DE102005044392A1 - Piezoelectric actuator, has contact pins joined to metallization via electrically conductive contacts - Google Patents

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Abstract

A piezo-actuator has an actuator body, at least one metallization and at least one contact pin, which is joined with the metallization. In the joint a low-melting point solder material is used and/or made ready. The solder material specifically has a melting point of greater than or equal to 50 deg. C and less than or equal to 200 deg. C.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Piezoaktoren.The Invention relates to the field of piezoelectric actuators.

Bei Piezoaktoren sind die Metallisierungen des Aktorkörpers mit den Kontaktstiften über elektrisch leitende Kontakte verbunden, die z.B. aus mehreren dünnen parallelen Drähten (einer so genannten „Harfe") bestehen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass während des Betriebs des Piezoaktors die Verbindung zwischen der Metallisierung des Aktorkörpers und den Kontaktstiften erhöhter Belastung ausgesetzt ist und die Lebensdauer des Piezoaktors oftmals durch Brüche oder Störungen dieser Verbindung limitiert ist.at Piezo actuators are the metallizations of the actuator body with the pins over electrically conductive contacts connected, e.g. from several thin parallel wires It has (a so-called "harp") However, it turned out that during the operation of the piezoelectric actuator the connection between the metallization of the actuator body and the contact pins increased Load is exposed and the life of the piezoelectric actuator often through breaks or faults this connection is limited.

Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Piezoaktor zu schaffen, bei der eine verbesserte Verbindung zwischen der Metallisierung des Aktorkörpers und den Kontaktstiften erreicht werden kann.It Therefore, the task is to create a piezoelectric actuator, at the improved connection between the metallization of the Actuator body and the contact pins can be achieved.

Diese Aufgabe wird mit einem Piezoaktor gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demgemäß ist ein Piezoaktor umfassend einen Aktorkörper, mindestens eine Metallisierung und mindestens einen Kontaktstift, welcher mit der mindestens einen Metallisierung verbinden ist, vorgesehen, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Verbindung ein niedrig schmelzendes Lotmaterial verwendet wird und/oder vorgesehen ist.These Task is with a piezoelectric actuator according to the features of the claim 1 solved. Accordingly, a Piezoactuator comprising an actuator body, at least one metallization and at least one contact pin connected to the at least one metallization is provided, provided, which is characterized in that used in the compound a low melting solder material is and / or is provided.

Durch diese Vorgehensweise kann je nach Anwendung einer oder mehrere der folgenden Vorteile erreicht werden:

  • – Dadurch, dass die Lotverbindung niedrig schmelzend ist, kann eine zuverlässige Verbindung auch bei hohen Temperaturen erreicht werden.
  • – Die Lotverbindung ist vorzugsweise so niedrig schmelzend, dass sie bei Betriebstemperatur des Piezoaktors zumindest teilweise aufgeschmolzen ist. Dadurch werden etwaige Risse oder Brüche an den Lotstellen geheilt bzw. entfernt.
  • – Durch die Wahl einer niedrig schmelzenden Lötverbindung kann der Anwendungs-Temperaturbereich des Piezoaktors erweitert werden.
  • – Thermo-mechanische Spannungen im Piezoaktor werden gemildert bzw. minimiert.
  • – Durch die Verwendung eines solchen Lötmaterials ist auch der Wärmefluss im Piezoaktor optimierbar.
Depending on the application, this approach may provide one or more of the following benefits:
  • - The fact that the solder joint is low melting, a reliable connection can be achieved even at high temperatures.
  • - The solder joint is preferably so low melting that it is at least partially melted at the operating temperature of the piezoelectric actuator. As a result, any cracks or fractures are cured or removed at the Lotstellen.
  • - By choosing a low-melting solder joint, the application temperature range of the piezoelectric actuator can be extended.
  • - Thermo-mechanical stresses in the piezoelectric actuator are mitigated or minimized.
  • - Through the use of such a solder material and the heat flow in the piezoelectric actuator can be optimized.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Lotmaterial an der mindestens einen Metallisierung angebracht und/oder vorgesehen. Dadurch kann insbesondere der „Selbstreparatureffekt" bei vielen Anwendungen erreicht werden.According to one preferred embodiment of The present invention is the solder material on the at least one Metallization attached and / or provided. As a result, in particular the "self-repair effect" can be achieved in many applications become.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt das Lotmaterial einen Schmelzpunkt von ≥ 50 °C und ≤ 200 °C. Dieser Schmelzpunkt hat insbesondere bei vielen Anwendungen den Vorteil, dass bei Betriebstemperatur des Piezoaktors das Lotmaterial zumindest teilweise flüssig ist. Bevorzugt besitzt das Lotmaterial einen Schmelzpunkt von ≥ 80 °C und ≤ 180 °C, noch bevorzugt ≥ 100 °C und ≤ 150 °C.According to one preferred embodiment of present invention, the solder material has a melting point of ≥ 50 ° C and ≤ 200 ° C. This Melting point has the advantage in particular in many applications that at the operating temperature of the piezoelectric actuator, the solder material at least partly liquid is. Preferably, the solder material has a melting point of ≥ 80 ° C and ≤ 180 ° C, more preferably ≥ 100 ° C and ≤ 150 ° C.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Lotmaterial zumindest teilweise von einem Stützwerkstoff umgeben. Dadurch kann auch bei Verflüssigung des Lotmaterials eine stabile und effektive Verbindung erreicht werden.According to one preferred embodiment of present invention, the solder material is at least partially of a support material surround. As a result, even with liquefaction of the solder material a stable and effective connection can be achieved.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Stützwerkstoff aus einem isolierenden Kunststoff.According to one preferred embodiment of Present invention, the support material consists of an insulating Plastic.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Piezoaktors, enthaltend die Schritte:

