CN112005326A - 具有外部接触的多层结构元件 - Google Patents
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Abstract
具有外部接触的多层结构元件（10）包括基体（100），该基体具有第一和第二内电极（110、120）以及具有用于对内电极（110、120）进行外部接触的外触点（200）。外触点（200）包括布置在基体（100）的第一表面（0100a）上的至少两个条带形的第一导体线路（210），其中，第一导体线路（210）分别与其中一个第一内电极（110）电连接。此外，外触点（200）包括布置在基体（100）的第二表面（0100b）上的至少两个条带形的第二导体线路（220），其中，第二导体线路（220）分别与其中一个第二内电极（120）电连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种多层结构元件、特别是陶瓷的隔流电容器，带有用于接触多层结构元件的内电极的外触点。
背景技术
多层结构元件可以例如构造成陶瓷的电容器、特别是构造成功率电容器。这种多层结构元件包括由压电材料制成的基体，基体中布置有电极层。内部的电极层在基体的不同的侧面处交替地引出。为了从外部向电极层施加电压，必须提供触点。
多层结构元件的基体除了在施加电压到内电极上时的热膨胀外还具有压电的膨胀。基体的压电材料通常沿堆叠方向膨胀并且在内电极的平面内收缩，电极层沿所述堆叠方向堆叠在基体的内部。多层结构元件的触点必须使得在基体的压电陶瓷和外触点之间出现的热膨胀差别以及压电陶瓷的压电的膨胀仅轻微损害多层结构元件的疲劳强度。
此外，多层结构元件和特别是外触点应当具有例如几百安培的很高的载流能力。此外，多层结构元件和特别是外触点在例如至约200℃的很高的温度下具有很高的耐高温性。
发明内容
本发明的请求是，提供一种具有外部接触的多层结构元件，其中，外触点具有很高的载流能力和很高的耐高温性，并且其中在多层结构元件的基体的材料和外触点之间的热膨胀差别以及基体的压电的膨胀仅很小程度地影响多层结构元件的疲劳强度。
在权利要求1中说明了多层结构元件的一种实施方式，其具有一带有很高的载流能力和很高的耐高温性的外触点，并且外触点与多层结构元件的基体的材料有良好的热膨胀匹配性。
按照一种可能的实施方式，多层结构元件包括基体，基体具有交替地并且彼此电绝缘地布置在基体的内部中的第一和第二内电极以及用于对内电极进行外部接触的外触点。外触点具有至少两个条带形的第一导体线路，它们布置在基体的第一表面上。第一导体线路分别与其中一个第一内电极电连接。此外，外触点还包括至少两个条带形的第二导体线路，它们布置在基体的第二表面上。基体的第二表面与基体的第一表面相对。第二导体线路分别与其中一个第二内电极电连接。
第一导体线路与第二内电极机械地脱开，并且第二导体线路与第一内电极机械地脱开。
基体可以由压电材料、例如由PLZT（铅镧锆三钛酸盐）陶瓷构造。
按照多层结构元件的一种实施方式，条带形的第一导体线路彼此间隔开地布置在基体的第一表面上。第二导体线路彼此间隔开地布置在基体的第二表面上。通过第一和第二导体线路在多层结构元件的对置的表面上的这种条带形的布置，获得了外触点的二维的减荷，因而基体的压电机械的运动仅轻微影响外触点的稳定性。
此外，可以通过第一和第二导体线路的特殊的成形确保了，在多层结构元件的基体的材料和外触点的第一和第二导体线路之间的其余的膨胀差别通过第一和第二导体线路的弯曲得到平衡。第一和第二导体线路为此分别具有固定在基体的相应的表面处的第一面区段和与基体的第一或第二表面间隔开布置的第二面区段。第一和第二导体线路的相应的第二面区段可以具有背离基体的第一或第二表面取向的冲压部或拱曲部。在各个条带形的导体线路中的冲压部确保了，第一和第二导体线路可以跟随基体的热的或压电的膨胀，而不会损害外触点。
为了确保外触点的高载流能力，第一和第二导体线路分别构造成由铜制的第一和第二层构成的足够厚的复合板材（CIC复合板材），在所述第一层和第二层之间布置着殷钢制的第三层。按照一种有利的设计方案，铜/殷钢/铜-复合板材具有如下厚度比例：20%的铜制的复合板材第一和第二层和60%的殷钢制的第三层。
通过外触点作为有铜制的第一层、殷钢制的中间层和铜制的第二层的厚度比例为20/60/20的CIC复合板材的实施方式，该CIC复合板材的7至8 ppm/k的横向的热膨胀系数，良好地与基体的、例如PLZT（铅镧锆三钛酸盐）陶瓷的约8至10 ppm/k的横向的热膨胀系数相匹配。
