CN102918671A

CN102918671A - 压电多层器件和用于构造压电多层器件中的外电极的方法

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Publication number: CN102918671A
Application number: CN2011800282727A
Authority: CN
Inventors: P.格莱茨; G.屈格尔; M.施塔尔; A.施塔尼
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2013-02-06
Also published as: DE102010022925A1; DE102010022925B4; JP2013533616A; EP2577757A1; WO2011154348A1; US20130140960A1; US9214621B2

Abstract

说明一种压电多层器件（1），其中至少一个外电极（6、6a、6b）固定在由压电层（3）和布置在所述压电层之间的电极层（4）构成的堆叠（2）处，其中外电极（6、6a、6b）的至少一个区域（8）伸出堆叠（2）并且外电极（6、6a、6b）在该区域（8）中至少部分地压制变形。此外，说明一种用于构造压电多层器件（1）中的外电极（6、6a、6b）的方法。

Description

压电多层器件和用于构造压电多层器件中的外电极的方法

技术领域

说明一种具有由压电层和布置在所述压电层之间的电极层构成的堆叠的压电多层器件。为了电接触电极层，在堆叠的外侧固定外电极。这种多层器件可以例如实施为压电执行器并且例如用于机动车中的喷油阀的操作。

背景技术

在文献WO 0191199A1中描述了一种具有固定在堆叠处的外电极的压电多层器件。

发明内容

要解决的任务是，说明一种外电极，该外电极允许尽可能简单的和成本有利的电接触。

说明一种具有由压电层和布置在所述压电层之间的电极层构成的堆叠的压电多层器件。该多层器件具有至少一个外电极。

优选地，所述器件具有至少一个第二外电极。所述外电极可以例如布置在器件的不同侧面上。电极层可以例如在堆叠方向上看到交替地直到引导至所述外电极之一，并且与该外电极电连接并且相对于第二外电极缩回到堆叠中。通过这种方式，电极层可以沿着堆叠方向交替地借助于外电极之一被电接触。

外电极具有第一和第二区域，其中第一区域固定在堆叠处并且第二区域例如在堆叠方向的方向上伸出堆叠。在该情况下，第二区域是第一区域的延长。优选地，第一和第二区域构造为整体的，其中例如第一区域和第二区域具有相同的材料。

在堆叠的侧面上可以施加基础金属化部，该基础金属化部例如具有如银-钯或者铜的材料并且接触位于堆叠中的电极层。

外电极的第一区域例如借助于焊料材料或者导电粘合剂固定在堆叠处，优选固定在基础金属化部处。

此外，外电极在第二区域中至少部分地压制变形。外电极的第二区域的压制变形例如可以通过压褶来产生，但是可能地也可以通过其它的塑性变形过程来产生。在此，例如可以实现外电极的形状稳定的变形。所述压制变形可以对已经固定在堆叠处的外电极执行。这使得能够特别简单地构造外电极。替换于此地，压制变形的步骤也可以在将外电极固定在堆叠处之前执行。

在外电极的第二区域处，例如可以安装附加接触部。该附加接触部可以例如通过将连接元件、例如连接金属丝钎焊或焊接到外电极的第二区域处来进行。因为外电极的第二区域伸出由压电层和布置在所述压电层之间的电极层构成的堆叠，因此可以避免在由压电层和电极层构成的堆叠的表面处进行额外的钎焊和焊接过程，所述钎焊和焊接过程可能导致这些层的损坏。

外电极的伸出堆叠的第二区域可以通过压制变形与附加接触部的特殊的几何的和机械的要求相匹配。为此可以在压制变形的过程中例如适当地选择压制工具的按压压力和着手区域。例如可以通过唯一的过程步骤将外电极的宽度和厚度与装配空间相匹配。例如由于结构空间限制，尽可能窄的、紧凑的和占用较少空间的外部接触常常是有利的。

