DE102007016818B4 - Method for determining the polarity of a piezoelectric component - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bestimmung einer Polarität eines piezoelektrischen Bauelements (1), welches zumindest eine Kapazität (C) aufweist, bei dem das Bauelement mit einer variierenden Spannung (U) beaufschlagt wird und eine dadurch verursachte Änderung der gemessenen Kapazität des Bauelements die Polarität des Bauelements angibt, bei dem die Kapazität (C) elektrisch mittels einer Grundwechselspannung gemessen wird, wobei die variierende Spannung (U) der Grundwechselspannung überlagert ist.Method for determining a polarity of a piezoelectric component (1) which has at least one capacitance (C), in which the component is subjected to a varying voltage (U) and a change in the measured capacitance of the component caused thereby indicates the polarity of the component, in which the capacitance (C) is measured electrically using a basic AC voltage, with the varying voltage (U) being superimposed on the basic AC voltage.
Description
Es wird ein Verfahren zur Bestimmung der Polarität eines piezoelektrischen Bauelements, welches zumindest eine Kapazität aufweist, angegeben.A method for determining the polarity of a piezoelectric component which has at least one capacitance is specified.
Die Druckschrift
Die Veröffentlichung von McCALLUM, Stephen; RESMER, Frank: „Automatic coupling control system for radio frequency in vivo electron paramagnetic resonance based on a piezoelectric controlled capacitor.“ (In: Review of scientific instruments, Vol. 70, No. 12, Dezember 1999, S. 4706-4710) beschreibt eine Verwendung eines piezoelektrischen Aktuators bei Elektronenspinresonanz-Messungen.The publication of McCALLUM, Stephen; RESMER, Frank: "Automatic coupling control system for radio frequency in vivo electron paramagnetic resonance based on a piezoelectric controlled capacitor." (In: Review of scientific instruments, Vol. 70, No. 12, December 1999, pp. 4706-4710) describes a use of a piezoelectric actuator in electron spin resonance measurements.
Die Druckschrift
In den Veröffentlichungen von HAMI, Khalil El [et al.]: „Organic variable capacitor as direct application of piezoelectric effect.“ (In: Thin solid films, Bd. 393, 2001, S. 343-346) und BIRK, H. [et al.]: „The local piezoelectric activity oft thin polymer films observed by scanning tunneling microscopy.“ (In: Journal of Vacuum Science & Technology B, Vol. 9, 1991, No. 2, Part II, S. 1162-1165) werden die Bestimmung piezoelektrischer Eigenschaften ultradünner Kopolymer-Filme aus ihrer Dickenänderung bei angelegter Spannung beschrieben.In the publications by HAMI, Khalil El [et al.]: "Organic variable capacitor as direct application of piezoelectric effect." (In: Thin solid films, Vol. 393, 2001, pp. 343-346) and BIRK, H. [et al.]: "The local piezoelectric activity of thin polymer films observed by scanning tunneling microscopy." (In: Journal of Vacuum Science & Technology B, Vol. 9, 1991, No. 2, Part II, p. 1162- 1165) describes the determination of the piezoelectric properties of ultra-thin copolymer films from their change in thickness when a voltage is applied.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mittels derer die Polarität eines elektrischen Bauelements besonders einfach festgestellt werden kann.One problem to be solved is to specify a method by means of which the polarity of an electrical component can be determined in a particularly simple manner.
Es wird ein Verfahren zur Bestimmung der Polarität eines piezoelektrischen Bauelements, welches zumindest eine Kapazität aufweist, angegeben, wobei das Bauelement mit einer Spannung beaufschlagt wird und die Kapazität des Bauelement gemessen wird.A method for determining the polarity of a piezoelectric component, which has at least one capacitance, is specified, a voltage being applied to the component and the capacitance of the component being measured.
Das piezoelektrische Bauelement weist eine Grundpolarität auf, welche bereits vorhanden ist, wenn es vermessen wird.The piezoelectric component has a basic polarity which is already present when it is measured.
