DE102008027115A1

DE102008027115A1 - Contact structure, electronic component with a contact structure and method for its production

Info

Publication number: DE102008027115A1
Application number: DE102008027115A
Authority: DE
Inventors: Carsten Dr. Schuh
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2009-12-24
Also published as: WO2009146987A1

Abstract

Eine Kontaktstruktur (8; 8') eines elektronischen Bauelements (1) mit einem keramischen Körper (7) und mindestens einer Innenelektrode (2) wird vorgesehen. Eine erste Oberfläche (6) des Bauelements (1) weist eine elektrische isolierende Schicht (15) mit mindestens einer Durchöffnung (16) auf, die zumindest einen Teil der Innenelektrode (2) freilegt. Die Kontaktstruktur (8; 8') weist eine erste elektrisch leitende Schicht (18; 18') aus elektrisch leitenden nanoskaligen Körpern auf, die in der Durchöffnung (16) angeordnet und mit der darin angeordneten Innenelektrode (2) elektrisch verbunden sind. Des Weiteren weist sie eine zweite elektrisch leitende Kontaktschicht (19) auf, die auf der ersten elektrisch leitenden Schicht (18) angeordnet ist.A contact structure (8, 8 ') of an electronic component (1) with a ceramic body (7) and at least one inner electrode (2) is provided. A first surface (6) of the component (1) has an electrical insulating layer (15) with at least one through opening (16) which exposes at least a part of the inner electrode (2). The contact structure (8, 8 ') has a first electrically conductive layer (18, 18') of electrically conductive nanoscale bodies which are arranged in the through opening (16) and are electrically connected to the inner electrode (2) arranged therein. Furthermore, it has a second electrically conductive contact layer (19), which is arranged on the first electrically conductive layer (18).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktstruktur, ein elektronisches Bauelement mit einer Kontaktstruktur und ein Verfahren zum Herstellen einer Kontaktstruktur und eines elektronischen Bauelements.The The invention relates to a contact structure, an electronic component with a contact structure and a method for manufacturing a Contact structure and an electronic component.

Elektronische Bauelemente mit einem keramischen Körper und mindestens einer metallischen Innenelektrode, wie Piezoaktoren, sind beispielsweise aus der DE 10 2006 003 070 B3 bekannt.Electronic components with a ceramic body and at least one metallic inner electrode, such as piezo actuators, are known for example from US Pat DE 10 2006 003 070 B3 known.

Diese elektronischen Bauelemente weisen typischerweise großflächige metallische Außenkontakte auf, die zumindest zum Teil auf dem keramischen Körper des Bauelements angeordnet sind und in elektrischer Verbindung mit den Innenelektroden stehen.These Electronic components typically have large areas metallic external contacts on, at least in part the ceramic body of the device are arranged and in electrical communication with the internal electrodes.

Auf Grund der unterschiedlichen Materialien können sich Risse zwischen dem keramischen Körper und den Außenkontakten und/oder innerhalb der Kontaktstruktur bilden. Piezoelektrisch aktive Bauelemente sind auch auf Grund der mechanischen Verformung der piezoelektrisch aktiven Keramik rissanfällig, da diese mechanische Verformung zu zusätzlicher Belastung der Außenkontakte führen kann.On Reason of different materials can be cracks between the ceramic body and the external contacts and / or within the contact structure. Piezoelectrically active Components are also due to the mechanical deformation of the piezoelectrically active ceramic susceptible to cracking, as these mechanical deformation to additional load on the external contacts can lead.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kontaktstruktur für ein elektronisches Bauelement mit einem keramischen Körper und mindestens einer Innenelektrode vorzusehen, die zuverlässiger ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein elektro nisches Bauteil mit einer Kontaktstruktur vorzusehen, das zuverlässiger ist.task The invention is therefore a contact structure for a electronic component with a ceramic body and provide at least one internal electrode, the more reliable is. It is another object of the invention to provide an electro-American component to provide with a contact structure, the more reliable is.

Gelöst ist dies mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.Solved This is the subject of the independent claims. Advantageous developments are the subject of the respective dependent Claims.