优选地，外电极的第一和第二区域由共同的导电元件构成。这例如可以是整体的。优选地，该导电元件形成为平面的。该元件例如在其最初形状方面在第一区域中和在第二区域中具有相同的外部形状并且在稍后的方法步骤中在第二区域中被压制变形。通过在第一区域中和在第二区域中的外电极由共同的元件构成，外电极的制造过程例如被简化，因为伸出堆叠的第二区域不必通过焊接或钎焊过程才与第一区域连接。

例如，外电极至少部分地构造为平坦的。优选地，外电极在整个第一区域中构造为平坦的。在平坦地构造的区域中，外电极的厚度优选明显小于外电极的宽度。所述外电极优选在其平坦地构造的区域中基本上在二维的面内延伸，该面在下文中被称为外电极的主面。优选地，外电极在第一区域中在主面内延伸。

在一个实施方式中，外电极在具有主面的第一区域中布置在堆叠处。优选地，外电极在具有主面的第一区域中位于堆叠上。外电极的第一区域例如可以借助于焊料材料完全地固定在堆叠处，也就是说，外电极在第一区域中的所有子区域直接地固定在堆叠处，例如固定在堆叠的基础金属化部处。

在一个实施方式中，外电极在第一区域中在堆叠的侧面的大部分上延伸。外电极在第一区域中的宽度例如可以几乎与侧面的宽度相对应。优选地，外电极在第一区域中至少像堆叠的侧面的一半那样宽。

在另一实施方式中，在外电极的第二区域中外电极的至少一个子面相对于主面倾斜。该倾斜优选通过如下方式实现，即外电极一方面在具有主面的第一区域中位于堆叠处，并且另一方面在第二区域中通过压制工具变形。

例如在外电极的第二区域中，外电极的两个或更多个子面彼此邻接。通过外电极在第二区域中的压制变形——该外电极在其最初状态中例如构造为平坦的使得所述子面在最初状态中例如处于一个平面内，外电极可以在第二区域中被变形为，使得两个或更多个子面在压制变形之后在第二区域中彼此接触。尤其是，外电极的所述两个或更多个彼此邻接的子面这样彼此邻接，使得所述子面的两个导电的彼此邻接的区域彼此处于直接的电接触中。

优选地，彼此邻接的子面没有绝缘层。由此可以有利地实现，提供可靠的电接触，该电接触尤其是也可以在子区域例如由于外电极在该区域中磨损而损坏时被保证。

此外，外电极可以在第二区域中至少部分地折叠。外电极通过压制变形例如在第二区域的中间被弯折，其中两个子面被相对于彼此按压，由此形成子面的稳定连接。因此，通过例如借助于压褶工具将外电极在第二区域中压制变形，在第二区域中形成外电极的至少部分的折叠。

在一个实施方式中，外电极构造为网。该网可以具有彼此交织的金属丝。这些金属丝可以具有例如钢、铜或者铁镍合金的材料。可替换地，所述金属丝也可以具有其它材料。

所述网可以例如至少逐点地固定在基础金属化部处，该基础金属化部施加在堆叠的侧面上并且接触处于堆叠中的电极层。在逐点的接触部之间可以构造可延展的区域。由此可以防止外电极中的由于压电层内的机械应力而可能产生的裂缝形成。

在一个实施方式中，至少一个金属丝从第一区域引入到第二区域中。该金属丝具有例如第一和第二片段，其中第一片段位于堆叠处并且第二片段伸出堆叠。

在一个实施方式中，在第二区域中至少一个金属丝具有至少两个金属丝片段，其中该金属丝在第一金属丝片段中具有与在第二金属丝片段中不同的厚度。例如，通过外电极在第二区域中至少部分地被压制变形，一个金属丝或者多个金属丝的一个或多个金属丝片段可以被变形为，使得在压制变形之后各个金属丝片段的厚度不同。被压制变形的金属丝的厚度可以通过适当地选择压制压力而被调整到期望的值。

