CN104395978A - 用于制造电组件的方法和电组件 - Google Patents
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Abstract
提出用于制造电组件(19)的方法，其中在步骤A)中提供包括至少一个空腔(7，8)的主体(1)。在步骤B)中空腔(7，8)至少部分通过毛细力与流体的绝缘材料(13)填充。此外提出电组件(19)，其中空腔(7，8)至少部分以绝缘材料(13)填充。绝缘材料(13)通过毛细力引入空腔(7，8)中。此外提出电组件(19)，其中空腔(7，8)至少部分以有机绝缘材料(13)填充并且其中空腔至少部分由煅烧的外接触(17，18)遮盖。
Description
提出用于制造电组件的方法和电组件。组件优选是多层组件。例如组件设计成压电致动器，该压电致动器可以用于操纵机动车中的喷油阀。该组件还可以例如设计成变阻器，电容器，热敏电阻或正温度系数热敏电阻。
在出版物DE 10 2006 001 656 A1， DE 44 10 504 B4 和 DE 10 2007 004 813 A1中描述用于形成多层组件中的绝缘区的蚀刻方法。绝缘区接着用绝缘材料填充。
要解决的任务在于，提出具有改进的特性的用于制造电组件的改进的方法和电组件。
提出用于制造电组件的方法，其中提供包括至少一个空腔的主体。空腔通过毛细力至少部分用绝缘材料填充。例如对此主体至少部分引入到流体的绝缘材料中。优选地主体具有多个空腔，该空腔用绝缘材料填充。
主体例如设计成电组件的基体。备选地主体可以在用绝缘材料填充之后拆分从多个电组件的基体。该组件优选压电电组件，尤其是组件可以设计成压电致动器。
优选主体具有电极层。优选地电极层与非传导性的层交替布置成堆叠。非传导性的层例如陶瓷层，尤其是压电陶瓷层。主体优选是单块的烧结体。
优选地在相邻电极层之间的组件操作中施加电压。电极层优选在堆叠方向上交替地达到主体的第一侧面并且与第二侧面，优选相对的侧面，隔开。尤其是第一电极层达到第一侧面并且与第二侧面隔开。第二电极层达到第二侧面并且与第一侧面隔开。
在一实施方式中空腔与电极层相邻。例如通过空腔产生电极层到侧面的距离。在这种情况下空腔用于绝缘区，以便建立电极层与侧面的电绝缘。优选地主体具有多个空腔，该空腔隔离与主体的侧面交替的第一和第二电极层。
以这种方式第一电极层可以通过布置在主体的第一侧面上的第一外接触来共同电接触，而第二电极层与这个外接触绝缘。同样的第二电极层可与布置在堆叠的第二侧面上的第二外接触共同电，而第一电极层与这个外接触绝缘。
备选地或附加地可以通过空腔产生主体的机械松弛。机械应力可以在主体中特别在存在组件中的不活动区的情况下产生。在不活动区中在堆叠方向看不出现相邻的电极层的重叠。例如当在组件中相邻电极层交替通向到侧面并且与相对的侧面隔开时产生不活动区。
备选地或附加地可以通过空腔形成设定中断区域（Sollbruchbereiche）。设定中断区域优选在组件中的薄弱点，该薄弱点用作适当地产生并且引导断裂。以这种方式可以防止组件中的断裂的不受控制的产生和扩散，使得减少短路（Kurschlüssen）的危险。
在实施方式中空腔不与电极层相邻。在这种情况下空腔例如仅用于设定中断区域或用于分解主体中的应力。
空腔例如通过蚀刻方法引入在主体中。对此主体例如用全面涂装的电极层制造。主体引入在蚀刻介质中并且施加第一或第二电极层和单独辅助电极之间的电压。以这种方式可以执行电控制的蚀刻方法，其中受控的空腔引入主体中。用该蚀刻方法可以产生难以填充的特别细的空腔。
