DE102007004778B3

DE102007004778B3 - Method for producing piezo bending converter, involves supplying multilevel plate like piezo utility with multiple slat like lamella output structures, where openings in direction of thickness by piezo utility

Info

Publication number: DE102007004778B3
Application number: DE102007004778A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr.-Ing. Weinmann; Andreas Dr.-Ing. Schmid; Alexander Dipl.-Ing.(FH) Scholz
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: GB2446252A; CH700922B1; GB2446252B; CN101237022A; CN101237022B; GB0725019D0

Abstract

Method involves supplying a multilevel plate-like piezo utility (11) with multiple slat-like lamella output structures (23,24). An opening (26a) in the direction of thickness by the piezo utility, are provided in a final state range (25) between the two parallel lamella output structures. The piezo-bending-converter has two lamellae, separated from each other by a separation slit, and which extend from a free lamella end to the final state range. The two lamellae are connected with each other at the final state range, where the separation slit ends with a final state slitting (35).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Piezobiegewandlern, die jeweils zwei durch einen Trennschlitz voneinander getrennte, parallel zueinander angeordneter Lamellen aufweisen, die sich jeweils von einem freien Lamellenende bis zu einem Endstandsbereich erstrecken, an dem die beiden Lamellen miteinander verbunden sind, wobei der Trennschlitz mit einem Endstands-Schlitzende im Endstandsbereich endet.The The invention relates to a method for the production of piezoelectric transducers, the two each separated by a separating slot, have mutually parallel slats, each extend from a free fin end to a final end region, where the two slats are connected to each other, wherein the separating slot ends with a terminal slot end in the final range.

Ein derartiger Piezobiegewandler, der auch als Schlitz- bzw. Spaltbiegewandler bezeichnet werden kann, ist beispielsweise aus der EP 1 207 329 B1 bekannt, bei dem zwei piezoelektrische Biegewandlerlamellen an einem Lagerungsabschnitt fest miteinander verbunden und gemeinsam in einem Ventilgehäuse fest eingespannt sind. Entsprechend der gewünschten Ventilfunktion können die Biegewandler unabhängig voneinander elektrisch angesteuert werden, um durch Verbiegen eine Auslenkbewegung hervorzurufen, die zum öffnen oder Verschließen zu steuernder Ventilöffnungen herangezogen wird. Der Einsatz als Ventilverschlussglied ist jedoch nur eines von vielen Einsatzgebieten derartiger Piezobiegewandler.Such a piezo bending transducer, which can also be referred to as a slot or Spaltbiewandler is, for example, from EP 1 207 329 B1 known in which two piezoelectric bending transducer blades are firmly connected to one another at a storage section and clamped together in a valve housing. According to the desired valve function, the bending transducers can be electrically controlled independently of one another in order to produce a deflection movement by bending, which is used to open or close valve openings to be controlled. However, the use as a valve closure member is only one of many applications of such piezoelectric bending.

Bei der Herstellung wird der Piezobiegewandler zunächst in einem ersten Fertigungsschritt aus einem Piezo-Nutzen herausgetrennt. Der Trennschlitz ist dabei noch nicht ausgebildet. Dieser wird erst nach dem Heraustrennen bzw. Vereinzeln in einem weiteren Fertigungsschritt eingebracht. Hierzu wird typischerweise ein einfaches Trennverfahren herangezogen, welches zu unerwünschten, die Lebensdauer verkürzenden Ausbrüchen an der Schnittkante in der Keramik und am Endstandsbereich führen kann. Ferner führt diese Herstellungsmethode zu relativen großen Geometrietoleranzen, welche für die nachfolgenden Anwendungen des Piezobiegewandlers, beispielsweise als Verschlussglied eines Ventils, nachteilig sind.at During manufacture, the piezoelectric bending transducer is initially made in a first production step separated out a piezo benefit. The separating slot is still there not trained. This is only after the separation or Singling introduced in a further manufacturing step. For this purpose is typically a simple separation method used, which to unwanted, shorten the life span outbreaks can lead to the cutting edge in the ceramic and the final level range. Further leads this manufacturing method to relatively large geometric tolerances, which for the following Applications of the piezo bending transducer, for example as a closure member a valve, are disadvantageous.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Piezobiegewandlern der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem der derart hergestellte Piezobiegewandler gegenüber herkömmlich hergestellten Piezobiegewandlern geringere Toleranzen besitzt und im Einsatz zuverlässiger arbeitet.task The invention is therefore a method for the production of piezoelectric transducers the aforementioned To provide a type in which the thus produced piezoelectric transducers compared to conventionally produced Piezo bending transducers has lower tolerances and works more reliable in use.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.These The object is achieved by a method having the features of the independent claim 1 solved. Further developments of the invention are shown in the subclaims.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Piezobiegewandlern, die jeweils durch einen Trennschlitz voneinander getrennte, parallel zueinander angeordnete Lamellen aufweisen, die sich jeweils von einem freien Lamellenende bis zu einem Endstandsbereich erstrecken, an dem die beiden Lamellen miteinander verbunden sind, wobei der Trennschlitz mit einem Endstands-Schlitzende im Endstandsbereich endet, wird ein mehrschichtiger plattenartiger Piezo-Nutzen bereitgestellt, mit mehrere streifenartigen Lamellen-Ausgangsstrukturen, wobei jeweils im Endstandsbereich zwischen zwei einander zugeordneten Lamellen-Ausgangsstrukturen eine sich in Dickenrichtung durch den Piezo-Nutzen erstreckende Öffnung vorgesehen ist.According to the inventive method for Production of piezo bending transducers, each by a separating slot separate, mutually parallel slats each having a free fin end to a Endstandsbereich extend, where the two fins together the separating slot having a terminal slot end ends in the final range, is a multilayer plate-like Piezoelectric power provided, with several strip-like lamellae output structures, in each case in the final range between two mutually associated Lamellae starting structures extending in the thickness direction through the Piezo-benefit opening is provided.

