DE10016428A1 - Electroceramic multilayer component, has filler layers between internal electrodes - Google Patents

Electroceramic multilayer component, has filler layers between internal electrodes

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Abstract

A green foil (10) is manufactured containing a PZT ceramic. On this are then screen printed internal electrodes (12), which do not cover the whole surface of the foil, from a paste containing an AgPd alloy. A filler layer (11) is then imprinted on the areas not covered by the electrodes. This is of a material with a composition substantially the same as that of the green foil. Prepared foils are then stacked and laminated. After cutting the stacks are sintered to form the desired multilayer component

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrokeramisches Mehrlagenbau­ teil, insbesondere einen Kondensator, einen Piezoaktor oder einen Thermistor, nach der Gattung des Hauptanspruches.The invention relates to an electro-ceramic multilayer construction part, in particular a capacitor, a piezo actuator or a thermistor, according to the preamble of the main claim.

Stand der TechnikState of the art

Elektrokeramische Bauteile werden heute zu einem großen Teil als Mehrlagenbauteile (Multilayer-Bauteile) ausgeführt. Da­ durch ist es möglich, beispielsweise Kondensatoren in extrem kleiner Bauform mit sehr hohen Kapazitäten zu realisieren, oder piezoelektrische Aktorelemente bereits mit relativ mo­ deraten Spannungen von typischerweise 100 bis 200 Volt zu betreiben.Electro-ceramic components are becoming a large part today designed as multi-layer components (multilayer components). There through it is possible, for example, capacitors in extreme to realize a small design with very high capacities, or piezoelectric actuator elements already with relatively mo deraten voltages of typically 100 to 200 volts operate.

Ein elektrokeramisches Bauteil in Form eines piezoelektri­ schen Keramikkörpers ist beispielsweise bereits in der An­ meldung DE 199 51 016.4 vorgeschlagen worden. Dort wird zu­ nächst ein keramisches Ausgangsmaterial wie BaTiO3, PZT oder NiMn2O4 zunächst zu einem Schlicker verarbeitet, der dann zu Grünfolien vergossen und mit einer Metallisierung zur Aus­ bildung von Innenelektroden versehen wird. Die Herstellung der Grünfolie erfolgt dabei im Endlosverfahren während die flächigen Metallisierungen beispielsweise durch Siebdruck aufgebracht werden. An electro-ceramic component in the form of a piezoelectric ceramic body has already been proposed, for example, in the application DE 199 51 016.4. There, a ceramic starting material such as BaTiO 3 , PZT or NiMn 2 O 4 is first processed into a slip, which is then cast into green foils and provided with a metallization to form internal electrodes. The green film is produced in an endless process, while the flat metallizations are applied, for example, by screen printing.

Weiter ist auch bereits das Stapeln und Laminieren der der­ art bedruckten Grünfolien im sogenannten Mehrfachnutzen be­ kannt. Dazu werden die bedruckten Grünfolien zunächst gesta­ pelt und unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur lami­ niert. Anschließend findet dann ein Vereinzelungsprozess durch Stanzen und Schneiden statt bevor die derart vorberei­ teten Bauteile gesintert werden, so dass schließlich elek­ trokeramische Mehrlagenbauteile, insbesondere Piezoaktoren, entstehen, die abschließend zur elektrischen Kontaktierung der Innenelektroden mit Außenmetallisierungen versehen wer­ den.Next is the stacking and laminating of the art printed green foils in so-called multiple use knows. To do this, the printed green foils are first stacked pelt and under increased pressure and temperature lami kidney. Then a separation process takes place by punching and cutting instead of before they get ready components are sintered so that elec multi-layer ceramic components, in particular piezo actuators, arise that finally for electrical contacting of the internal electrodes with external metallizations the.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße elektrokeramische Mehrlagenbauteil hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass damit Spannungen innerhalb des Mehrlagenbauteils und unerwünschte Verkrümmungen der Innenelektroden vermieden oder zumindest minimiert werden können. Dadurch kann die Ausbeute bei der Herstellung sowie die Zuverlässigkeit des hergestellten elektrokeramischen Mehrlagenbauteils deutlich erhöht werden.The electro-ceramic multilayer component according to the invention has the advantage over the prior art that Tensions within the multilayer component and undesirable Curvature of the internal electrodes avoided or at least can be minimized. This can reduce the yield at Manufacturing as well as the reliability of the manufactured electro-ceramic multilayer component can be increased significantly.