Beim Verfahren wird anhand einer durch die Variation der Spannung verursachten Änderung der gemessenen Kapazität des Bauelements die Polarität des Bauelements bestimmt bzw. festgestellt. Die Spannung kann dabei kontinuierlich oder stufenweise variiert werden.In the method, the polarity of the component is determined or ascertained on the basis of a change in the measured capacitance of the component caused by the variation in the voltage. The voltage can be varied continuously or stepwise.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass die Polarität des Bauelements nicht mittels schriftlicher Zeichen, Formen oder anderer optischen bzw. bildlichen Erkennungsmitteln kenntlich gemacht werden muss. Die Polarität des Bauelements kann somit bereits in seiner zum Einbau geeigneten Form bestimmt werden, ohne dass es mittels zusätzlicher Polaritätskennzeichnungen versehen werden muss.The method has the advantage that the polarity of the component does not have to be identified by means of written characters, shapes or other optical or pictorial means of identification. The polarity of the component can thus already be determined in its form suitable for installation, without it having to be provided with additional polarity markings.
Es kann die Polarität eines piezoelektrischen Vielschichtbauelements bestimmt werden, welches einen Stapel von übereinander angeordneten dielektrischen Schichten und Elektrodenschichten aufweist. Kapazitäten können zwischen jeweils benachbarte Elektrodenschichten des Vielschichtbauelements entstehen.The polarity of a piezoelectric multilayer component can be determined, which has a stack of dielectric layers and electrode layers arranged one on top of the other. Capacities can arise between respectively adjacent electrode layers of the multilayer component.
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird das Bauelement mit einer variierenden Bias-Spannung beaufschlagt. Dabei wird das Bauelement vorzugsweise mit mindestens zwei Bias-Spannungen, eine negative und eine positive, beaufschlagt. Zudem kann das Bauelement auch bei einer Bias-Spannung von 0 auf sein Kapazitätwert vermessen werden.According to one embodiment of the method, a varying bias voltage is applied to the component. In this case, the component is preferably subjected to at least two bias voltages, one negative and one positive. In addition, the component can also be measured for its capacitance value with a bias voltage of 0.
Der Bias-Spannung unterliegt vorzugsweise eine möglichst niedrige Grundspannung von vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 V. Der Bias-Spannung kann eine Wechselspannung von ca. 0,5 bis 1,5 V bei einer Frequenz von ca. 0,5 bis 1,5 kHz unterliegen bzw. es überlagert die Bias-Spannung die Wechselspannung.The bias voltage is preferably subject to a basic voltage that is as low as possible, preferably between 0.5 and 1.5 V. The bias voltage can be an AC voltage of approx. 0.5 to 1.5 V at a frequency of approx 1.5 kHz are subject or the bias voltage is superimposed on the AC voltage.
Eine Reduzierung der Kapazität des piezoelektrischen Bauelements während der Beaufschlagung mit verschiedenen, beispielsweise ansteigenden Spannungen, kann eine Plus - Plus Polarität des Bauelements anzeigen. Eine Plus - Plus Polarität bedeutet, dass ein Pluskontakt einer Messvorrichtung mit einem Pluskontakt des Bauelements kontaktiert wird.A reduction in the capacitance of the piezoelectric component during the application of different, for example increasing, voltages can indicate a plus-plus polarity of the component. A plus-plus polarity means that a plus contact of a measuring device is contacted with a plus contact of the component.
Eine Erhöhung der Kapazität während der Beaufschlagung mit verschiedenen Spannungen des elektrischen Bauelements eine Plus - Minus Polarität des Bauelements anzeigen. Eine Plus - Minus Polarität bedeutet zum Beispiel, dass ein Pluskontakt einer Messvorrichtung mit einem Minuskontakt des Bauelements kontaktiert wird.An increase in capacitance during the application of different voltages to the electrical component indicates a plus - minus polarity of the component. A plus-minus polarity means, for example, that a plus contact of a measuring device is contacted with a minus contact of the component.
Das piezoelektrische Bauelement wird vorzugsweise mit variierenden Bias-Spannungen von zwischen -25 und 25 V oder zwischen -10 und 10 V beaufschlagt. Eine der Bias-Spannung unterliegende Wechselspannung mit einer Amplitude von zwischen 0,5 und 1,5 V, vorzugsweise 1 V, appliziert werden.Varying bias voltages of between -25 and 25 V or between -10 and 10 V are preferably applied to the piezoelectric component. An AC voltage underlying the bias voltage with an amplitude of between 0.5 and 1.5 V, preferably 1 V, can be applied.
Es wird vorzugsweise die Polarität eines piezoelektrischen Bauelements bestimmt, das von außen zugängliche Außenkontakte aufweist. Das erleichtert die Beaufschlagung des Bauelements mit der ausgewählten Spannung.The polarity of a piezoelectric component that has externally accessible external contacts is preferably determined. This makes it easier to apply the selected voltage to the component.