Ferner wird der jeweilige Trennschlitz zwischen zwei einander zugeordneten Lamellen-Ausgangsstrukturen eingebracht, derart, dass er sich bis zu dem den freien Lamellenenden zugewandten vorderen Öffnungsbereich der Öffnung über die gesamte in Dickenrichtung des Piezo-Nutzens verlaufende Öffnungslänge der Öffnung erstreckt.Further is the respective separating slot between two associated Introduced lamellae starting structures, so that he up to the free end of the lamella facing front opening area the opening over the extending total extending in the thickness direction of the piezo-benefit opening length of the opening.

Schließlich wird der mit Trennschlitzen versehene Piezo-Nutzen mittels eines Vereinzelungswerkzeugs zu Piezobiegewandlern vereinzelt.Finally will the provided with dividing slots piezoelectric benefits by means of a separating tool isolated to Piezobiewandlern.

Das Ausbilden der Trennschlitze erfolgt also bereits vor dem Vereinzelungsvorgang. Außerdem ergibt sich durch die Öffnung ein sauberer Abschluss des Endstands-Schlitzendes des Trennschlitzes eines jeweiligen Piezobiegewandlers, so dass lebensdauerverkürzende Ausbrüche an diesem Schlitzende verhindert werden.The Forming the separation slots thus already takes place before the separation process. It also gives through the opening a clean finish of the terminal slot end of the separation slot a respective Piezobiewandlers, so that lifetime shortening outbreaks at this Slit ends are prevented.

In besonders bevorzugter Weise wird das Einbringen des Trennschlitzes mit dem Vereinzelungswerkzeug durchgeführt. Somit kann für das Einbringen des Trennschlitzes und für den Vereinzelungsvorgang dasselbe Werkzeug verwendet werden.In particularly preferred manner is the introduction of the separating slot performed with the singulation tool. Thus, for the introduction of the divider and for the dicing process the same tool can be used.

Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Vereinzelungswerkzeug um eine Säge. Das Einbringen der Trennschlitze und/oder das Vereinzeln zu Piezobiegewandlern wird also bevorzugt durch einen Sägevorgang durchgeführt. Es sind jedoch auch andere Trennverfahren möglich, beispielsweise Wasserstrahlschneiden, oder dergleichen.Especially Preferably, the singulation tool is a Saw. The Introduction of the separating slots and / or the separation to piezoelectric transducers is therefore preferably carried out by a sawing process. It However, other separation methods are possible, such as water jet cutting, or similar.

Als Säge kann eine Wafersäge mit rotierender Trennscheibe eingesetzt werden, die vorzugsweise jeweils in den Bereich zwischen zwei zugeordneten Lamellen-Ausgangsstrukturen ein taucht. Alternativ ist jedoch auch ein Schnitt von der Außenkante des Piezo-Nutzens her möglich. Auch ein Schnitt von innen nach außen ist denkbar. Beim Einbringen des Trennschlitzes mittels Wafersäge ergibt sich am Ende eines eingesägten Schlitzes, also am Endstands-Schlitzende, ein runder Sägeendradius im Bauteil. Die Kontur ist sehr nachteilig im Hinblick auf die Biegeeigenschaften und die Dauerfestigkeit des Piezobiegewandlers und darf keinesfalls im piezoelektrisch aktiven Bereich liegen, welcher typischerweise zumindest teilweise aus PZT-Keramik gebildet wird. Dadurch, dass aber in die zwischen zwei streifenartigen Lamellen-Ausgangsstrukturen liegende Öffnung, und zwar über die gesamte in Dickenrichtung des Piezo-Nutzens verlaufende Öffnungslänge hineingesägt wird, wird ein solcher runder Sägeendradius verhindert. Der Trennschlitz kann also mit einem im Wesentlichen senkrecht zur Plattenebene des Piezo-Nutzens verlaufenden Endstands-Schlitzende abschließen.As a saw, a wafer saw with rotating cutting disc can be used, which preferably immersed in each case in the region between two associated lamellar output structures. Alternatively, however, a cut from the outer edge of the piezo benefit is possible. Also, a cut from the inside out is conceivable. When introducing the separating slot by means of a wafer saw, a round Sägeendradius in the component results at the end of a cut slot, ie at the end-slot end. The contour is very disadvantageous with regard to the bending properties and fatigue strength of the Piezo bending transducer and must not be in the piezoelectric active region, which is typically formed at least partially of PZT ceramic. Due to the fact that, however, sawing into the opening lying between two strip-like lamellar output structures, namely over the entire opening length running in the thickness direction of the piezoelectricity, such a round saw-end radius is prevented. The separating slot can thus terminate with a final end slot end running essentially perpendicular to the plane of the plate of the piezoelectric benefit.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird ein jeweiliger Trennschlitz durch zwei an die zugeordnete Öffnung herangeführte Schnitte ausgebildet. Dies ist dann der Fall, falls die Schnittbreite eines Schnittes kleiner ist, als die Breite des herzustellenden Trennschlitzes, beispielsweise falls die Breite der Trennscheibe einer Wafersäge kleiner ist als die Breite des herzustellenden Trennschlitzes. Prinzipiell wäre es jedoch auch möglich, den Trennschlitz mit einem einzelnen Schnitt herzustellen, falls Schnittbreite des Schnittes und Breite des herzustellenden Trennschlitzes übereinstimmen.at a development of the invention is a respective separation slot through two to the associated opening zoom out Trained cuts. This is the case if the cutting width a section is smaller than the width of the produced Trennschlitzes, for example, if the width of the blade a wafer saw smaller than the width of the separating slot to be produced. In principle, it would be also possible, to make the dividing slot with a single cut, if Cut width of the cut and width of the dividing slot to be produced match.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann es sich bei der Öffnung um eine solche mit kreisrundem Querschnitt handeln. Alternativ ist es möglich, dass die Öffnung einen vom kreisrunden Querschnitt abweichenden, beispielsweise langlochartigen oder ovalen Querschnitt besitzt.at a development of the invention may be at the opening to to act with a circular cross-section. Alternatively it is it possible that the opening one deviating from the circular cross-section, for example slot-like or oval cross-section.