Im Einzelnen wird durch die zusätzlich aufgebrachten Aus­ gleichsschichten, insbesondere bei Piezoaktoren, mit typi­ scherweise 300 bis 800 Einzellagen vorteilhaft vermieden, dass es nach dem Sintern zu Höhenunterschieden innerhalb des erhaltenen elektrokeramischen Mehrlagenbauteils kommt, die dadurch verursacht werden, dass nicht die gesamte Oberfläche der Isolierschichten mit Innenelektroden versehen ist, und es in den nicht mit Innenelektroden versehenen Bereichen der Oberfläche der Isolierschichten zu dadurch verursachten Spannungen kommt. Durch den Einsatz von Ausgleichsschichten kann somit verhindert werden, dass in dem zunächst herge­ stellten Laminat von keramischen Grünfolien mit dazwischen befindlichen aufgedruckten Innenelektroden Druckgradienten entstehen, die beim Sintern und dem damit verbundenen diffe­ rentiellen Schwinden zu Spannungen führen.Specifically, by the additionally applied Aus common layers, especially in piezo actuators, with typi 300 to 800 individual layers are advantageously avoided, that after sintering there will be height differences within the obtained electro-ceramic multilayer component that caused by not having the entire surface the insulating layers are provided with internal electrodes, and it in the areas of the Surface of the insulating layers to cause Tension comes. By using leveling layers can thus be prevented that in the first place put laminate of ceramic green sheets in between  printed internal electrodes pressure gradients arise during sintering and the associated diffe profitable shrinkage lead to tension.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.Advantageous developments of the invention result from the measures specified in the subclaims.

So ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ausgleichsschich­ ten aus einem Material bestehen, welches dem Material der Isolierschichten entspricht. Es ist jedoch ebenfalls vor­ teilhaft möglich, ein von dem Material der Isolierschichten verschiedenes Material zu verwenden, welches mit diesem Ma­ terial verträglich ist und vergleichbare Schwindungseigen­ schaften bzw. Sintereigenschaften aufweist.So it is particularly advantageous if the compensation layer ten consist of a material which corresponds to the material of the Insulating layers corresponds. However, it is also before partially possible, one of the material of the insulating layers to use different material, which with this Ma is compatible with the material and comparable shrinkage properties shafts or sintering properties.

Das Aufbringen der Ausgleichsschicht auf die nicht von den Innenelektroden eingenommenen Bereiche der Oberfläche der Isolierschichten erfolgt besonders vorteilhaft durch Auf­ drucken der Ausgleichsschichten in einem Siebdruckverfahren. Dadurch ist es möglich, alle nicht mit dem Innenelektroden­ material bedruckten Bereiche der Oberfläche der Isolier­ schichten auch bei komplizierten Geometrien der Innenelek­ troden auszufüllen.The application of the leveling layer on the not by the Areas of the surface occupied by the internal electrodes Insulating layers are particularly advantageously carried out by opening printing the leveling layers in a screen printing process. This makes it possible for everyone not to use the internal electrodes material printed areas of the surface of the insulating layers even with complicated geometries of the inner electrode fill in treads.

Im Übrigen ist vorteilhaft, wenn die Dicke der aufgedruckten Ausgleichsschicht zumindest annähernd gleich der Dicke der Innenelektroden nach dem Sintern ist.Otherwise, it is advantageous if the thickness of the printed Compensating layer at least approximately equal to the thickness of the Internal electrodes after sintering.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ei­ ne Draufsicht auf eine keramische Grünfolie, die mit Innene­ lektroden und einer Ausgleichsschicht bedruckt ist. Fig. 2 zeigt Fig. 1 im Schnitt. The invention is explained in more detail with reference to the drawings and in the description that follows. It shows Fig. 1 ei ne plan view of a ceramic green sheet, the lektroden with Govind and a balancing layer is printed. Fig. 2 shows Fig. 1 in section.

AusführungsbeispieleEmbodiments

Die Erfindung wird anhand der Herstellung eines piezoelek­ trischen Keramikkörpers erläutert, wie er in ähnlicher aus der Anmeldung DE 199 51 016.4 bekannt ist.The invention is based on the manufacture of a piezoelectric Ceramic ceramic body explains how it looks in a similar way the application DE 199 51 016.4 is known.

Dazu wird zunächst eine keramische Grünfolie hergestellt, die eine PZT-Keramik der Zusammensetzung Pb (TixZr1-x)O3 mit 0,4 < x < 0,6 enthält. Auf diese keramische Grünfolie werden dann mittels Siebdruck flächige Innenelektroden 12 aufge­ druckt, die nicht die gesamte Oberfläche der keramischen Grünfolie bedecken. Das zur Herstellung dieser Innenelektro­ den 12 eingesetzte Material liegt dabei zunächst in bekann­ ter Weise als Paste vor, die eine AgPd-Legierung im Massen­ verhältnis 85 zu 15 enthält. Schließlich wird danach mög­ lichst weitgehend auf den nicht von den Innenelektroden 12 eingenommenen Bereichen der Oberfläche der Isolierschicht 10 bzw. der als Isolierschicht 10 eingesetzten keramischen Grünfolie eine Ausgleichsschicht 11 aufgedruckt, deren Zu­ sammensetzung zumindest weitgehend dem Material der kerami­ schen Grünfolie entspricht. Gegebenenfalls kann dem Material für die Ausgleichsschicht 11 zusätzlich ein gegenüber dem Material für die Isolierschicht 10 höherer Lösungsmittelan­ teil zugesetzt werden, um diese für den Siebdruck leichter verarbeitbar zu machen.For this purpose, a ceramic green sheet is first produced, which contains a PZT ceramic of the composition Pb (Ti x Zr 1-x ) O 3 with 0.4 <x <0.6. On this ceramic green sheet then flat internal electrodes 12 are printed by screen printing, which do not cover the entire surface of the ceramic green sheet. The material used to manufacture this inner electrode 12 is initially in a known manner as a paste containing an AgPd alloy in the mass ratio 85 to 15. Finally, a balancing layer 11 is printed as far as possible as far as possible on the areas of the surface of the insulating layer 10 or the ceramic green sheet used as the insulating layer 10 , which composition does not occupy the inner electrodes 12 , the composition of which at least largely corresponds to the material of the ceramic green sheet. If necessary, the material for the compensating layer 11 can be added to the material for the insulating layer 10 higher part solvent to make it easier to process for screen printing.