可替换地，外电极也可以构造为金属片。例如，所述金属片配备有孔并且由此具有提高的可延展性。由此可以防止例如外电极的裂缝形成。

在一个实施方式中，外电极在第二区域中具有至少一个子区域，在该子区域中外电极的宽度比外电极在第一区域中的宽度小。概念“宽度”在此优选被称为外电极在横向于堆叠方向的方向上的延伸，其中该方向平行于堆叠的侧面，外电极的第一区域布置在该侧面上。

外电极在第二区域中的与第一区域中相比较小的宽度可以优选通过外电极在第二区域中的压制变形、例如通过压褶来达到。由此可以获得例如外电极的伸出堆叠的第二区域的细长形状，这在结构空间限制的情况下是有利的。

在另一实施方式中，外电极在第二区域中具有至少一个子区域，在该子区域中外电极的厚度比外电极在第一区域中的厚度大。在此，外电极的概念“厚度”可以理解为外电极的子区域垂直于堆叠的侧面的延伸，在该侧面上布置有外电极的第一区域。

例如可以通过将外电极在第二区域中“翻折”、例如借助于压褶工具将外电极在第二区域中压制变形为，使得外电极在第二区域中的宽度比在第一区域中小并且同时外电极在第二区域中的厚度比在第一区域中大。“翻折”例如可以表示，外电极在第二区域的中间沿着在堆叠方向上走向的折线折叠。

在伸出堆叠的第二区域中，可以例如借助于钎焊或焊接来固定用于电压供给的附加接触部。由此可以避免在堆叠表面附近的可能损坏压电多层器件的钎焊和焊接。

此外，说明一种用于构造压电多层器件中的外电极的方法。

在此首先提供由压电层和布置在所述压电层之间的电极层构成的堆叠。在堆叠的侧面上可以施加基础金属化部，所通过的方式是，例如将银-钯膏或者含铜膏敷到侧面上并且然后煅烧。

此外提供导电元件，该导电元件具有第一和第二区域。元件的第一区域布置在堆叠处，例如布置在上面施加有基础金属化部的侧面上，使得第二区域伸出堆叠。元件的第一区域例如借助于焊料材料固定在堆叠处，优选固定在基础金属化部处。

接着，对元件的第二区域压制变形。为此，优选将具有压制钳的压制工具、例如压褶工具在导电元件的第二区域中例如布置在该元件的两个不同侧并且然后压制在一起。通过这种方式，由导电元件构成器件的外电极。通过所述压制变形，在器件处构造的外电极在其外部形状方面不同于导电元件的最初形状。

通过所述压制变形，例如外电极在第二区域中的厚度和宽度与第一区域中的厚度和宽度可以不同。外电极在第二区域中的几何结构可以任意地与多层器件的要求相匹配，以便例如使附加接触部到外电极的安装变得容易。

附图说明

下面根据示意性附图阐释所说明的压电多层器件及其有利的构型。

图1示出具有外电极的压电多层器件的透视图，

图2示出具有外电极的压电多层器件的横截面，

图3示出具有外电极的压电多层器件的侧视图，

图4A，4B，4C示出用于构造压电多层器件中的外电极的方法的方法步骤。

具体实施方式

图1示出具有外电极6的压电多层器件1，该外电极在第二区域8中被至少部分地压制变形。

压电多层器件1包括由压电层3和位于所述压电层之间的电极层4构成的堆叠2，这些层沿着堆叠方向14相叠布置。堆叠方向14对应于堆叠2的纵轴。压电层3和电极层4共同被烧结并且构成单片烧结体。

电极层4沿着堆叠方向14交替地达到直至堆叠2的外侧并且与相对的外侧间隔开。为了接触电极层4，外电极6在外电极6的第一区域7中固定在堆叠2的外侧上。外电极6在第一区域7中以平面方式成形，也就是说外电极6构造为平坦的并且在第一区域7中在大的二维区域上延伸。该二维区域也可以称为外电极的主面15。第一区域7覆盖堆叠2的侧面的大部分。外电极6与主面15一起置于堆叠2处并且全面地与堆叠2连接。