通过设置在基体与第一及第二导体线路之间的特殊的连接层，可以进一步改进外触点的耐高温性。使用烧结银技术来建立连接层。这种连接技术是热机械的并且在热循环方面极为稳定。
作为连接层，在基体与第一及第二导体线路之间布置有银制的多孔的层，即所谓的烧结银层。外触点的耐高温性通过借助银制的多孔的连接层将第一和第二导体线路连接到布置在陶瓷的基体的表面上的喷镀层上得以确保。
附图说明
接下来借助示出了本发明的实施例的附图更为详细地阐释本发明。
附图中:
图1在多层结构元件的第一表面的立体图中示出了具有对内电极进行外部接触的多层结构元件的一种实施方式；
图2是具有对内电极进行外部接触的多层结构元件的第二表面的俯视图；
图3A是在多层结构元件的基体的第一表面上的外触点的一种实施方式的放大图；
图3B是在多层结构元件的基体的第二表面上的外触点的一种实施方式的放大图；并且
图4是具有外部接触的多层结构元件的一种实施方式的横向视图。
具体实施方式
图1示出了多层结构元件10的立体图。在图1中尤其示出了多层结构元件10的基体100的第一表面O100a的立体视图。图2示出了多层结构元件10的基体100的相反的第二表面O100b的俯视图。多层结构元件10可以例如构造成电容器、例如构造成陶瓷的隔流电容器（Ultrabar）。
多层结构元件10包括基体100，基体具有彼此电绝缘地并且交替地布置在基体100的内部中的第一和第二内电极110、120。基体100尤其具有压电材料130，该压电材料在施加电压时表现出了膨胀。第一和第二内电极110和120在压电材料130中沿着堆叠方向S交替地布置。压电材料130尤其分别布置在其中一个第一内电极110和其中一个第二内电极120之间。
多层结构元件10具有用于对内电极110和120进行外部接触的外触点200。外触点200包括至少两个条带形的第一导体线路210，它们布置在基体100的第一表面O100a上。第一导体线路210分别与其中一个第一内电极110电连接。第一导体线路210与第二内电极120机械地脱开。此外，外触点200包括至少两个条带形的第二导体线路220，它们布置在基体100的第二表面O100b上，如在图2中所示那样。第二导体线路220分别与其中一个第二内电极120电连接。第二导体线路220与第一内电极110机械地脱开。
如在图1中所示那样，第一导体线路210条带形地并且彼此间隔开地布置在基体100的第一表面O100a上。图2示出了条带形地并且彼此间隔开地布置在基体100的第二表面O100b上的第二导体线路220。通过第一和第二导体线路210、220在基体100的第一和第二表面上的这种条带形的布置，尤其可以补偿基体沿基体100的宽度B的方向的长度变化，而不会在基体的这种膨胀中出现外触点200处的损伤。
多层结构元件的基体100可以具有陶瓷材料、例如PLZT陶瓷。陶瓷的基体（陶瓷止动器）可以具有7 mm的深度、27 mm的高度和80 mm的宽度。按照一种可能的有利的实施方式，多个条带形的导体线路210和220分别具有在6 mm和8 mm之间、优选约7 mm的宽度。
图3A示出了带有外触点200的一部分的多层结构元件10的一部分的横截面，外触点布置在基体100的第一表面O100a上。图3B示出了多层结构元件10的一部分，带有外触点200的布置在基体100的第二表面O100b上的那一部分。
按照多层结构元件的一种实施方式，第一导体线路210分别具有固定在基体100的第一表面O100a处的第一面区段211。此外，第一导体线路210分别具有与基体100的第一表面O100a间隔开地布置的第二面区段212。第二导体线路220也对应第一导体线路地分别具有固定在基体100的第二表面O100b处的第一面区段221。第二导体线路220此外还分别具有与基体100的第二表面O100b间隔开地布置的第二面区段222。
如在图3A中所示那样，第一导体线路210的第一面区段211分别平行于基体100的第一表面O100a布置。第一导体线路210的第二面区段212分别具有背离基体100的第一表面O100a取向的冲压部或拱曲部213。
如在图3B中所示那样，第二导体线路220的第一面区段221分别平行于基体100的第二表面O200b布置。第二导体线路220的第二面区段222分别具有背离基体100的第二表面O100b取向的冲压部或拱曲部223。