备选地空腔还可以通过其他方法引入在主体中。例如空腔通过机械方法引入主体中。
空腔至少部分用绝缘材料填充。由此尤其是可防止电极层和具有与电极层不同极性的外电极之间的电击穿。在侧面上涂的外电极上电极层上的电压的施加的情况下可以发生这种不期望的电击穿。这个问题由此产生，在电极末端的情况下可出现场过高，其可导致在电极末端和通过空腔分开的外电极之间的大量击穿。尤其是这在用正电压施加的外电极和作为阴极顶点作用的电极层的情况下出现。这样的击穿可以导致损坏组件。对此备选地或附加地可以通过绝缘材料来避免，物质（尤其是导电物质）渗入主体中并且导致短路。
通过将绝缘材料引入空腔中会提高电击穿电压并且因此防止击穿。优选地将绝缘材料引入电极层的暴露的末端和外电极的位置之间。因此绝缘材料可以形成电极层和外电极之间的障碍并且尤其是防止大量击穿，大量击穿可导致损坏组件。例如绝缘材料遮盖电极层的至少一个在空腔中暴率的末端。优选绝缘材料遮盖所有在空腔中暴露的电极层。绝缘材料可以备选地或附加地在暴露的电极末端和外电极之间的其他区域中存在。例如绝缘材料遮盖外电极的向着空腔的侧。
在一实施方式中在电极末端的总长度上在电极末端和外电极的位置之间存在绝缘材料。但是还可以仅在电极末端的部分长度上存在绝缘材料。然后当外电极仅在外侧之上涂覆时，这可以尤其是该情况。然后空腔优选在该区域中用绝缘材料填充，其位于电极末端和外电极的位置之间。在实施方式中空腔完全用绝缘材料填充。
在一实施方式中为了用绝缘材料填充空腔主体至少部分地引入绝缘材料（尤其是流体的绝缘材料）中。
例如具有其上暴露空腔的侧面的主体引入绝缘材料中。绝缘材料通过毛细力卷入到空腔中并且优选通过毛细力在空腔中向上升高。优选由此填充其总长度的空腔。
空腔例如从侧面通到相对的侧面并且在两个侧面上暴露。主体然后可以仅用侧面之一引入到绝缘材料中并且然后绝缘材料由于毛细力移动抵达相对的侧面。如果绝缘材料在空腔中从下向上升高，则空气可以通过空腔的上开口溢出。优选地主体以侧面导入到绝缘材料中，其并非设置用于布置外接触。备选地空腔还可以仅在其长度的部分上用绝缘材料填充。例如在这种情况下绝缘材料并没有升高到完全上面。
在将主体引入到绝缘材料中之前可以遮盖主体的部分，尤其是夹住主体的部分，使得这个部分保持没有绝缘材料。
在另一实施方式中绝缘材料在主体上涂覆。尤其是绝缘材料涂覆在其上暴露空腔的侧面上。然后绝缘材料通过毛细力卷入空腔中。
在此例如绝缘材料至少侧面的区域上涂覆，该区域上稍后布置外电极。优选在其上涂覆绝缘材料的平面比其上布置外电极的平面更大。
例如绝缘材料可以通过丝网印刷在主体上涂覆。这个方法在玻璃的情况下特别良好地适合作为绝缘材料。玻璃可以通过烧穿过程熔化并且然后由于毛细力侵入空腔中。例如绝缘材料填充仅侧面附近的空腔的区域并且不侵入到电极末端。
流体绝缘材料优选如此选择，与空腔相邻的材料良好地湿润。
在一实施方式中绝缘材料具有漆。例如绝缘材料具有有机材料。尤其是它可以是酒精原料的漆。通过这种溶剂可以实现陶瓷材料，尤其是PZT的良好使用。漆还可以用于主体的外部钝化。在引入空腔中之后硬化漆。
在另一实施方式中绝缘材料具有玻璃。在此玻璃在引入空腔中的情况下在其熔化温度之上。例如玻璃具有铅或硅原料。玻璃的熔点优选外接触的烧穿温度之上。玻璃具有足够低的粘度，使得可以填充空腔。尤其是在玻璃的情况下作为绝缘材料可能的是，还在填充空腔之后还进行高温过程。例如外接触在引入绝缘材料之后可以作为金属膏涂覆并且煅烧。此外玻璃具有特别高的电击穿强度。例如玻璃作为膏在空腔上涂抹并且在烧入过程中熔化。