Die Fig. 1 zeigt eine in der erläuterten Weise bedruckte keramische Grünfolie als Isolierschicht 10 die oberflächlich bereichsweise mit rechteckigen Innenelektroden 12 bedruckt wurde, und bei der die nicht von den Innenelektroden 12 ein­ genommene Oberfläche der Isolierschicht 10 von einer Aus­ gleichsschicht 11 bedeckt wird. Die Fig. 2 zeigt Fig. 1 im Schnitt. Fig. 1 shows a printed in the manner explained ceramic green sheet as an insulating layer 10 which was superficially partially printed with rectangular inner electrodes 12, and in which the not a withdrawn surface of the insulating layer 10 by a compensatory layer of the internal electrodes 12 11 covered is. Fig. 2 shows Fig. 1 in section.

Dabei ist zu erkennen, dass die Dicke der Ausgleichsschicht 11 bevorzugt gleich der Dicke der Innenelektroden 12 gewählt ist.It can be seen that the thickness of the compensation layer 11 is preferably selected to be equal to the thickness of the internal electrodes 12 .

Nach dem Bedrucken der keramischen Grünfolie erfolgt ein Stapeln der derart vorbereiteten Folien und anschließend ein Laminieren. Danach werden die derart laminierten Foliensta­ pel geschnitten und zu einem elektrokeramischen Mehrlagen­ bauteil gesintert. Weitere Details zu diesem Verfahren sind der Anmeldung DE 196 51 016.4 zu entnehmen.After printing on the ceramic green sheet, a Stack the foils prepared in this way and then one Laminate. After that, the laminated foil sticks pel cut and to an electro-ceramic multilayer component sintered. More details on this procedure are the application DE 196 51 016.4.

Es ist offensichtlich, dass anstelle eines Piezoaktors gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel in völlig analoger Wei­ se auch ein Kondensator oder auch ein Thermistor erzeugt werden kann.It is obvious that instead of a piezo actuator according to the above embodiment in completely analog Wei se also produces a capacitor or a thermistor can be.

Claims (4)

1. Elektrokeramisches Mehrlagenbauteil, insbesondere Piezoaktor, Thermistor oder Kondensator, mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Isolierschichten (10) mit ei­ nem keramischen Material, die bereichsweise durch oberfläch­ lich aufgebrachte flächige Innenelektroden (12) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht von den Innenelektroden (12) eingenommene Oberfläche der Iso­ lierschichten (10) zumindest teilweise von einer Ausgleichs­ schicht (11) bedeckt ist.1. Electro-ceramic multi-layer component, in particular piezo actuator, thermistor or capacitor, with a plurality of insulating layers ( 10 ) arranged one above the other with a ceramic material, which are separated from one another in regions by surface-mounted flat internal electrodes ( 12 ), characterized in that the the inner electrodes ( 12 ) occupied surface of the insulating layers ( 10 ) is at least partially covered by a compensating layer ( 11 ). 2. Keramisches Mehrlagenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektroden (12) und/oder die Ausgleichsschicht (11) vor einem Sintern auf die Isolier­ schichten (10) aufgedruckt worden sind.2. Ceramic multilayer component according to claim 1, characterized in that the inner electrodes ( 12 ) and / or the compensating layer ( 11 ) have been printed on the insulating layers ( 10 ) before sintering. 3. Keramisches Mehrlagenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Ausgleichsschicht (11) und das Materials der Isolierschichten gleich sind.3. Ceramic multilayer component according to claim 1, characterized in that the material of the compensating layer ( 11 ) and the material of the insulating layers are the same. 4. Keramisches Mehrlagenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Ausgleichsschicht (11) zumindest annähernd gleich der Dicke der Innenelektroden (13) ist.4. Ceramic multilayer component according to claim 1, characterized in that the thickness of the compensating layer ( 11 ) is at least approximately equal to the thickness of the inner electrodes ( 13 ).
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