按照多层结构元件的一种可能的实施方式，这样构造第一导体线路210的包含了其中一个第一面区段211和其中一个第二面区段212的区域B210，使得第一面区段211包括第一导体线路210的区域B210的长度的约三分之二并且第二面区段212包括第一导体线路210的区域B210的长度的约三分之一。
参考图3B，可以相应地这样来构造第二导体线路220的包含了其中一个第一面区段221和其中一个第二面区段222的区域B220，使得第一面区段221包括第二导体线路220的区域B220的长度的约三分之二并且第二面区段222包括第二导体线路220的区域B220的长度的约三分之一。
如由图3A和3B可以看到的那样，第一导体线路210的紧固在基体100的第一表面O100a上的第一面区段211，或者第二导体线路220的紧固在基体100的第二表面O100b上的第一面区段221，分别具有2 mm的长度。第一导体线路210的分别构造成背离基体100的第一表面O100a取向的冲压部或拱曲部213的第二面区段212，或者第二导体线路220的分别构造成背离基体100的第二表面O100b取向的冲压部或拱曲部223的第二面区段222，例如具有1mm的长度。第一和第二导体线路210、220的第二面区段212、222的冲压部/拱曲部213、223可以例如具有约1 mm的深度。
按照一种可能的实施方式，条带形的第一导体线路210的冲压部213在第一导体线路210的相邻区域中彼此错开布置。如在图3A中可以看到的那样，在第一导体线路210的相邻的条带上的冲压部213例如以彼此间1.5 mm的偏差布置。
条带形的第二导体线路220的冲压部223可以在第二导体线路220的相邻区域中彼此错开布置。图3B示出了在并排布置的条带形的第二导体线路220中冲压部223的偏置。如在图3B中可以看到的那样，冲压部223在第二导体线路220的相邻的条带上例如以彼此间1.5 mm的偏差布置。
通过将并排布置的第一导体线路210彼此错开布置并且通过将并排布置的第二导体线路220彼此错开布置，可以可靠地接触多层结构元件的所有的内电极。
通过在每个条带状的导体线路处，将导体线路的长度的约三分之二、例如条带形的导体线路210、220的长度的2 mm，固定在基体100的第一或第二表面O100a、O100b处，并且通过条带形的导体线路210、220的长度的仅三分之一具有冲压部213、223，可以在施加电压到内电极上时压电基体100膨胀的情况下使条带形的导体线路沿图1所示的堆叠方向S膨胀，而不会在外触点200处出现受损。
如在图3A中可以看到的那样，第一导体线路210的每个第二面区段212布置在第一导体线路210的两个第一面区段211之间。第一导体线路210的每个第一面区段211布置在第一导体线路210的两个第二面区段212之间。第二导体线路220的每个第二面区段222相应地布置在第二导体线路220的两个第一面区段221之间。第二导体线路220的每个第一面区段221布置在第二导体线路220的两个第二面区段222之间。
按照在图3A和3B中示出的一种可能的实施方式，第一导体线路210和第二导体线路220分别构造成由铜制的第一层231和铜制的第二层232构成的复合板材。在第一和第二层231、232之间布置着殷钢制的第三层233。复合板材可以例如具有20/60/20的厚度比例，这就是说，20%的铜制的第一层231、60%的殷钢制的第三层233和20%的铜制的第二层232的厚度比例。
通过这种铜/殷钢/铜（CIC）-复合板材，确保了外触点的例如可以为几百安培的高载流能力。此外，在带有铜制的第一层231、殷钢制的第三层233和铜制的第二层232的厚度比例为20/60/20的复合板材的这种结构中，CIC复合板材的横向的热膨胀系数良好地与基体100的、例如PLZT陶瓷的横向的热膨胀系数相匹配。在图3A和3B所示的实施方式中，第一或第二导体线路210、220例如具有0.7 mm的总厚度，其中，殷钢制的第三层233具有0.42 mm的厚度。
按照一种可能的实施方式，可以设置银（烧结银）制的多孔层作为在基体100和第一导体线路210或第二导体线路220之间的连接层300。通过这种连接层确保了在基体100处的外触点200的耐高温性，因为多孔的连接层300基于其海绵状的结构而在涉及到基体100和外触点200的不同的膨胀时极为灵活。