Erfindungsgemäß wird eine Kontaktstruktur eines elektronischen Bauelements mit einem keramischen Körper und mindestens einer Innenelektrode vorgesehen. Die Innenelektrode ist im keramischen Körper angeordnet und erstreckt sich bis zu einer ersten Oberfläche des Bauelements, wo sie einen Bereich der ersten Oberfläche des Bauelements bildet. Die erste Oberfläche des Bauelements weist eine elektrisch isolierende Schicht mit mindestens einer Durchöffnung auf, die zumindest einen Teil der Innenelektrode freilegt. Erfindungsgemäß weist die Kontaktstruktur eine erste elektrisch leitende Schicht aus elektrisch leitenden nanoskaligen Körnern und eine zweite elektrisch leitende Kontaktschicht auf. Die erste elektrisch leitende Schicht ist in der Durchöffnung der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet und mit der in der Durchöffnung angeordneten Innenelektrode elektrisch verbunden. Die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht ist auf der ersten elektrisch leitenden Schicht angeordnet und mit der Innenelektrode elektrisch verbunden.According to the invention a contact structure of an electronic component with a ceramic body and at least one inner electrode provided. The inner electrode is arranged in the ceramic body and extends to a first surface of the device, where they occupy an area of the first surface of the device forms. The first surface of the device has a electrically insulating layer with at least one through opening which exposes at least a part of the inner electrode. According to the invention the contact structure is a first electrically conductive layer of electrical conductive nanoscale grains and a second electric conductive contact layer. The first electrically conductive layer is in the opening of the electrically insulating layer arranged and arranged with the in the opening Internal electrode electrically connected. The second electrically conductive Contact layer is disposed on the first electrically conductive layer and electrically connected to the inner electrode.

Die erfindungsgemäße Kontaktstruktur weist somit zwei Schichten auf. Die untere erste elektrisch leitende Schicht steht in direktem Kontakt mit der Innenelektrode und ist aus nanoskaligen Körnern gebildet. Der Begriff Nanoskalig wird hier verwendet, um Körner mit einem Durchschnittsdurchmesser von 1 nm bis zu 1000 nm, vorzugsweise von 1 nm bis zu 200 nm zu bezeichnen. Diese untere elektrisch leitende Schicht bildet eine verbesserte elektrische Verbindung mit der Innenelektrode, da der Durchmesser der nanoskaligen Körner wesentlich kleiner ist als die Dicke bzw. freiliegende Oberfläche der Innenelektrode, die einen Bereich der ersten Oberfläche des Bauelements bildet.The The contact structure according to the invention thus has two Layers on. The lower first electrically conductive layer is in direct contact with the inner electrode and is made of nanoscale Grains formed. The term nanoscale is used here around grains with an average diameter of 1 nm to to 1000 nm, preferably from 1 nm to 200 nm to designate. These lower electrically conductive layer forms an improved electrical Connection with the inner electrode, as the diameter of the nanoscale Grains is much smaller than the thickness or exposed Surface of the inner electrode, which is an area of the first Surface of the device forms.

Typischerweise ist die Dicke der Innenelektrode ungefähr einige Mikrometer, beispielsweise 2 bis 3 Mikrometer (μm).typically, the thickness of the inner electrode is about a few micrometers, for example 2 to 3 micrometers (μm).

Folglich wird über der Dicke der Innenelektrodenlage eine elektrische Verbindung zwischen mehreren nanoskaligen Körnern der ersten elektrisch leitenden Schicht und der Innenelektrode erzeugt. Bei zunehmend kleineren Körnern wird die Kontaktfläche zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht und der Innenelektrode erhöht. Diese vergrößerte Kontaktfläche zwischen der Kontaktstruktur und der Innenelektrode führt zu einer zuverlässigen elektrischen Verbindung auch unter mechanischer Belastung der Kontaktstruktur.consequently becomes over the thickness of the internal electrode layer an electrical Connection between several nanoscale grains of the first generated electrically conductive layer and the inner electrode. at increasingly smaller grains becomes the contact surface between the first electrically conductive layer and the inner electrode elevated. This enlarged contact surface between the contact structure and the inner electrode leads to a reliable electrical connection also under mechanical load on the contact structure.

Die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht kann auch nanoskalige Körner aufweisen, aber auch größere Körner, d. h. nicht nanoskalige Körner aufweisen. Die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht kann aus einem bekannten Material sowie mit einem bekannten Verfahren hergestellt werden. Durch das Einfügen einiger zusätzlicher Schritte zum Aufbringen der ersten Schicht aus nanoskaligen Körnern kann die erfindungsgemäße Kontaktstruktur in ein bekanntes Herstellungsverfahren integriert werden. Die Herstellungskosten können niedrig gehalten werden.The second electrically conductive contact layer may also be nanoscale Grains, but also larger grains, d. H. do not have nanoscale grains. The second electric conductive contact layer may be made of a known material as well be prepared by a known method. By inserting some additional steps to apply the first Layer of nanoscale grains, the inventive Contact structure integrated into a known manufacturing process become. The production costs can be kept low become.