Es ist möglich, dass eine einzelne Öffnung vorgesehen ist, mit einem der zuvor beschriebenen Querschnitte. Alternativ ist es möglich, dass die Öffnung durch mehrere quer, insbesondere senkrecht zur Schnittrichtung nach Art einer Perforation nebeneinanderliegende Teilöffnungen gebildet wird. Benachbarte Teilöffnungen können hierbei durch eine relativ schmale Materialbrücke voneinander beabstandet sein, die relativ leicht durchtrennt werden können.It is possible, that provided a single opening is, with one of the cross sections described above. alternative Is it possible, that the opening by several transversely, in particular perpendicular to the cutting direction Type of perforation adjacent partial openings is formed. neighboring partial openings can in this case spaced apart by a relatively narrow bridge material be relatively easy to cut through.

Bevorzugt ist bei Verwendung einer Wafersäge zum Einbringen des Trennschlitzes eine weitere Öffnung vorgesehen, die in Richtung vom freien Lamellenende aus fluchtend hinter der ersten Öffnung angeordnet ist und von dieser derart beabstandet ist, dass der mittels der Wafersäge entstandene Sägeschnitt an der Oberfläche des Piezo-Nutzens bis zur weiteren Öffnung reicht und gleichzeitig die Unterkante des vorderen Öffnungsbereich der ersten Öffnung erreicht. Die weitere Öffnung kann also als Orientierungsmarke dienen, bis zu dieser geschnitten wird, wobei dann abgestimmt auf den Krümmungsradius der Trennscheibe gewährleistet ist, dass an der ersten Öffnung die Unterkante des vorderen Öffnungsbereichs erreicht ist, wodurch also kein runder Sägeendradius entsteht.Prefers is when using a wafer saw provided for introducing the separating slot, a further opening in the direction arranged from the free end of the slat in alignment behind the first opening is and is spaced from this, that the means of the wafer saw resulting saw cut on the surface of the piezo benefit to further opening and at the same time the lower edge of the front opening area the first opening reached. The further opening can serve as an orientation mark until this is cut, where then matched to the radius of curvature ensures the cutting disc is that at the first opening the lower edge of the front opening area is achieved, so that no round Sägeendradius arises.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung werden mehrere Piezo-Nutzen Oberfläche an Oberfläche aneinandergefügt und dann an dem entstandenen Piezo-Nutzen-Paket an mehreren Piezo-Nutzen gleichzeitig Trennschlitze ausgebildet. Das Einbringen der Trennschlitze kann beispielsweise durch eine Innenlochsäge erfolgen, die eine hohe Genauigkeit beim Sägen ohne Unebenheiten hervorzurufen bietet.at In a further development of the invention, a plurality of piezoelectric surface-to-surface surfaces are joined together and then on the resulting piezo-benefit package at several piezo-benefits simultaneously Dividing slots formed. The introduction of the separation slots can For example, by a Innenlochsäge done that a high Accuracy when sawing without causing any unevenness.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden erläutert. In der Zeichnung zeigen:preferred embodiments The invention is illustrated in the drawings and will be described below explained. In the drawing show:

1 eine schematische Draufsicht auf einen Piezo-Nutzen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 a schematic plan view of a piezoelectric advantage according to a first embodiment of the invention,

2 eine perspektivische Ansicht auf den Piezo-Nutzen von 1 beim Einbringen der Trennschlitze, 2 a perspective view of the piezoelectric benefits of 1 when inserting the separating slots,

3 eine perspektivische Ansicht auf den Piezo-Nutzen von 1 nach dem Einbringen der Trennschlitze, 3 a perspective view of the piezoelectric benefits of 1 after inserting the dividing slots,

4 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X von 4 an enlarged view of the detail X of

3 mit einem Schnitt durch den Piezo-Nutzen entlang der Linie IV-IV in 3, 3 with a section through the piezoelectric utility along the line IV-IV in FIG 3 .

5 eine schematische Draufsicht auf einen Piezo-Nutzen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 5 a schematic plan view of a piezoelectric advantage according to a second embodiment of the invention,

6 eine perspektivische Darstellung des Piezo-Nutzens von 5 beim Einbringen der Trennschlitze, 6 a perspective view of the piezo benefit of 5 when inserting the separating slots,

7 eine perspektivische Darstellung des Piezo-Nutzens von 5 nach dem Einbringen der Trennschlitze, 7 a perspective view of the piezo benefit of 5 after inserting the dividing slots,

8 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Y in 8th an enlarged view of the detail Y in

7 mit einem Schnitt durch den Piezo-Nutzen entlang der Linie VIII-VIII in 7, 7 with a section through the piezoelectric utility along the line VIII-VIII in 7 .

9 eine schematische Draufsicht auf einen Piezo-Nutzen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 9 a schematic plan view of a piezoelectric advantage according to a third embodiment of the invention,

10 eine perspektivische Darstellung des Piezo-Nutzens von 9 beim Einbringen der Trennschlitze, 10 a perspective view of the piezo benefit of 9 when inserting the separating slots,

11 eine perspektivische Darstellung des Piezo-Nutzens von 9 nach dem Einbringen der Trennschlitze, 11 a perspective view of the piezo benefit of 9 after the introduction of the Separating slots,

12 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Z in 12 an enlarged view of the detail Z in

11 mit einem Schnitt durch den Piezo-Nutzen entlang der Linie XII-XII in 11, und 11 with a section through the piezoelectric utility along the line XII-XII in FIG 11 , and

13 eine schematische Draufsicht auf einen Piezo-Biegewandler nach dem Vereinzelungsvorgang. 13 a schematic plan view of a piezo bending transducer after the separation process.