在该实施例中，外电极6实施为金属丝网。该金属丝网具有金属丝20，这些金属丝相互交织并且例如具有如钢、铜或者铁-镍合金的材料。

外电极6的第二区域8在堆叠方向14的方向上伸出堆叠2。外电极6在第二区域8中具有子面9a和9b，所述子面9a和9b相对于主面15倾斜。两个子面9a和9b在第二区域8中彼此接界。可替换地，外电极6在第二区域8中也可以具有其它压制变形的几何结构。

通过相同的或者类似的方式，另一外电极在相对的外侧上固定和压制变形（这里没有绘出）。

图2示出根据图1的压电多层器件1的横截面，其中可以看到压电层3的俯视图。由压电层3和电极层4构成的堆叠2具有两个相对的非活性区5a，5b。在非活性区5a，5b内，在堆叠方向14上看，不出现相邻的极性相反的电极层4的重叠。在堆叠2的、与非活性区5a，5b邻接的两个相对的外侧2a，2b上，施加基础金属化部10。该基础金属化部10优选以银-钯膏或者含铜膏的形式敷到堆叠2的外侧的子区域上并且在烧结堆叠时被一同煅烧。外电极6a，6b分别借助于焊层11固定在基础金属化部10处。

通过外电极6在第二区域8中例如借助于压褶工具被压制变形，压制变形后的外电极6在第一区域7中的其厚度18与在第二区域8中的其厚度19不同。尤其是，外电极6在第一区域7中具有比在第二区域8中小的厚度18。通过外电极6在第二区域8中被压制变形，外电极6的第二区域8的几何结构可以与附加接触部12的特殊的几何要求匹配。

图3示出根据图1的压电多层器件1的侧视图，其中器件1与图1中的器件1相比关于堆叠方向14旋转180度。外电极6在第一区域7中实施为平面的并且具有主面15，外电极6例如借助于堆叠2处的软焊料固定在该主面15处。

通过压制变形，外电极6在第二区域8中的其宽度17与其在第一区域7中的厚度16不同。通过外电极6在第二区域8中更窄的形状，例如可以使附加接触部12的安装变得容易或者外电极6可以与其装配空间匹配。

这种附加接触部12用于电压供给并且例如通过在第二区域8中进行钎焊或焊接固定在外电极6处。通过将附加接触部12固定在外电极6的第二区域8中，例如可以避免或减少在堆叠2的表面处的、可能导致堆叠2损坏的例如钎焊和焊接过程。

图4A、4B和4C示出用于构造压电多层器件中的外电极的方法的方法步骤。

图4A示出由压电层3和布置在所述压电层3之间的电极层（在此未示出）构成的堆叠2，在该堆叠2处布置和固定具有第一区域7和第二区域8的导电元件9。

第二区域8是第一区域7的延长。元件9成形为平面的，也就是说该元件9构造为平坦的并且在大的二维区域上延伸。第一区域7中的平面地成形的区域被称为元件9的主面15。

导电元件9因此在堆叠2处被布置为，使得其在第一区域7中以其主面15全面地位于堆叠2处并且在第二区域8中在堆叠方向14上伸出堆叠2。接着，例如借助于钎焊将元件9在第一区域7中以其主面15固定在堆叠2处。

图4B示出将元件9固定在堆叠2处之后的堆叠2和导电元件9并且表示了借助于压制工具13对元件9的第二区域8的一部分进行压制变形。在此，具有压制钳的压制工具13在第二区域8中布置在元件9的两个不同侧并且之后压制在一起。例如可以将压褶工具用作为压制工具13。

图4C示出压制变形步骤之后的导电元件9。通过在第二区域8中至少部分地被压制变形的导电元件9，构造了外电极6，其中所述导电元件9固定在堆叠2处。

本发明不由于根据实施例的描述而受限于此，而是包括每种新的特征以及特征的每种组合。这尤其是包含权利要求书中的特征的每种组合，即使当该特征或者该组合本身没有明确地在权利要求书或者实施例中说明时也是如此。