Die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht kann aus einem Leitkleber gebildet werden oder ein galvanisch aufgebrachtes Metall oder eine Legierung sein.The second electrically conductive contact layer may be made of a conductive adhesive be formed or an electrodeposited metal or a Be alloy.

Die nanoskaligen Körner der ersten elektrisch leitenden Schicht können aus einem Metall oder einer Legierung beste hen, die eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. In einem Ausführungsbeispiel weisen die elektrisch leitenden nanoskaligen Körner eines oder mehrere der Elemente Ag, Au, Cu, Ni, Cr, Pt, Pd, Ti und W auf.The nanoscale grains of the first electrically conductive layer can be made of a metal or an alloy, which has a good electrical conductivity. In one Embodiments have the electrically conductive nanoscale grains one or more of the elements Ag, Au, Cu, Ni, Cr, Pt, Pd, Ti and W on.

Die erste elektrisch leitende Schicht ist in einem Ausführungsbeispiel aus nasschemisch aufgebrachten nanoskaligen Partikeln gebildet. Diese Struktur hat den Vorteil, dass vorgeformte nanoskalige Partikel verwendet werden können, die kommerziell erhältlich sind. Die Partikel können als eine Suspension in einer verdampfbaren Lösung oder als Mischung mit Bindemittel aufgebracht werden. Die aufgebrachte Mischung kann thermisch behandelt werden, um die Lösung oder das Bindemittel zu entfernen und anschließend eine Schicht aus nanoskaligen gesinterten Körnern zu bilden. Diese gesinterte Schicht kann makroskopisch elektrisch leitend sein.The first electrically conductive layer is in one embodiment formed from wet-chemically applied nanoscale particles. This structure has the advantage that preformed nanoscale particles can be used, which are commercially available are. The particles can act as a suspension in one evaporable solution or as a mixture with binder be applied. The applied mixture can be thermally treated to remove the solution or binder and then a layer of nanoscale sintered To form grains. This sintered layer can be macroscopic be electrically conductive.

Die erste elektrisch leitende Schicht kann auch vorteilhaft ein Haftvermittler sein, um die Zuverlässigkeit der Kontaktstruktur weiter zu erhöhen. Das Material der nanoskaligen Körner sowie das Material der Innenelektrode können so ausgewählt werden, dass sie miteinander chemisch reagieren bzw. legieren, um eine mechanisch zuverlässige sowie elektrisch leitende Verbindung zu erzeugen. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Grenze zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht und der Innenelektrode Phasen auf, die das Material der Innenelektrode und das Material der nanoskaligen Körner aufweisen.The The first electrically conductive layer may also advantageously be a bonding agent to continue the reliability of the contact structure to increase. The material of the nanoscale grains as well as the material of the inner electrode can be selected be that they chemically react or alloy with each other to a mechanically reliable and electrically conductive Create connection. In this embodiment the boundary between the first electrically conductive layer and the inner electrode phases on which the material of the inner electrode and the material of the nanoscale grains.

Die erste Oberfläche des elektronischen Bauelements weist eine elektrisch isolierende Schicht mit mindestens einer Durchöffnung auf, die zumindest einen Teil der Innenelektrode freilegt, um einen elektrischen Kontakt zwischen der ersten und der zweiten elektrisch leitenden Schicht und der Innen elektrode, die im keramischen Körper angeordnet ist, zu gewährleisten. In einem Ausführungsbeispiel sind mehrere streifenförmige Durchöffnungen in der elektrisch isolierenden Schicht vorgesehen, die jeweils eine streifenförmige Oberfläche einer Innenelektrode freilegen.The first surface of the electronic component has a electrically insulating layer with at least one through opening which exposes at least a part of the inner electrode to a electrical contact between the first and the second electrically conductive layer and the inner electrode in the ceramic body is arranged to ensure. In one embodiment several strip-shaped openings in the electric provided insulating layer, each having a strip-shaped Expose the surface of an internal electrode.

Die streifenförmigen Durchöffnungen können die ganze Länge der Innenelektrode freilegen. Eine größere Durchöffnung hat den Vorteil, dass sich die Kontaktfläche zwischen der Innenelek-trode und der Kontaktstruktur erhöht und der elektrische Widerstand des Kontakts zwischen der Innenelektrode und der Kontaktstruktur reduziert wird. Gleichzeitig kann die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert werden, da die mechanische Belastbarkeit der Verbindung erhöht wird.The strip-shaped openings can expose the entire length of the inner electrode. A bigger one Through opening has the advantage that the contact surface between the inner elec trode and the contact structure increases and the electrical resistance of the contact between the inner electrode and the contact structure is reduced. At the same time, the reliability the connection can be improved because the mechanical load capacity the connection is increased.