Die 1 bis 4 zeigen einen Piezo-Nutzen 11 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Ein solcher Piezo-Nutzen 11 wird durch zwei verschiedene Prozessschritte hergestellt, nämlich dem Laminierprozess und dem Beschichtungsprozess.The 1 to 4 show a piezo benefit 11 according to a first embodiment of the invention. Such a piezo benefit 11 is produced by two different process steps, namely the lamination process and the coating process.

Beim Laminieren wird eine Tragkörper-Ausgangsstruktur, die auch als Prepreg bezeichnet werden kann, bereitgestellt. Bei Prepreg handelt es sich um ein Halbzeug in Gestalt eines bevorzugt plattenartigen, noch nicht ausgehärteten, biegeschlaffen Rohlings mit eingebetteten Verstärkungsfasern. Diese Verstärkungsfasern liegen zweckmäßigerweise in einer oder mehreren unidirektionalen Schichten vor, die sich in Längs- oder Querrichtung des Prepregs erstrecken. Zweckmäßig ist eine Ausrichtung in Längsrichtung der nachfolgend noch beschriebenen Piezo-Schicht 12. Allerdings können die Verstärkungsfasern auch als Gewebe oder Gelege vorliegen. Das Prepreg lässt sich im noch nicht ausgehärteten Zustand leicht verformen und in die gewünschte Gestalt bringen. Aufgrund seiner klebrigen Eigenschaften kann es zudem sehr präzise mit Komponenten bestückt werden.In lamination, a support base structure, which may also be referred to as a prepreg, is provided. Prepreg is a semi-finished product in the form of a preferably plate-like, not yet cured, limp blank with embedded reinforcing fibers. These reinforcing fibers are advantageously present in one or more unidirectional layers which extend in the longitudinal or transverse direction of the prepreg. An alignment in the longitudinal direction of the piezo-layer described below is expedient 12 , However, the reinforcing fibers may also be present as tissue or scrim. The prepreg can be easily deformed in the not yet cured state and bring into the desired shape. Due to its sticky properties, it can also be very precisely equipped with components.

Eine dieser Komponenten ist eine leiterplattenartig ausgebildete Kontaktierungseinheit 13, die eine aus elektrisch nicht leitendem Material bestehende Tragplatte 14 aufweist. Als Tragplatten-Material kommt glasfaserverstärktes Epoxydharz oder Kunstharz in Frage.One of these components is a printed circuit board-like contacting unit 13 comprising a support plate made of electrically non-conductive material 14 having. As a base material is glass fiber reinforced epoxy resin or synthetic resin in question.

An der Oberseite 15 der Tragplatte 14, die später dem Tragkörper 16 abgewandt ist, sind mehrere Anschlusselemente 17 aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise Kupfer, angeordnet. Die Anschlusselemente 17, die auch als Anschlusspads bezeichnet werden, können beispielsweise fotolithografisch aufgebracht sein. Die Anschlusselemente 17 sind paarweise angeordnet, wobei ein erstes Anschlusspad 18 zur Kontaktierung der nachfolgend näher beschriebenen oberen Elektrode 19 und ein zweites Anschlusspad 20 zur Kontaktierung der unteren Elektrode dient.At the top 15 the support plate 14 that later became the supporting body 16 is facing away, are several connection elements 17 made of electrically conductive material, such as copper. The connection elements 17 , which are also referred to as connection pads, for example, can be applied photolithographically. The connection elements 17 are arranged in pairs, with a first connection pad 18 for contacting the upper electrode described in more detail below 19 and a second connection pad 20 for contacting the lower electrode is used.

Die Tragkörper-Ausgangsstruktur wird ferner noch mit Piezo-Schichten 12 bestückt. Die Piezo-Schichten 12 grenzen im Wesentlichen direkt an die Längsseiten der Kontaktierungseinheit 13 an. Die Piezo-Schichten 12, die auch als piezoelektrische Körper bezeichnet werden können, bestehen aus einem piezoelektrisch aktivierbaren Material, insbesondere einer Blei-Zirkonat-Titan-Oxidkeramik (PZT) oder einer anderen Piezokeramik. Es ist ein monolitischer oder Multilager-Aufbau der Piezo-Schichten denkbar.The carrier-output structure is also still with piezo layers 12 stocked. The piezo layers 12 essentially border directly on the long sides of the contacting unit 13 at. The piezo layers 12 , which may also be referred to as piezoelectric body, consist of a piezoelectrically activatable material, in particular a lead zirconate titanium oxide ceramic (PZT) or another piezoceramic. It is a monolithic or multilayer structure of the piezoelectric layers conceivable.

Beim Laminieren werden die Piezo-Schichten 12 unter Wärme- und Druckeinwirkung mit dem Tragkörper-Prepreg verpresst. Hierbei wird das Basismaterial des Tragkörper-Prepregs, beispielsweise Epoxydharz, soweit verdrängt, dass die Unterseite der Piezo-Schichten 12 großflächig mit den elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern kontaktiert sind. Dieser Bereich der Verstärkungsfasern kann nunmehr eine untere Elektrode für die Piezo-Schichten 12 bilden. Auch zwischen der Kontaktierungseinheit 13 und der Tragkörper-Ausgangsstruktur bildet sich beim Aushärten der Tragkörper-Ausgangsstruktur unter erhöhter Temperatur eine stoffschlüssige Verbindung, so dass eine fest zusammenhaltende Baueinheit vorliegt. Die Tragkörper-Ausgangsstruktur wird nach dem Laminieren zum Tragkörper 16.When laminating, the piezo layers become 12 Pressed under heat and pressure with the support body prepreg. Here, the base material of the support body prepreg, for example, epoxy resin, displaced so far that the underside of the piezoelectric layers 12 are contacted over a large area with the electrically conductive reinforcing fibers. This region of the reinforcing fibers can now be a lower electrode for the piezo layers 12 form. Also between the contacting unit 13 and the support body-output structure is formed during curing of the support body output structure at elevated temperature a cohesive connection, so that a firmly cohesive unit is present. The carrier-output structure is after lamination to the support body 16 ,