为了将外触点200，这就是说条带形的第一和第二导体线路210、220与基体100的第一表面O100a或第二表面O100b连接起来，可以在基体100的第一表面O100a上或第二表面O100b上涂敷金属化的薄层。金属化的薄层可以例如是由铬-镍-银制成的层结构。例如将由铬制成的薄层、例如有0.3 μm的厚度的铬层作为增附剂直接涂敷到基体100的压电陶瓷上。在其上涂敷着有例如同样约0.3 μm的厚度的镍层作为扩散屏障。紧接着将例如厚0.5 μm的银层涂敷到镍层上。由铬-镍-银制成的层结构可以作为喷镀层涂敷到基体的第一表面O100a上或第二表面O100b上。
可以将银层例如电镀地涂敷到第一导体线路210或第二导体线路220的底侧上、特别是相应的CIC复合板材的底侧上。在第一和第二导体线路的相应的CIC复合板材的底侧上，铬-镍-银层结构的银层和银层紧接着在烧结过程中被烧结成多孔的银层。这种多孔的银层形成了连接层300。因此在第一和第二导体线路210、220的镍层、铬-镍-银层结构和铜层231之间产生了多孔的银海绵，所述银海绵具有良好的电导率并且基于其在基体100的压电膨胀时的柔性或者基于在基体100和外触点200之间的不同的热膨胀特性而没有受损。即使在长时间的温度循环后，几乎无法确定递降效果。
图4示出了多层结构元件10的横截面。每个第一导体线路210具有用于接触相应的第一导体线路210的接触区段214。每个第二导体线路220同样具有用于接触相应的第二导体线路220的接触区段224。接触区段214和224也在图1和2中示出。
在多层结构元件10的图中所示的实施方式中，第一导体线路210的接触区段214和第二导体线路220的接触区段224这样弯曲，使得第一和第二导体线路210和220的接触区段214和224处在一个平面中。由此可以实现接触区段214、224在扁平的连接触头上的齐平的旋紧。为了将外触点200旋紧到连接触头上，在导体线路210的接触区段214中设有接触孔215并且在导体线路220的接触区段224中设有接触孔225。
在多层结构元件10的图4所示的实施方式中，接触区段214和224例如相对基体100居中布置。旋紧部位居中地与止动器/基体100对齐。为了实现在扁平的触头上的齐平的旋紧，必须部分转动用于第一和第二导体线路之一的凹痕的方向。取代在图4中示出的接触区段214和224的居中布置的是，接触区段可以在多层结构元件的另一种可能的实施方式中关于基体的中心侧向偏移。
附图标记列表
10 多层结构元件
100 基体
110 第一内电极
120 第二内电极
130 压电材料
200 外触点
210 第一导体线路
220 第二导体线路
211、221 第一面区段
212、222 第二面区段
213、223 冲压部
214、224 接触区段
215、225 接触孔
300 连接层。
Claims (15)
1.具有外部接触的多层结构元件，包括：
- 具有第一和第二内电极（110、120）的基体（100），第一和第二内电极交替地并且彼此电绝缘地布置在所述基体的内部，
- 用于对内电极（110、120）进行外部接触的外触点（200），
- 其中，所述外触点（200）包括布置在基体（100）的第一表面（O100a）上的至少两个条带形的第一导体线路（210），
- 其中，所述第一导体线路（210）分别与其中一个第一内电极（110）电连接，
- 其中，所述外触点（200）包括布置在所述基体（100）的第二表面（O100b）上的至少两个条带形的第二导体线路（220），
- 其中，所述第二导体线路（220）分别与其中一个第二内电极（120）电连接。
2.按照权利要求1所述的多层结构元件，
- 其中，所述第一导体线路（210）与所述第二内电极（120）机械地脱开，
- 其中，所述第二导体线路（220）与所述第一内电极（110）机械地脱开。
3.按照权利要求1或2中任一项所述的多层结构元件，
- 其中，所述第一导体线路（210）彼此间隔开地布置在所述基体（100）的第一表面（O100a）上，
- 其中，所述第二导体线路（220）彼此间隔开地布置在所述基体（100）的第二表面（O100b）上。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的多层结构元件，
- 其中，所述第一导体线路（210）分别具有固定在所述基体（100）的第一表面（O100a）处的第一面区段（211），