Das piezoelektrische Bauelement kann gemäß einer günstigen Ausführungsform des Verfahrens von einer Messvorrichtung berührt werden. Diese weist vorzugsweise elektrische Kontakte bzw. Kontaktpads auf, die mit dem Bauelement derart kontaktiert werden, dass die Polarität des Vielschichtbauelements unter Verwendung der Messvorrichtung gemessen wird. Dabei werden die Kontakte bzw. Kontaktpads der Messvorrichtung mit elektrischen Außenkontakten des Bauelements in Kontakt gebracht.According to an advantageous embodiment of the method, the piezoelectric component can be touched by a measuring device. This preferably has electrical contacts or contact pads, which are contacted with the component in such a way that the polarity of the multilayer component is measured using the measuring device. In this case, the contacts or contact pads of the measuring device are brought into contact with external electrical contacts of the component.
Die Messvorrichtung kann nach einer Ausführungsform ein Transportmittel umfassen, das das Bauelement in Abhängigkeit der bestimmten Polarität in eine gewünschte Orientierung bewegt.According to one embodiment, the measuring device can comprise a transport means which moves the component into a desired orientation as a function of the determined polarity.
Das Transportmittel umfasst vorzugsweise einen mechanischen Arm auf, welcher elektrische Kontakte aufweist. Die elektrischen Kontakte des mechanischen Arms werden mit dem Bauelement zur Bestimmung der Polarität kontaktiert. Die elektrischen Kontakte können dabei auf bzw. in einer Klemmvorrichtung bzw. auf einem Greifer des Arms angeordnet sein.The transport means preferably comprises a mechanical arm which has electrical contacts. The electrical contacts of the mechanical arm are contacted with the component to determine the polarity. The electrical contacts can be arranged on or in a clamping device or on a gripper of the arm.
Es wird außerdem eine Vorrichtung zur Bestimmung der Polarität eines piezoelektrischen Bauelements angegeben, wobei das Bauelement zumindest eine Kapazität und von außen zugängliche elektrische Außenkontakte aufweist.A device for determining the polarity of a piezoelectric component is also specified, the component having at least one capacitance and externally accessible electrical external contacts.
Die Vorrichtung umfasst ein Transportmittel mit zwei unterschiedlich gepolten elektrischen Kontakten, welche derart angeordnet sind, das sie mit elektrischen Anschlüssen des piezoelektrischen Bauelements kontaktierbar sind.The device includes a transport means with two differently polarized electrical contacts, which are arranged in such a way that they can be contacted with electrical connections of the piezoelectric component.
Die elektrischen Kontakte des Transportmittels können mit elektrischen Zuleitungen verbunden sein, die mit einer elektrischen Spannungsversorgung verbunden sind.The electrical contacts of the means of transport can be connected to electrical supply lines that are connected to an electrical voltage supply.
Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise eine elektronische Auswerteeinheit, mittels derer vom Transportmittel abgegriffene elektrische Kennwerte des Bauelements auswertbar sind und die Polarität des Bauelements bestimmbar ist. Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie in Abhängigkeit der bestimmten Polarität des Bauelements die Vorrichtung bzw. das Transportmittel derart steuert, dass diese das Bauelement in eine Lage bewegt bzw. transportiert, in der es günstig in einem Behälter, in einem Gehäuse oder auf einem mechanischen Lager bzw. auf eine elektrische Leiterplatte montiert werden kann.The device preferably comprises an electronic evaluation unit, by means of which electrical characteristic values of the component picked up by the transport means can be evaluated and the polarity of the component can be determined. The evaluation unit is preferably designed such that it controls the device or the means of transport depending on the determined polarity of the component in such a way that it moves or transports the component into a position in which it is favorable in a container, in a housing or on a mechanical bearing or can be mounted on an electrical circuit board.
Die beschriebenen Gegenstände werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert.The objects described are explained in more detail with reference to the following figures and exemplary embodiments.
Dabei zeigt bzw. zeigen:
-
1 ein elektrisches Bauelement, -
2A bis2D Grafiken zur Darstellung des Verhältnisses zwischen der Änderung einer Kapazität des Bauelements und der Polarität des Bauelements, -
3 eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Polarität eines piezoelektrischen Bauelements, die ein Transportmittel umfasst.
-
1 an electrical component, -
2A until2D graphs showing the relationship between the change in a capacitance of the component and the polarity of the component, -
3 a measuring device for determining the polarity of a piezoelectric component, which comprises a transport means.