Nach dem Laminierprozess erfolgt der Beschichtungsprozess, der beispielsweise mittels Siebdruck oder Sputtern durchgeführt wird. Hier wurden an den der Kontaktierungseinheit 13 zugewandten und dieser gegenüberliegenden Rändern der Piezo-Schichten 12 Dielektrika 21, 22, also Schichten aus elektrisch nicht leitfähigem Material, aufgedruckt. Außerdem sind auf die Piezo-Schichten 12 dünne, elektrisch leitfähige Schichten aufgedruckt, die die oberen Elektroden 19 bilden. Beispielsweise eignet sich hierfür Kohlefasermaterial.After the lamination process, the coating process is carried out, for example, by screen printing or sputtering. Here were to the contacting unit 13 facing and these opposite edges of the piezoelectric layers 12 dielectrics 21 . 22 , ie layers of electrically non-conductive material, printed. Also, look at the piezo layers 12 thin, electrically conductive layers printed on the upper electrodes 19 form. For example, carbon fiber material is suitable for this purpose.

Wie beispielsweise in 1 dargestellt, weist der fertig beschichtete Piezo-Nutzen 11 also mehrere streifenartigen Lamellen-Ausgangsstrukturen 23, 24 auf, von denen benachbarte Lamellen-Ausgangsstrukturen 23, 24 paarweise einander zugeordnet sind. Die paarweise Zuordnung der Lamellen-Ausgangsstrukturen 23, 24 ergibt sich beispielsweise durch ein jeweiliges zweites Anschlusspad 20, das sich stirnseitig über die beiden einander zugeordneten Lamellen-Ausgangsstrukturen 23, 24 erstreckt. Der Bereich des zweiten Anschlusspads 20 und der Bereich des ersten Anschlusspads 18, die voneinander beabstandet angeordnet sind, und der zwischen den Anschlusspads 18, 20 liegende Bereich der Tragplatte 14 stellt den Endstandsbereich 25 dar, an dem die Lamellen 36, 37 des vereinzelten Piezo-Biegewandlers miteinander verbunden sind. Die Lamellen-Ausgangsstrukturen 23, 24 schließen an den Rand der Kontaktierungseinheit 13 an und bestehen jeweils aus einem streifenartigen Bereich des Tragkörpers 16, der darauf laminierten Piezo-Schicht 12 sowie oberer und unterer Elektrode 19.Such as in 1 shown, the finished coated piezo benefits 11 So several strip-like lamellae output structures 23 . 24 on, of which adjacent lamellae exit structures 23 . 24 pairwise associated with each other. The pairwise assignment of the lamellae output structures 23 . 24 results, for example, by a respective second connection pad 20 , which frontally over the two mutually associated lamellar output structures 23 . 24 extends. The area of the second connection pad 20 and the area of the first terminal pad 18 , which are arranged spaced from each other, and between the connection pads 18 . 20 lying area of the support plate 14 represents the final level area 25 on which the slats 36 . 37 of the isolated piezo bending transducer are connected to each other. The lamellae starting structures 23 . 24 close to the edge of the contacting unit 13 in each case and consist of a strip-like region of the support body 16 , the laminated piezo layer on it 12 as well as upper and lower electrode 19 ,

Wie insbesondere in den 1 und 4 dargestellt, befindet sich im Endstandsbereich 25 zwischen den beiden ersten Anschlusspads 18 eine Öffnung 26a, insbesondere direkt am Rand der Tragplatte 14, also am Übergang zwischen der Tragplatte 14 und der Piezo-Schicht 12, gelegen. Die Öffnung 26a besitzt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen kreisrunden Querschnitt. Die Öffnung 26a durchtritt den Piezo-Nutzen in Dickenrichtung. Die Öffnungslänge erstreckt sich also über die gesamte Dicke des Piezo-Nutzens 11. Die Öffnung 26a besitzt einen den freien Lamellenenden der Lamellen-Ausgangsstrukturen 23, 24 zugewandten vorderen Öffnungsbereich 27a. Der vordere Öffnungsbereich 27a liegt also im Wesentlichen am Rand der Tragplatte 14. Ferner ist ein hinterer Öffnungsbereich 28a vorgesehen, der dem vorderen Öffnungsbereich 27a gegenüberliegt. Wie in 1 dargestellt, liegt die Öffnung 26a unter den auf dem Übergang zwischen Tragplatte 14 und Piezo-Schicht 12 aufgedruckten Dielektrika 21.As in particular in the 1 and 4 shown, is in the final range 25 between the first two connection pads 18 an opening 26a , especially directly on the edge of the support plate 14 So at the transition between the support plate 14 and the piezo layer 12 , located. The opening 26a has according to the first embodiment of the invention has a circular cross-section. The opening 26a passes through the piezoelectric benefit in the thickness direction. The opening length thus extends over the entire thickness of the piezoelectric benefit 11 , The opening 26a has one of the free lamella ends of the lamellar output structures 23 . 24 facing front opening area 27a , The front opening area 27a So it is essentially on the edge of the support plate 14 , Furthermore, there is a rear opening area 28a provided, the front opening area 27a opposite. As in 1 represented, lies the opening 26a under the on the transition between support plate 14 and piezo layer 12 printed dielectrics 21 ,

Es ist ferner eine weitere Öffnung 29a vorgesehen, die von den freien Lamellenenden aus fluchtend hinter der Öffnung 26a angeordnet ist. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt auch diese Öffnung 29a einen kreisrunden Querschnitt, insbesondere mit im Wesentlichen gleichgroßem Durchmesser wie die Öffnung 26a.It is also another opening 29a provided, which from the free lamella ends in alignment behind the opening 26a is arranged. According to the first embodiment of the invention also has this opening 29a a circular cross section, in particular with substantially the same diameter as the opening 26a ,

Die Öffnung 26a und die weitere Öffnung 29a können mit einem nicht leitenden isolierenden Werkstoff, beispielsweise einem Epoxydharz, ausgefüllt sein, um die Lamellen des fertigen Piezo-Biegewandlers elektrisch voneinander zu trennen.The opening 26a and the further opening 29a can be filled with a non-conductive insulating material, such as an epoxy resin, to electrically separate the blades of the final piezoelectric bending transducer from each other.