优选地外接触在主体上涂覆。在一实施方式中外接触在引入绝缘材料之前，例如在将主体引入流体的绝缘材料中之前，在主体上涂覆。
优选地外接触用于接触电极层。例如涂覆第一外接触用于接触第一电极层并且涂覆第二外接触用于外接触第二电极层。例如煅烧外接触。在此外接触优选例如以丝网印刷方法以金属膏的形式涂抹在侧面上，并且接着煅烧。
优选外接触至少部分遮盖空腔。尤其是在涂覆外接触的情况下在用绝缘材料填充空腔之前在外接触下面存在空洞。然后绝缘材料可以通过毛细管效应引入到位于外接触下面的空腔中。
这具有该优点，绝缘材料可以受控地仅在空腔中引入并且尤其是没有抵达侧面上的电极层在遮盖侧面遮盖。因此可以取消其他处理步骤，例如侧面的抛光。
此外可以在涂覆外接触的情况下在用绝缘材料填充空腔之前进行用于涂覆外接触的过程步骤而不存在损伤绝缘材料的危险。例如可以进行高温过程，例如作为金属膏涂覆的外接触的烧透。接着可以将不适合用于高温过程的绝缘材料，尤其是有机绝缘材料引入空腔中。
在备选的实施方式中外接触在引入绝缘材料之后涂覆在主体上。例如外接触可以作为金属膏涂抹在侧面上并且煅烧。备选地还可以外接触通过溅射涂覆。备选地可以将外接触设计为导电粘合剂。
优选主体具有多个空腔。空腔可以在不同侧面上布置。例如第一空腔布置在第一侧面上并且第二空腔布置在第二侧面上。优选在不同侧面上布置的空腔以一级方法用绝缘材料填充。尤其是空腔同时用绝缘材料填充。因此取消多级涂覆绝缘材料，例如在第一步骤中将绝缘材料引入在第一侧面上布置的空腔中并且在接下来的第二步骤中将绝缘材料引入第二侧面上布置的空腔中。
此外布置电组件，该电组件具有带空腔的主体，其中空腔至少部分用有机绝缘材料填充。优选主体形成组件的基体。空腔至少部分由煅烧的外接触遮盖。
优选地煅烧的外接触布置在主体的侧面上。外接触用于例如接触电极层。
组件可以用这里所述的方法制造并且可以具有关于该方法描述的所有功能和结构特征。
例如有机绝缘材料可以如在上面方法中所述通过毛细力引入到空腔中。在此尤其是首先可以涂覆并且煅烧外接触。接着有机绝缘材料可以在煅烧的外接触下导入空腔中。之后有机绝缘材料可以硬化。有机绝缘材料例如是有机漆。
优选主体具有至少一个电极层。有机绝缘材料例如在电极层和外接触之间布置。具有有机绝缘材料的空腔因此可以如上所述用于电绝缘电极层和外接触。备选地或附加地空腔可以形成设定中断位置。
此外提出电组件，该电组件具有带至少一个空腔的主体，空腔至少部分用绝缘材料填充。优选地主体形成组件的基体。绝缘材料通过毛细力导入到空腔中。
组件可以用这里所述的方法制造并且可以具有关于该方法描述的所有功能和结构特征。
在下面这里所述的主题根据示意性并且并非真实比例的实施例更详细解释。
其示出:
图1是多层组件的主体的示意性透视图，
图2是将绝缘材料引入图1的主体的空腔中的步骤的示意性表示，
图3是根据第一方法流程的引入绝缘材料之前图1的主体上的侧面平面图，
图4是根据第一方法流程引入绝缘材料之后的图3的主体的侧面平面图，
图5是根据第一方法流程的涂覆外电极之后图4的主体的侧面平面图，
图6是根据第二方法流程的引入绝缘材料之前的图1的主体的侧面平面图，
图7是根据第二方法流程的涂覆外接触之后的图6的主体的侧面平面图，
图8是根据第二方法流程引入绝缘材料之后图7的主体的侧面平面图。
优选地在下面图中相同附图标记指示不同实施方式的功能或结构相应的部分。
图1示出电组件的主体1的示意性透视图。