  • a) Verbinden mindestens einer Metallisierung des Piezoaktors mit zu mindestens einem der Kontaktstifte führenden Verbindungselementen durch Löten mit dem niedrig schmelzenden Lotmaterial
  • b) Anbringen des Stützwerkstoffes um das Lötmaterial, bevorzugt durch Giessen.
The present invention also relates to a method for producing a piezoactuator according to the invention, comprising the steps:
  • a) connecting at least one metallization of the piezoelectric actuator with at least one of the contact pins leading connecting elements by soldering with the low-melting solder material
  • b) attaching the support material to the solder material, preferably by casting.

Dadurch kann ein erfindungsgemäßer Piezoaktor auf effektive und sichere Weise hergestellt werden.Thereby can a piezoelectric actuator according to the invention be produced in an effective and safe way.

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.The the aforementioned and the claimed and in the embodiments described to be used according to the invention Components are subject in size, shape design, Material selection and technical conception no special exceptions, so that the selection criteria known in the field of application apply without restriction can find.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen – beispielhaft – mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Piezoaktors dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigt:Further Details, features and advantages of the subject matter of the invention emerge from the dependent claims as well as from the following description of the accompanying drawings, in which - by way of example - several Embodiments of the inventive piezoelectric actuator are shown. In the drawings shows:

1 einen Piezoaktor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer perspektivischer Ansicht; 1 a piezoelectric actuator according to a first embodiment of the present invention in a schematic perspective view;

2 den Piezoaktor gemäß 1 in ausschnittweiser Vergrößerung; 2 the piezoelectric actuator according to 1 in partial enlargement;

3 den Piezoaktor gemäß 1 in Schnittansicht; 3 the piezoelectric actuator according to 1 in sectional view;

4 einen Piezoaktor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer perspektivischer Darstellung; 4 a piezoelectric actuator according to a second embodiment of the present invention in a schematic perspective view;

5 den Piezoaktor gemäß 4 mit zusätzlich angebrachtem Stützwerkstoff 5 the piezoelectric actuator according to 4 with additionally attached support material

6 eine sehr schematische perspektivische Ansicht eines Kontaktstiftes mit Hülse und Lotwerkstoff gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 a very schematic perspective view of a contact pin with sleeve and solder material according to a third embodiment of the present invention.

1 zeigt einen Piezoaktor 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer perspektivischer Ansicht. 2 zeigt den Piezoaktor 1 gemäß 1 in ausschnittweiser Vergrößerung. Wie in 1 und 2 zu sehen, sind die Kontaktstifte 50 des Piezoaktors 1 mit der Metallisierung 40 über Drähte 30 verbunden, die eine sog. Harfe bilden. Das erfindungsgemäße Lotmaterial 10 ist an der Metallisierung 40 angebracht und sorgt für eine Verbindung der Metallisierung 40 mit den Drähten 30. 3 zeigt den Piezoaktor gemäß 1 in Schnittansicht. Wie in 3 zu sehen, ist die Metallisierung 40; das Lotmaterial 10, die Drähte 30 sowie die Kontaktstifte 50 von einem Stützwerkstoff 70 umgeben. 1 shows a piezoelectric actuator 1 according to a first embodiment of the present invention in a schematic perspective view. 2 shows the piezo actuator 1 according to 1 in partial enlargement. As in 1 and 2 to see are the contact pins 50 of the piezo actuator 1 with the metallization 40 over wires 30 connected, which form a so-called harp. The solder material according to the invention 10 is at the metallization 40 attached and ensures a connection of the metallization 40 with the wires 30 , 3 shows the piezoelectric actuator according to 1 in sectional view. As in 3 to see is the metallization 40 ; the solder material 10 , the wires 30 as well as the contact pins 50 from a support material 70 surround.