Als Nächstes werden an dem Piezo-Nutzen 11 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau Trennschlitze 30 jeweils im Bereich zwischen zwei einander zugeordneten benachbarten Lamellen-Ausgangsstrukturen 23, 24 eingebracht. Das Einbringen der Trennschlitze 30 erfolgt mit demselben Werkzeug, das auch für den nachfolgenden Vereinzelungsvorgang verwendet wird. Hierzu eignet sich besonders eine Wafersäge 31 mit rotierender Trennscheibe 32. Dadurch lassen sich sehr präzise Schnitte erzeugen, wodurch Ausbrüche an der Schnittkante verhindert werden. Typischerweise ragt die Trennscheibe 32 einer derartigen Wafersäge mit relativ geringem Überstand, beispielsweise kleiner 2 mm, über einen verhältnismäßig großen Flansch der Wafersäge 31 hinaus. Der Durchmesser der Trennscheibe 32 ist in der Regel sehr viel größer als die Dicke des Piezo-Nutzens 11. Ferner ist die Dicke der Trennscheibe 32 in der Regel geringer als die Breite des herzustellenden Trennschlitzes 30, so dass zwei parallele Schnitte 33 notwendig sind, wobei das zwischen den Schnitten 33 befindliche Material herausgetrennt wird. Bevor mit dem Ausbilden der Sägeschnitte begonnen wird, wird der Piezo-Nutzen auf einer Befestigungsvorrichtung mittels eines Trägermaterials, beispielsweise eine Tragfolie, befestigt. Es ist möglich, den Piezo-Nutzen mittels Unterdruck festzuspannen. Hierbei können die Sägebahnen beispielsweise in der Unterdruckspannvorrichtung bereits vorgegeben sein.Next will be at the piezo benefit 11 with the structure described above separation slots 30 each in the region between two mutually associated adjacent lamellae output structures 23 . 24 brought in. The introduction of the dividing slots 30 is done with the same tool that is also used for the subsequent singulation process. Particularly suitable for this purpose is a wafer saw 31 with rotating cutting disc 32 , As a result, very precise cuts can be produced, which prevents breakouts on the cutting edge. Typically, the blade protrudes 32 such a relatively small projection, for example less than 2 mm, wafer saw over a relatively large flange of the wafer saw 31 out. The diameter of the cutting disc 32 is usually much larger than the thickness of the piezo benefit 11 , Furthermore, the thickness of the cutting disc 32 usually smaller than the width of the separating slot to be produced 30 so that two parallel cuts 33 are necessary, being between the cuts 33 is removed material is removed. Before commencing the formation of the saw cuts, the piezoelectric benefit is fastened on a fastening device by means of a carrier material, for example a carrier foil. It is possible to clamp the piezoelectric power by means of negative pressure. Here, the saw blades may already be predetermined, for example in the vacuum clamping device.

Beim Ausbilden der Schnitte 33 taucht die Trennscheibe 32 an vorgegebener Stelle in den Piezo-Nutzen 11 ein. Der Schnitt tritt durch den gesamten Piezo-Nutzen 11 in Dickenrichtung hindurch. Aufgrund der geometrischen Verhältnisse betreffend Sägeblattüberstand und Trennscheibendurchmesser ergibt sich am Ende des eingesägten Schnittes 33 ein runder Schnittradius 34 im Piezo-Nutzen 11. Würde dieser Schnittradius 34 stehen bleiben hätte dies im Hinblick auf die Biegeeigenschaften und die Dauerfestigkeit des Piezo-Biegewandlers nachteilige Eigenschaften. Jedoch verhindert die Öffnung 26a, dass ein solcher runder Schnittradius 34 mit den vorstehen beschriebenen nachteiligen Eigenschaften stehen bleibt.When making the cuts 33 dives the blade 32 at the given place in the piezo-utility 11 one. The cut passes through the entire piezo benefit 11 in the thickness direction. Due to the geometric conditions regarding saw blade protrusion and blade diameter results at the end of the sawed cut 33 a round cut radius 34 in the piezo benefit 11 , Would this cut radius 34 This would have remained disadvantageous in view of the flexural properties and fatigue strength of the piezo bending transducer. However, the opening prevents 26a that such a round cutting radius 34 with the above-described adverse properties remains.

Wie insbesondere in 4 dargestellt, wird nämlich der Schnitt bis zum vorderen Öffnungsbereich 27a der Öffnung 26a über die gesamte in Dickenrichtung des Piezo-Nutzens 11 verlaufende Öffnungslänge der Öffnung 26a ausgebildet. Der Schnitt endet also an der Unterkante der Öffnung 26a. Der runde Schnittradius 34 läuft also in die Öffnung 26a hinein, wo ja kein Material vorhanden ist, so dass der Schnittradius 34 nicht existent ist.As in particular in 4 in fact, the cut becomes the front opening area 27a the opening 26a over the entire in the thickness direction of the piezo benefit 11 extending opening length of the opening 26a educated. The cut thus ends at the lower edge of the opening 26a , The round cut radius 34 So runs into the opening 26a into, where no material is present, so that the cutting radius 34 is not existent.