附图标记列表

1 压电多层器件

2 堆叠

2a、2b 外侧

3 压电层

4 电极层

5a、5b 非活性区

6、6a、6b 外电极

7 第一区域

8 第二区域

9 元件

9a 第一子面

9b 第二子面

10 基础金属化部

11 焊层

12 附加接触部

13 压制工具

14 堆叠方向

15 主面

16 第一区域中的宽度

17 第二区域中的宽度

18 第一区域中的厚度

19 第二区域中的厚度

20 金属丝。

Claims

1.压电多层器件（1）

- 具有由压电层（3）和布置在所述压电层之间的电极层（4）构成的堆叠（2），和

- 具有至少一个外电极（6、6a、6b），所述外电极具有固定在堆叠（2）处的第一区域（7）和伸出堆叠（2）的第二区域（8），

- 其中外电极（6、6a、6b）在第二区域（8）中至少部分地压制变形。

2.根据权利要求1的多层器件，

- 其中第一和第二区域（7、8）由共同的元件（9）构成。

3.根据权利要求1或2之一的多层器件，

- 其中外电极（6、6a、6b）至少部分地构造为平坦的并且具有主面（15）。

4.根据权利要求3的多层器件，

- 其中外电极（6、6a、6b）在第一区域（7）中以其主面（15）布置在堆叠（2）处。

5.根据权利要求3或4之一的多层器件，

- 其中在第二区域（8）中外电极（6、6a、6b）的至少一个子面（9a、9b）相对于外电极（6、6a、6b）的主面（15）倾斜。

6.根据权利要求1至5之一的多层器件，

- 其中在第二区域（8）中外电极（6、6a、6b）的至少两个子面（9a、9b）彼此邻接。

7.根据权利要求1至6之一的多层器件，

- 其中外电极（6、6a、6b）在第二区域（8）中至少部分地折叠。

8.根据权利要求1至7之一的多层器件，

- 其中外电极（6、6a、6b）构造为网，

- 其中所述网具有彼此交织的金属丝（20）。

9.根据权利要求8的多层器件，

- 其中至少一个金属丝（20）从第一区域（7）引入到第二区域（8）中。

10.根据权利要求8或9之一的多层器件，

- 其中在第二区域（8）中至少一个金属丝（20）具有至少两个金属丝片段，

- 其中金属丝（20）在第一金属丝片段中具有与在第二金属丝片段中不同的厚度。

11.根据权利要求1至10之一的多层器件，

- 其中外电极（6、6a、6b）在第二区域（8）中具有至少一个子区域，在所述子区域中外电极（6、6a、6b）的宽度（17）小于第一区域（7）中的外电极（6、6a、6b）的宽度（16）。

12.根据权利要求1至11之一的多层器件，

- 其中外电极（6、6a、6b）在第二区域（8）中具有至少一个子区域，在所述子区域中外电极（6、6a、6b）的厚度（19）大于外电极（6、6a、6b）在第一区域（7）中的厚度（18）。

13.根据权利要求1至12之一的多层器件，

- 其中多层器件（1）具有至少一个附加接触部（12），所述附加接触部固定在外电极（6、6a、6b）的第二区域（8）中。

14.用于构造压电多层器件（1）中的外电极（6、6a、6b）的方法，包括步骤：

A）提供由压电层（3）和布置在所述压电层之间的电极层（4）构成的堆叠（2），

B）提供具有第一区域（7）和第二区域（8）的导电元件（9），

C）将元件（9）的第一区域（7）布置在堆叠（2）处，使得第二区域（8）伸出堆叠（2），并且将元件（9）的第一区域（7）固定在堆叠（2）处，以及

D）将元件（9）的第二区域（8）压制变形。

15.根据权利要求14的方法，

- 其中在步骤D）中为了压制变形使用压褶工具。