主体1具有由非传导性的层2其间布置的电极层3，4组成的堆叠。层2，3，4沿着堆叠方向S彼此堆叠。堆叠方向S对应于主体1的纵轴。
在此描绘的主体1是例如用于压电致动器的组件的基体。在其他实施方式中主体在稍后的方法步骤分解成多个基体。
非传导性的层2包含例如陶瓷材料。优选地非传导性的层2设计作为压电电层，尤其是作为压电陶瓷层。
描绘的主体1优选地是烧结的主体。特别优选地主体1是单片的烧结体，使得电极层3，4与非传导性的层2共同烧结。
电极层3，4优选地包含金属。尤其优选地电极层3，4包含铜或由铜制成。在另一实施方式中电极层3，4可以包含例如银或银钯。
电极层3，4具有第一电极层3和第二电极层4，它们彼此交替布置。第一电极层3抵达到主体1的第一侧面5并且与第二，相对的侧面6隔开。第二电极层4与主体1的第一侧面5隔开并且抵达直到相对的侧面6。
在主体1中与电极层3，4相邻地构造第一和第二空腔7，8，通过该空腔与侧面5，6交替地电极层3，4后置。空腔7，8延伸到主体1的内部中例如100μm。
第一和第二空腔7，8bi形成第一和第二绝缘区9，10，第一和第二绝缘区分别电隔离电极层3，4与侧面5，6。以这种方式第一电极层3可以通过在第一侧面5上涂覆的外电极17共同接触，而第二电极层4与这个外电极17隔离。相应地第二电极层4可以通过在第二侧面6上涂覆的外电极18(见图5)电接触。第一外电极17虚线标示，以便表示外电极17的可能的定位和装配。外电极17，18可以在用绝缘材料填充空腔7，8之前或之后涂覆。
附加地可以通过空腔7，8形成设定中断区域，其中主体1中断裂适当存在并且引导。由此可以防止，主体1中断裂不受控制地扩散并且在搭接电极层3，4的情况下导致短路。此外空腔7，8还可以导致绝缘区9，10中的机械松弛，使得较少断裂在主体1中产生。
在其他实施方式中空腔7，8可以如此定位，使得其不与电极层3，4相邻。在这种情况下空腔7，8可以仅用于机械松弛或作为设定中断区域。
例如空腔7，8蚀刻在主体1中。这种空腔7，8具有例如大约2μm的在堆叠方向上的切口宽度。
在在侧面5，6上涂覆的外接触17，18上电极层3，4上的电压的施加的情况下，在暴露的电极末端11，12和外接触18，17之间可发生不期望的电击穿，外接触不与所属电极层3，4相连。
通过将绝缘材料引入空腔7，8中会提高电击穿电压并且因此防止击穿。例如绝缘材料至少在电极末端11，12上涂覆。因此可以提高电子从电极末端11，12的逸出功。备选地或附加地绝缘材料还可以在r外接触18，17和电极末端11，12之间的其他位置上布置。例如绝缘材料可以如此引入到空腔7，8中，使得其遮盖外接触18，17的内侧。还可以以这种方式防止大量击穿。
图2以示意的表示示出用于将绝缘材料引入图1的主体1的空腔的方法。
在此流体的绝缘材料13在容器14中提供。绝缘材料13具有优选非传导性的材料上的良好湿润。尤其是湿润角设计成平面的。在这种情况下空腔可以通过毛细力良好充填。绝缘材料13还可以附加地用于外钝化主体1。
在一实施方式中绝缘材料13具有漆。尤其是它可以是有机绝缘材料13。适合例如具有混合二甲苯和乙基苯（Etylbenzen）作为稀释剂的硅漆。
在另一实施方式中绝缘材料13具有玻璃。玻璃在引入空腔7，8中的情况下在熔化温度之上。例如玻璃具有铅或硅原料。
主体1部分地引入到绝缘材料13中。尤其是主体以第三侧面15引入到绝缘材料13中。空腔7，8在第三侧面15上暴露。因此绝缘材料13可以同时侵入到第一和第二空腔7，8中。通过毛细力绝缘材料13在空腔7，8中向上升高。对此空气可以从空腔7，8向上逸出。优选绝缘材料13升高直至相对的第四侧面16。因此空腔7，8在其总长度上由绝缘材料13填充。