4 zeigt einen Piezoaktor 1' gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer perspektivischer Darstellung. In dieser Ausführungsform wurde auf die Harfe verzichtet, stattdessen sind die Kontaktstifte 30 direkt über das Lotmaterial 10 mit der Metallisierung 40 verbunden. 5 zeigt den Piezoaktor gemäß 4 mit zusätzlich angebrachtem Stützwerkstoff 70. 4 shows a piezoelectric actuator 1' according to a second embodiment of the present invention in a schematic perspective view. In this embodiment, the harp was dispensed with, instead the pins are 30 directly over the solder material 10 with the metallization 40 connected. 5 shows the piezoelectric actuator according to 4 with additionally attached support material 70 ,

6 zeigt eine sehr schematische perspektivische Ansicht eines Kontaktstiftes mit Hülse und Lotwerkstoff gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ragt der Kontaktstift 50 in eine Hülse 80 hinein, in der sich das Lotmaterial 10 befindet. Die Hülse 80 kann dabei aus Polyamid oder aus Metall bestehen. Über das Lotmaterial 10 wird (in der Figur nicht gezeigt) der Kontakt stift 30 mit der Metallisierung verbunden. Diese Ausführungsform bietet insbesondere den Vorteil, dass eine besonders sichere Verbindung sowie ein Halt des Lotmaterials erreicht wird. Außerdem kann, wenn eine Anwendung mit geeigneten Dimensionen gewählt wird, die Hülse so klein gestaltet sein, dass durch eine Kapillar- bzw. Adhäsionswirkung das flüssige Lot an der Hülseninnenwandung gehalten wird und somit nicht in unerwünschte Bereiche vordringen kann. 6 shows a very schematic perspective view of a contact pin with sleeve and solder material according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the contact pin protrudes 50 in a sleeve 80 into it, in which the solder material 10 located. The sleeve 80 can consist of polyamide or metal. About the solder material 10 is (not shown in the figure) the contact pin 30 associated with the metallization. This embodiment offers the particular advantage that a particularly secure connection and a hold of the solder material is achieved. In addition, if an application of suitable dimensions is chosen, the sleeve may be made so small that by a capillary or adhesion effect, the liquid solder is held on the sleeve inner wall and thus can not penetrate into undesirable areas.

Claims (7)

Piezoaktor umfassend einen Aktorkörper, mindestens eine Metallisierung und mindestens einen Kontaktstift, welcher mit der mindestens einen Metallisierung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung ein niedrig schmelzendes Lotmaterial verwendet wird und/oder vorgesehen ist.Piezoelectric actuator comprising an actuator body, at least one metallization and at least one contact pin, which is connected to the at least one metallization, characterized in that in the compound, a low-melting solder material is used and / or provided. Piezoaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmaterial an der mindestens einen Metallisierung angebracht und/oder vorgesehen ist.Piezoelectric actuator according to Claim 1, characterized that the solder material is attached to the at least one metallization and / or provided. Piezoaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmaterial einen Schmelzpunkt von ≥ 50 °C und ≤200 °C besitzt.Piezoelectric actuator according to Claim 1 or 2, characterized the solder material has a melting point of ≥ 50 ° C and ≤200 ° C. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmaterial einen Schmelzpunkt von ≥ 80 °C und ≤ 180 °C besitzt.Piezoelectric actuator according to one of Claims 1 to 3, characterized that the solder material has a melting point of ≥ 80 ° C and ≤ 180 ° C. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmaterial zumindest teilweise von einem Stützwerkstoff umgeben ist.Piezoelectric actuator according to one of Claims 1 to 4, characterized that the solder material at least partially of a support material is surrounded. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützwerkstoff aus einem isolierenden Kunststoff besteht.Piezoelectric actuator according to one of Claims 1 to 5, characterized that the support material made an insulating plastic. Verfahren zum Herstellen eines Piezoaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 6, enthaltend die Schritte: a) Verbinden mindestens einer Metallisierung des Piezoaktors mit zu mindestens einem der Kontaktstifte führenden Verbindungselementen durch Löten mit dem niedrig schmelzenden Lotmaterial b) Anbringen des Stützwerkstoffes um das Lötmaterial, bevorzugt durch Giessen.Method for producing a piezoelectric actuator after a the claims 1 to 6, comprising the steps: a) connecting at least one Metallization of the piezoelectric actuator with leading to at least one of the contact pins Connecting elements by soldering with the low-melting solder material b) attaching the support material around the soldering material, preferably by pouring.
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