Über die elektrischen Außenkontakte bzw. elektrischen Anschlüsse wird das Bauelement mit einer variierenden Bias-Spannung beaufschlagt. Dabei ändert sich die Kapazität C des Bauelements. Eine Erhöhung oder eine Reduzierung der Kapazität des Bauelements ist ein Maß für die Polarität des Bauelements.A varying bias voltage is applied to the component via the electrical external contacts or electrical connections. The capacitance C of the component changes in the process. An increase or decrease in the capacitance of the device is a measure of the polarity of the device.
Bezogen auf die
Bei den Piezoaktoren A1 bis A5 wurde der Plus-Pol des jeweiligen Piezoaktors auf den Plus-Pol des Messausgangs einer Messvorrichtung gelegt. Bei den Piezoaktoren A5 bis A10 wurde der Minus-Pol des jeweiligen Piezoaktors auf den Plus-Pol des Messausgangs einer Messvorrichtung gelegt. In den Grafiken ist zu sehen, dass die Polarität der jeweiligen Piezoaktoren im Verlauf der bias-spannungsabhängigen Kapazität deutlich erkennbar ist.In the case of the piezo actuators A1 to A5, the plus pole of the respective piezo actuator was placed on the plus pole of the measuring output of a measuring device. In the case of the piezo actuators A5 to A10, the minus pole of the respective piezo actuator was connected to the plus pole of the measuring output of a measuring device. The graphics show that the polarity of the respective piezo actuators can be clearly seen in the course of the bias-voltage-dependent capacitance.
Die folgende Tabelle zeigt die Messergebnisse des Tests auf:
Die Messvorrichtung umfasst eine Auswerteeinheit 11, welche mittels elektrischer Zuleitungen 12, 13 mit den elektrischen Kontakten des Greifers verbunden sind. Vom Transportmittel 7a gehaltene und gleichzeitig mit einer Bias-Spannung beaufschlagte piezoelektrische Bauelemente erhaltene Messwerte werden über die elektrischen Kontakte des Greifers und den Zuleitungen 12 und 13 zur Auswerteeinheit geführt. The measuring device comprises an evaluation unit 11, which is connected to the electrical contacts of the gripper by means of
Diese wertet die Messwerte aus, um die Polarität des vom Transportmittel gehaltenen Bauelements zu bestimmten. Anhand des Auswerteergebnisses bzw. anhand der ausgewerteten Polaritätsinformation wird das Transportmittel derart gesteuert, dass es das gehaltene Bauelement in eine gewünschte Orientierung und Position bewegt. Die durch das Transportmittel erreichte Endposition und Endorientierung des piezoelektrischen Bauelements ist vorzugsweise eine Position bzw. eine Orientierung, bei der sich das Bauelement bereits in einer für den Zusammenbau mit anderen Bauteilen gemäß einer bezogen auf die Polarität des Bauelements geeigneten Einbaulage befindet.This evaluates the measured values in order to determine the polarity of the component held by the means of transport. The transport means is controlled on the basis of the evaluation result or on the basis of the evaluated polarity information in such a way that it moves the held component into a desired orientation and position. The end position and end orientation of the piezoelectric component reached by the transport means is preferably a position or an orientation in which the component is already in an installation position suitable for assembly with other components in relation to the polarity of the component.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Piezoelektrisches BauelementPiezoelectric component
- 22
- Grundkörperbody
- 33
- dielektrische Schichtdielectric layer
- 44
- Elektrodenschichtelectrode layer
- 55
- erster Außenkontaktfirst outside contact
- 66
- zweiter Außenkontaktsecond outside contact
- 77
- Messvorrichtungmeasuring device
- 7a7a
- TransportmittelMode of Transport
- 88th
- mechanischer Armmechanical arm
- 99
- Greifergripper
- 1010
- Kontaktpadscontact pads
- 1111
- Auswerteeinheitevaluation unit
- 1212
- elektrische ZuleitungElectrical supply
- 1313
- elektrische Zuleitung Electrical supply
- Uu
- Bias-Spannungbias voltage
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-
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HAMI, Khalil El [et al.]: Organic variable capacitor as direct application of piezoelectric effect. In: Thin solid films, Bd. 393, 2001, S. 343 -346 |
McCALLUM, Stephen; RESMER, Frank: Automatic coupling control system for radio frequency in vivo electron paramagnetic resonance based on a piezoelectric controlled capacitor. In: Review of scientific instruments, Vol. 70, No. 12, Dezember 1999, S. 4706-4710 |
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|
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R016 | Response to examination communication | ||
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R020 | Patent grant now final |