在此绝缘材料13可以完全填满空腔7，8。备选地空腔7，8还可以仅部分地用绝缘材料13填充。在这种情况下例如至少电极末端11，12在其总长度上由绝缘材料13遮盖。通过电极末端11，12（尤其是阴极顶点）的这种蒙护，可以提高击穿电压。备选地或附加地绝缘材料13可以在电极末端11，12和外电极17，18的位置之间其他的位置上可用。
绝缘材料13还可以仅在电极末端11，12的长度的部分上填充空腔7，8。在这种情况下绝缘材料13优选至少在电极末端11，12和外电极17，18的位置之间的区域中存在。
执行的方法是一级的，使得主体1仅引入绝缘材料13中一次。备选地主体1还可以引入绝缘材料13中多次。例如主体在引入第三侧面15之后接着用其第四侧面16引入绝缘材料13中。当绝缘材料13在主体1到绝缘材料13中的第一引入时未完全向上升高时这可以是有利的。
通过使用毛细管效应填满空腔7，8尤其是在较小宽度的空腔的情况下是有利的，因为通过毛细管效应绝缘材料13可以受控地引入到窄空腔中。
在将主体1引入到绝缘材料13中之前可以遮盖或夹住未用绝缘材料13遮盖的主体1的部分。
在引入绝缘材料13之后硬化绝缘材料13。在以玻璃原料的绝缘材料13的情况下可以煅烧绝缘材料13。
主体1可以在引入绝缘材料13时已经设置有外接触17，18或没有外接触。方法流程的可能变型在图3到8中示出。
图3到5示出根据第一方法流程的图1的主体的侧面平面图。
在此图3示出在引入绝缘材料之前的主体1。不将外接触涂覆到侧面5，6上，使得空腔7，8在两个侧面5，6上暴露。主体1在没有外接触的情况下引入例如流体绝缘材料13中如在图2中所示。
备选地绝缘材料13可以例如通过丝网印刷涂覆到侧面5，6上。这个方法特别良好适合用于玻璃作为绝缘材料13。绝缘材料13可以作为膏涂覆在侧面5，6上并且通过烧入过程熔化。通过毛细力绝缘材料13侵入到空腔7，8中。例如绝缘材料13填充仅空腔7，8在侧面5，6附近的区域并且不挤进到电极末端11，12。
图4示出在引导绝缘材料13之后的图3的主体1。绝缘区9，10在此完全用绝缘材料13填充。绝缘材料13在引入空腔7，8中之前或之后硬化或煅烧。接着可以将侧面5，6，15，16抛光，分离多余的绝缘材料13。例如通过抛光第一侧面5绝缘材料13从第一电极层3分离。
之后在第一并且第二侧面5，6上涂覆外接触。
图5示出在涂覆外接触17，18之后的主体1。外接触17，18例如作为金属膏涂覆在侧面5，6上并且接着煅烧。在备选实施方式中外接触17，18以溅射方法涂覆。在另外的备选实施方式中可以将外接触17，18设计为导电粘合剂。
例如现在存在完成的组件19。在备选实施方式中主体1分解成组件的多个基体。这个步骤可以硬化漆之前或之后，钝化侧面5，6，15，16之前或之后或引入外接触17，18之前或之后实现。
图6到8示出根据第二方法流程的图1的主体1的侧面平面图。
根据这个方法流程在引入绝缘材料13之前外接触17，18涂覆到主体1上。这尤其是实现，在煅烧外接触17，18使用有机绝缘材料13。
图6示出在引入绝缘材料之前并且在涂覆外接触之前的主体1。
图7示出在在相对的侧面5，6上涂覆外接触17，18之后的主体1。例如外接触17，18通过金属化膏制造，金属化膏在侧面17，18上施加并且煅烧。
空腔7，8没有绝缘材料，使得空洞位于外接触17，18下。