- 其中，所述第一导体线路（210）分别具有与所述基体（100）的第一表面（O100a）间隔开布置的第二面区段（212），
- 其中，所述第二导体线路（220）分别具有固定在所述基体（100）的第二表面（O100b）处的第一面区段（221），
- 其中，所述第二导体线路（220）分别具有与所述基体（100）的第二表面（O100b）间隔开布置的第二面区段（222）。
5.按照权利要求4所述的多层结构元件，
- 其中，所述第一导体线路（210）的第一面区段（211）分别平行于所述基体（100）的第一表面（O100a）布置，
- 其中，所述第二导体线路（220）的第一面区段（221）分别平行于所述基体（100）的第二表面（O200b）布置，
- 其中，所述第一导体线路（210）的第二面区段（212）分别具有背离所述基体（100）的第一表面（O100a）取向的冲压部（213），
- 其中，所述第二导体线路（220）的第二面区段（222）分别具有背离所述基体（100）的第二表面（O100b）取向的冲压部（223）。
6.按照权利要求3至5中任一项所述的多层结构元件，
其中，所述第一和第二导体线路（210、220）的每个第二面区段（212、222）布置在所述第一和第二导体线路（210、220）的两个第一面区段（211、221）之间。
7.按照权利要求2至6中任一项所述的多层结构元件，
- 其中，这样来构造所述第一和第二导体线路（210、220）的包含了其中一个第一面区段（211、221）和其中一个第二面区段（212、222）的区域（B210、B220），使得其中一个第一面区段（211、221）包括所述第一和第二导体线路（210、220）的区域（B210、B220）的长度的三分之二，并且使得其中一个第二面区段（212、222）包括所述第一和第二导体线路（210、220）的区域（B210、B220）的长度的三分之一。
8.按照权利要求5至7中任一项所述的多层结构元件，
- 其中，所述冲压部（213）在所述第一导体线路（210）的相邻区域中彼此错开地布置，
- 其中，所述冲压部（223）在所述第二导体线路（220）的相邻区域中彼此错开地布置。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的多层结构元件，
- 其中，所述基体（100）具有压电材料（130），
- 其中，所述第一和第二内电极（110、120）在压电材料（130）中沿堆叠方向（S）交替布置，其中，压电材料（130）分别布置在其中一个第一内电极（110）和其中一个第二内电极（120）之间。
10.按照权利要求9所述的多层结构元件，
- 其中，所述第一导体线路（210）这样布置在所述基体（100）的第一表面（O100a）上，使得所述第一导体线路（210）的相应的纵向沿所述堆叠方向（S）布置，
- 其中，所述第二导体线路（220）这样布置在所述基体（100）的第二表面（O100b）上，使得所述第二导体线路（220）的相应的纵向沿所述堆叠方向（S）布置。
11.按照权利要求1至10中任一项所述的多层结构元件，
- 其中，每个第一导体线路（210）具有用于接触相应的第一导体线路（210）的接触区段（214），
- 其中，每个第二导体线路（220）具有用于接触相应的第二导体线路（220）的接触区段（224），
- 其中，所述第一导体线路（210）的接触区段（214）和所述第二导体线路（220）的接触区段（224）这样弯曲，使得所述第一和第二导体线路（210、220）的接触区段（214、224）处在一个平面中。
12.按照权利要求1至11中任一项所述的多层结构元件，
其中，所述第一导体线路（210）和所述第二导体线路（220）分别构造成由铜制的第一和第二层（231、232）构成的复合板材，在第一层和第二层之间布置着殷钢制的第三层（233）。
13.按照权利要求12所述的多层结构元件，
其中，所述复合板材具有如下厚度比例：20%的铜制的第一和第二层（231、232）和60%的殷钢制的第三层（233）。
14.按照权利要求1至13中任一项所述的多层结构元件，
其中，银制的多孔的层作为连接层（300）布置在所述基体（100）与第一和第二导体线路（210、220）之间。
15.按照权利要求1至14中任一项所述的多层结构元件，
其中，所述多层结构元件（10）构造成电容器。
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