-因为整个致动器面是活性的并且可以放弃钝化区，所以提高了效率。
-所述方法使得能在一侧上接触两个极。因此取消两侧处理的工艺成本。
-所有的工艺是适于大批量生产的。
-提高和更准确地确定介电强度和可靠性。
-改善的特性使得能够采用较小的堆并且因此节省成本。
附图说明
结合附图借助于实施例详细地说明本发明。其中：
图1示出根据本发明的装置的第一实施例；
图2示出根据本发明的装置的第二实施例。
具体实施方式
图1示出第一实施例，其中在压电堆上定位一引线框1。
柔性引线框1在绝缘膜上具有导体结构，并且通过所述导体结构的、绝缘膜的开口8所产生的无支撑的或者暴露的区域3与所述压电堆的电极5电连接。此处，所述导体结构是平坦的印制导线。开口8是所述绝缘膜的条状槽。这些沟道相互平行并且由压电堆的电极5的位置得出。同样能有其它形状的开口8。所述印制导线的回形在良好绝缘的情况下起最优接触的作用，并且匹配所述压电厚度(所述压电厚度例如是50μm至100μm)。铜或者铝适用作导体材料。绝缘膜例如由聚合物组成。
首先能引入下列构造步骤：
1.在压电堆的网格中利用导体结构的交替的无支撑的小终端引线(Anschlussbeinchen)或无支撑的区域3构造TAB引线框1。可选地，小终端引线3(或者也称为小撑脚(Anschlussfaehnchen)3)能配备有可焊接的表面。
2.将焊珠或者焊膏涂敷到所述压电堆接触元件或电极5上。
3.定位所述引线框1并且例如通过热压焊接或者回流焊接来焊接。
可以用两种方式定位引线框1。根据图1所示的第一实施例，利用背离堆的侧面上的小终端引线3来定位引线框1。所述引线框以其绝缘膜邻近堆的具有电极5的侧面。根据该实施例要求一种尽可能薄的引线框薄膜，以便保持小终端引线3距堆的距离很小。该距离必须通过相应的高度的导电连接材料(焊珠、焊膏、导电胶、ACA等等)来跨接。导体结构与所述堆叠的绝缘通过引线框1的衬底材料实现，也就是说通过绝缘膜实现。
根据图2所示的第二实施例，利用朝向堆的小终端引线3实现引线框1的定位。也就是说，引线框1以导体结构的侧面邻近压电堆的具有电极5的侧面。必要的是导体结构的绝缘7，以便避免极间的短路。绝缘7可以在引线框加工期间来涂敷，或者压电堆可以具有绝缘7。所述连接重新通过导电的连接材料(焊珠、焊膏、导电胶)来制造。可替换地可以通过ACA胶粘连(各向异性导电胶)来实现绝缘和同时的接触。
作为第四个也是最后一个构造步骤，例如通过熔焊、粘合、焊接、用导电胶胶粘、夹紧或者直连式连接器实现任意馈电线的安装。可选地，可以用适当的方法(浸漆、喷漆、(真空)浇注、注模等等)产生外部绝缘、振动保护和/或减轻张力。该方法步骤与方法步骤1和2同样可以在这两个实施例中相同地实施。
根据这两个实施例，导体结构具有一种回形的分布并且相互平行。
在构造引线框1的方面，其它实施形式同样被包含在本申请的保护范围中。
产生根据图1和图2所示的装置的方法同样属于该保护范围。

Claims (19)

1.一种压电装置，其由多个相互堆叠的、带有电极(5)的致动器层或者传感器层组成，
其特征在于，
柔性引线框(1)与电极(5)电连接，所述柔性引线框(1)在绝缘膜上具有导体结构并且通过导体结构的、绝缘膜的开口(8)所产生的无支撑的区域(3)与电极(5)电连接，给每个电极分配相互平行的回形导体结构。
2.如权利要求1所述的压电装置，
其特征在于，
所述压电装置是压电堆。
3.如权利要求2所述的压电装置，
其特征在于，
所有电极(5)都被布置在所述压电堆的一侧上。
4.如权利要求2或3所述的压电装置，
其特征在于，
堆叠压电，以致相同极性的区域(3)相互邻接，并且在其过渡区域中布置一公共电极。
5.如权利要求2或3所述的压电装置，
其特征在于，
所述引线框(1)以绝缘膜侧被固定在所述压电堆上。
6.如权利要求4所述的压电装置，
其特征在于，
所述引线框(1)以导体结构侧被固定在压电堆上，并且在导体结构与压电之间构造绝缘(7)。
7.如权利要求2或3所述的压电装置，
其特征在于，
导体结构具有馈电线的连接面(9)，该连接面(9)向外引出。
8.如权利要求7所述的压电装置，
其特征在于，
所述馈电线是到电源或者到信号检测装置的馈电线。
9.如权利要求1至3之一所述的压电装置，
其特征在于，
所述导体结构借助于导电连接材料与电极(5)和馈电线接触。
10.如权利要求7所述的压电装置，
其特征在于，
该连接面(9)经所述压电堆向外引出。
11.一种用于电接触一种压电装置的方法，所述压电装置由多个相互堆叠的、带有电极(5)的致动器层或者传感器层组成，
其特征在于，
-产生匹配要接触的电极(5)的位置的引线框(1)，
-在要接触的电极(5)上涂敷导电连接材料，
-在电极(5)上定位引线框(1)，
-激活所述连接材料，
-将馈电线安装到所述引线框(1)，
所述引线框(1)在绝缘膜上具有导体结构并且通过导体结构的、绝缘膜的开口(8)所产生的无支撑的区域(3)与电极(5)电连接，给每个电极分配相互平行的回形导体结构。
12.如权利要求11所述的方法，
其特征在于，
所述压电装置是压电堆，并且所述馈电线是到电源或者到信号检测装置的馈电线。
13.如权利要求11或12所述的方法，
其特征在于，
在产生所述引线框(1)时，无支撑的导体结构配备有可焊接的表面。
14.如权利要求11或12所述的方法，
其特征在于，
所述连接材料是焊珠、焊膏、和/或导电胶。
15.如权利要求11或12所述的方法，
其特征在于，
所述连接材料的激活借助焊接产生。
16.如权利要求15所述的方法，
其特征在于，
所述连接材料的激活借助热压焊接或者回流焊接产生。
17.如权利要求11或12所述的方法，
其特征在于，
将馈电线安装到引线框(1)借助粘合、焊接、夹紧或者直连式连接器来实现。
18.如权利要求12所述的方法，
其特征在于，
在引线框(1)的导体结构侧面和/或在所述压电堆的具有电极(5)的侧面上产生附加的绝缘(7)。
19.如权利要求11或12所述的方法，
其特征在于，
借助于浸漆、喷漆、浇注或者注模附加产生外部绝缘、振动保护和/或减轻张力。
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