Nach dem ersten Schnitt erfolgt ein paralleler zweiter Schnitt ebenfalls bis zum vorderen Öffnungsbereich 27a der Öffnung 26a über die gesamte in Dickenrichtung des Piezo-Nutzens 11 verlaufende Öffnungslänge der Öffnung 26a. Das zwischen den Schnitten 33 befindliche Material wird herausgetrennt oder fällt selbstständig heraus, wodurch ein Trennschlitz 30 entsteht, dessen Endstands-Schlitzende 35 durch den hinteren Öffnungsbereich 28a der Öffnung 26a gebildet wird. Das Endstands-Schlitzende 35 verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Piezo-Nutzens 11. Die weitere Öffnung 29a dient also Orientierungshilfe beim Anbringen der Schnitte 33. Da die Öffnungen 26a durch das Dielektrika 21 überdeckt sind, wird die weitere Öffnung 29a als Anhaltspunkt genommen, wobei an der Oberseite des Piezo-Nutzens 11 bis in den Bereich der weiteren Öffnung 29a hingeschnitten wird. Die weitere Öffnung 29a ist in bestimmtem Abstand hinter der Öff nung 26a angeordnet, wobei bei Erreichen der weiteren Öffnung 29a in Folge des Schnittradius 34 gleichzeitig die Unterkante des vorderen Öffnungsbereichs 27a der Öffnung 26a erreicht ist. Der Schnitt 33 liegt dann also richtig.After the first cut, a second parallel cut also takes place to the front opening area 27a the opening 26a over the entire in the thickness direction of the piezo benefit 11 extending opening length of the opening 26a , That between the cuts 33 material is removed or falls out by itself, creating a separating slot 30 arises whose end-slot end 35 through the rear opening area 28a the opening 26a is formed. The final stage slot end 35 is substantially perpendicular to the surface of the piezo benefit 11 , The further opening 29a thus serves as an orientation aid when applying the cuts 33 , Because the openings 26a through the dielectrics 21 are covered, the further opening 29a taken as a guide, being at the top of the piezo benefit 11 into the area of the further opening 29a is cut. The further opening 29a is at a certain distance behind the Publ voltage 26a arranged, wherein upon reaching the further opening 29a as a result of the cutting radius 34 at the same time the lower edge of the front opening area 27a the opening 26a is reached. The cut 33 is then right.

Sind die Trennschlitze 30 im Piezo-Nutzen 11 eingebracht, so folgt als Nächstes der Vereinzelungsvorgang. Hierzu wird der Piezo-Nutzen 11 ebenfalls mit der Wafersäge 31 zu Piezo-Biegewandlern vereinzelt. Ein solcher Piezo-Biegewandler ist. in 13 dargestellt. Dieser besitzt also zwei durch den Trennschlitz 30 voneinander getrennte, parallel zueinander angeordnete Lamellen 36, 37 die sich jeweils von einem freien Lamellenende bis zum Endstandsbereich 25 erstrecken, an dem die beiden Lamellen 36, 37 miteinander verbunden sind. Der Trennschlitz 30 endet mit einem Endstands-Schlitzende 35 im Endstandsbereich 25.Are the dividing slots 30 in the piezo benefit 11 introduced, then follows the singulation process. This is the piezo-benefit 11 also with the wafer saw 31 isolated to piezo bending transducers. Such a piezo bending transducer is. in 13 shown. So this has two through the separation slot 30 separate, mutually parallel slats 36 . 37 each from a free lamella end to the final level range 25 extend, on which the two lamellas 36 . 37 connected to each other. The dividing slot 30 ends with a terminal slot end 35 in the final level range 25 ,

Die 5 bis 8 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel besteht hierbei die Öffnung 26b aus mehreren Teilöffnungen 26bI, 26bII, 26bIII, die im Wesentlichen senkrecht zur Schnittrichtung nach Art einer Perforation nebeneinander liegen. Beispielsweise können drei nebeneinanderliegende Teilöffnungen 26bI, 26bII und 26bIII vorgesehen sein. Die Teilöffnungen 26bI, 26bII, 26bIII sind durch schma le Materialstege voneinander getrennt, die in einfacher Weise durchtrennbar sind. Ferner ist die weitere Öffnung 29b ebenfalls aus Teilöffnungen 29bI, 29bII, 29bIII aufgebaut. Die Teilöffnungen 29bI, 29bII, 29bIII liegen fluchtend hinter den Teilöffnungen 26bI, 26bII, 26bIII der Öffnung 26b. Die Teilöffnungen 26bI, 26bII, 26bIII durchtreten den Piezo-Nutzen in Dickenrichtung. Die Teilöffnungen 29bI, 29bII und 29bIII können den Piezo-Nutzen 11 ebenfalls vollständig in Dickenrichtung durchdringen.The 5 to 8th show a second embodiment of the invention. In contrast to the first embodiment described above, this is the opening 26b from several partial openings 26bI . 26bII . 26bIII , Which are substantially perpendicular to the cutting direction in the manner of a perforation next to each other. For example, three adjacent partial openings 26bI . 26bII and 26bIII be provided. The partial openings 26bI . 26bII . 26bIII are separated by schma le material webs, which are easily separable. Furthermore, the further opening 29b also from partial openings 29bI . 29bII . 29bIII built up. The partial openings 29bI . 29bII . 29bIII lie in alignment behind the partial openings 26bI . 26bII . 26bIII the opening 26b , The partial openings 26bI . 26bII . 26bIII pass through the piezoelectric advantage in the thickness direction. The partial openings 29bI . 29bII and 29bIII can use the piezo 11 also completely penetrate in the thickness direction.