接着在空腔7，8中（如在图2中所示），引入绝缘材料13。因为在此外接触17，18已经与电极层3，4相连，表面的钝化的步骤可以在引入绝缘材料13之后取消。
图8示出在引入绝缘材料13之后的主体1。硬化绝缘材料13。例如现在存在完成的组件19。备选地主体1可以分解成组件的多个基体。这个步骤可以备选地涂覆外接触17，18之前或之后或在引入绝缘材料13之前或之后实现。组件19可以具有尤其是有机绝缘材料13和煅烧的外接触17，18。
附图标记列表
1 主体
2 非传导性的层
3 第一电极层
4 第二电极层
5 第一侧面
6 第二侧面
7 第一空腔
8 第二空腔
9 第一绝缘区
10 第二绝缘区
11 第一电极末端
12 第二s电极末端
13 绝缘材料
14 容器
15 第三侧面
16 第四侧面
17 第一外接触
18 第二外接触
19 组件
S 堆叠方向
Claims (17)
1. 一种用于制造电组件的方法，其具有下列步骤:
A)提供包括至少一个空腔(7，8)的主体(1)，
B)用绝缘材料(13)通过毛细力至少部分填充空腔(7，8)。
2. 如权利要求1所述的方法，
其中所述空腔(7，8)蚀刻在主体(1)中。
3. 如权利要求1或2所述的方法，
其中在步骤B)之前在主体(1)上涂覆外接触(17，18)。
4. 如权利要求3所述的方法，
其中所述外接触(17，18)至少部分遮盖所述空腔(7，8)。
5. 如权利要求1到4中任一项所述的方法，
其中在步骤B)之后在主体(1)涂覆外接触(17，18)。
6. 如权利要求3到5中任一项所述的方法，
其中煅烧所述外接触(17，18)。
7. 如权利要求1到6中任一项所述的方法，
其中所述绝缘材料(13)具有漆或玻璃。
8. 如权利要求1到7中任一项所述的方法，
其中所述主体(1)具有至少一个电极层(3，4)并且其中所述空腔(7，8)与所述电极层(3，4)相邻。
9. 如权利要求1到8中任一项所述的方法，
其中所述主体(1)具有至少一个电极层(3，4)并且其中在步骤B)之后所述绝缘材料(13)遮盖电极层(3，4)的至少一个末端(11，12)。
10. 如权利要求1到9中任一项所述的方法，
其中所述空腔(7，8)不与所述电极层(3，4)相邻。
11. 如权利要求1到10中任一项所述的方法，
其中所述主体(1)的部分在步骤B)之前遮盖。
12. 如权利要求1到11中任一项所述的方法，
其中所述主体(1)在步骤B)之后拆开成电组件(19)的多个基体。
13. 如权利要求1到12中任一项所述的方法，
其中所述主体(1)具有不同侧面(5，6)上的空腔(7，8)并且其中所述绝缘材料(13)以一级方法引入到不同侧面(5，6)上的空腔(7，8)。
14. 如权利要求1到13中任一项所述的方法，
其中所述主体(1)在步骤B)中至少部分引入到流体绝缘材料(13)中。
15. 一种电组件，
包括具有空腔(7，8)的主体(1)，所述空腔至少部分用有机绝缘材料(13)填充，其中所述空腔至少部分由煅烧的外接触(17，18)遮盖。
16. 如权利要求15所述的电组件，
其中所述主体具有至少一个电极层(3，4)并且其中所述绝缘材料(13)布置在电极层(3，4)和外接触(17，18)之间。
17. 一种电组件，
包括具有空腔(7，8)的主体(1)，所述空腔至少部分与绝缘材料(13)填充，其中所述绝缘材料(13)通过毛细力引入到空腔(7，8)中。
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