Mit der Wafersäge 31 werden wiederum zwei parallele Schnitte 33 durchgeführt und zwar bis zu dem den freien Lamellenenden zugewandten vorderen Öffnungsbereich der beiden äußeren Teilöffnungen 26bI, 26bIII über die gesamte in Dickenrichtung des Piezo-Nutzens verlaufende Öffnungslänge der beiden Teilöffnungen 26bI, 26bIII. Die beiden parallelen Schnitte 33 können an der Oberseite des Piezo-Nutzens 11 im Wesentlichen mittig durch die beiden äußeren Teilöffnungen 26bI, 26bIII hindurchlaufen. Die hinteren Teilöffnungen 29bI, 29bII, 29bIII dienen wiederum als Orientierungshilfe bei der Schnittführung. Das zwischen den beiden Schnitten 33 befindliche Material kann dann herausgetrennt werden, insbesondere werden dabei die schmalen Materialstege zwischen den vorderen Teilöffnungen 26bI, 26bII, 26bIII durchtrennt, so das wiederum ein Trennschlitz 30 entsteht. Nach dem Ausbilden der Trennschlit ze 30 erfolgt wiederum in bereits zuvor beschriebener Weise das Vereinzeln zu Piezo-Biegewandlern.With the wafer saw 31 turn into two parallel cuts 33 performed and indeed up to the free lamella ends facing the front opening portion of the two outer part openings 26bI . 26bIII over the entire extending in the thickness direction of the piezoelectric useful opening length of the two partial openings 26bI . 26bIII , The two parallel cuts 33 can be at the top of the piezo benefit 11 essentially centrally through the two outer partial openings 26bI . 26bIII pass. The rear part openings 29bI . 29bII . 29bIII turn serve as a guide in the cut. That between the two cuts 33 located material can then be separated out, in particular, while the narrow material webs between the front part openings 26bI . 26bII . 26bIII severed, which in turn is a separation slot 30 arises. After forming the Trennschlit ze 30 again in the manner described above, the singulation to piezo bending transducers.

Die 10 bis 12 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, dass eine Öffnung 26c mit ovalem bzw. langlochartigem Querschnitt vorgesehen ist. Auch hier ist wiederum fluchtend hinter der Öffnung 26c eine weitere Öffnung 29c mit ovalen bzw. langlochartigem Querschnitt vorgesehen. Die Öffnungen 26c, 29c durchdringen den Piezo-Nutzen in Dickenrichtung vollständig.The 10 to 12 show a third embodiment of the invention. It differs from the previously described embodiments in that an opening 26c is provided with oval or langlochartigem cross-section. Again, here is in alignment behind the opening 26c another opening 29c provided with oval or langlochartigem cross-section. The openings 26c . 29c completely penetrate the piezoelectric benefit in the thickness direction.

Auch hier werden mit der Wafersäge 31 wiederum zwei parallele Schnitte 33 durchgeführt und zwar bis zum den freien Lamellenenden zugewandten vorderen Öffnungsbereich 27c der Öffnung 26c über die gesamte Dickenrichtung des Piezo-Nutzens verlaufende Öffnungslänge der Öffnung 26c. Nach dem Ausbilden der Trennschlitze 30 erfolgt wiederum das zuvor beschriebene Vereinzeln zu Piezo-Biegewandlern.Again, be careful with the wafer saw 31 again two parallel cuts 33 carried out until the free slats ends facing the front opening area 27c the opening 26c Over the entire thickness direction of the piezo-benefit extending opening length of the opening 26c , After forming the separation slots 30 Again, the separation described above to piezo-bending transducers.

Claims

Method for producing piezoelectric bending transducers, each of which passes through a separating slot ( 30 ) spaced apart, mutually parallel slats ( 36 . 37 ), each extending from a free fin end to a final end region ( 25 ), on which the two slats ( 36 . 37 ), wherein the separating slot ( 30 ) with a terminal slot end ( 35 ) in the final range ( 25 ), the method comprises the following steps: - providing a multilayer plate-like piezo benefit ( 11 ), with several strip-like lamellae starting structures ( 23 . 24 ), in each case in the final range ( 25 ) between two mutually associated lamellar output structures ( 23 . 24 ) in the thickness direction by the piezoelectricity ( 11 ) extending opening ( 26a . 26b . 26c ), - introducing the respective separating slot ( 30 ) between two mutually associated lamellar output structures ( 23 . 24 ) such that it extends up to the free end of the slat facing front opening area ( 27a . 27b . 27c ) of the opening ( 26a . 26b . 26c ) over the entire in the thickness direction of the piezo benefit ( 11 ) running opening length of the opening ( 26a . 26b . 26c ), - separating the with separating slots ( 30 ) provided piezo benefit ( 11 ) by means of a separating tool to piezo bending transducers.

Method according to claim 1, characterized in that a respective separating slot ( 30 ) through two to the associated opening ( 26a . 26b . 26c ) sections ( 33 ) is formed.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that at the opening ( 26a ) is one with a circular cross-section.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that it is at the opening ( 26c ) is one with a slot-like cross-section.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the opening ( 26b ) by a plurality of transverse, in particular perpendicular to the cutting direction in the manner of a perforation adjacent partial openings ( 26bI . 26bII . 26bIII ) is formed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the introduction of the separating slot ( 30 ) is cut into the underlying under the piezoelectric substrate.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the introduction of the separating slots ( 30 ) is performed with the singulation tool.

Method according to claim 7, characterized in that that the singulation tool is a saw.

A method according to claim 8, characterized in that as a saw a wafer saw ( 31 ) with rotating cutting disc ( 32 ), which are preferably each in the region between two associated lamellae output structures ( 23 . 24 immersed).

Method according to claim 9, characterized in that a further opening ( 29a . 29b . 29c ) is provided, which is aligned from the free end of the lamella behind the first opening ( 26a . 26b . 26c ), and is spaced therefrom such that when using a wafer saw (US Pat. 31 ) the cut ( 33 ) at the surface of the piezo benefit ( 11 ) until the further opening ( 29a . 29b . 29c ), while at the same time the lower edge of the front opening area ( 27a . 27b . 27c ) of the first opening ( 26a . 26b . 26c ) is reached.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of piezoelectric benefits ( 11 ) Are joined together surface by surface and then as a piezo-utility package separation slots ( 30 ) at several piezo-benefits ( 11 ) are formed simultaneously.