In einem Ausführungsbeispiel ist die erste elektrisch leitende Schicht vollständig innerhalb der Durchöffnung oder Durchöffnungen angeordnet. Die Dicke der ersten elektrisch leitenden Schicht ist kleiner als die Dicke der elektrisch isolierenden Schicht. Die erste elektrisch leitende Schicht ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein begrenzter Bereich oder eine Vielzahl getrennter begrenzter Bereiche vorgesehen, die in ihrer Lage über Bereiche der elektrisch isolierenden Schicht voneinander elektrisch isoliert sind. Die Bereiche der ersten elektrisch leitenden Schicht sind nur über der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht miteinander elektrisch verbunden.In In one embodiment, the first is electrically conductive Layer completely within the opening or openings arranged. The thickness of the first electric conductive layer is smaller than the thickness of the electrically insulating Layer. The first electrically conductive layer is in this embodiment as a limited range or a plurality of separate limited ones Areas provided in their location over areas of electrically insulating layer are electrically insulated from each other. The regions of the first electrically conductive layer are only over the second electrically conductive contact layer with each other electrically connected.

In einem Ausführungsbeispiel ist die erste elektrisch leitende Schicht ferner auf der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste elektrisch leitende Schicht nicht nur innerhalb der Durchöffnungen, sondern auch neben den Durchöffnungen angeordnet. Die erste elektrisch leitende Schicht kann mehrere freigelegte Innenelektrode der Oberfläche miteinander elektrisch verbinden, wenn sie sich über mehrere freigelegte Innenelektroden erstreckt. Die erste elektrisch leitende Schicht aus nanoskaligen Körnern kann somit eine geschlossene Schicht auf der Oberfläche des Bauelements sein.In In one embodiment, the first is electrically conductive Layer further arranged on the electrically insulating layer. In this embodiment, the first is electrical conductive layer not only within the openings, but also arranged next to the openings. The first electrically conductive layer can be several exposed inner electrode electrically connect the surface to each other when they are extends over several exposed internal electrodes. The first electrically conductive layer of nanoscale grains can thus a closed layer on the surface of the Be component.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ferner eine Schutzschicht auf der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht angeordnet. Die Schutzschicht kann die Lebensdauer des Bauelements im Betrieb erhöhen, da die Kontaminierung der Kontaktstruktur durch die Betriebsbedingungen verhindert wird. Insbesondere bei der Verwendung des Bauelements als Piezoelektrischen Aktor kann das Bauelement in physischem Kontakt mit dem zu schaltenden Stoff, zum Beispiel Diesel oder Benzin bei einem Einspritzventil, kommen. Dieser Stoff kann korrosiv sein, so dass das Material der Schutzschicht entsprechend ausgewählt wird.In a further embodiment is further a protective layer arranged on the second electrically conductive contact layer. The protective layer can increase the life of the device during operation increase, as the contamination of the contact structure by the operating conditions are prevented. Especially when using of the component as a piezoelectric actuator, the device in physical contact with the substance to be switched, for example Diesel or gasoline at an injector, come. This substance can be corrosive, allowing the material to conform to the protective layer is selected.

Die Schutzschicht kann das Bauelement an den Seitenflächen vollständig umhüllen, wobei Kontaktflächen der Sammelkontakte frei gehalten werden, so dass ein externer Kontakt zu den Bauelementen hergestellt werden kann. In weiteren Ausführungsbeispielen ist die Schutzschicht elektrisch isolierend und/oder weist Kunststoff auf.The Protective layer may be the device on the side surfaces completely envelop, with contact surfaces the collective contacts are kept free, leaving an external contact can be made to the components. In further embodiments the protective layer is electrically insulating and / or has plastic on.

Die erste Oberfläche des Bauelements weist eine elektrisch isolierende Schicht auf, die in einem Ausführungsbeispiel eine weitere Lage ist, die auf dem keramischen Bauelement angeordnet ist. Diese Anordnung kann verwendet werden, wenn sich die Innenelektrode vollständig über die Lagen des keramischen Körpers erstreckt, wie zum Beispiel bei einem vollaktiven Vielschichtpiezoaktor.The first surface of the device has an electrical insulating layer on, in one embodiment another layer is disposed on the ceramic component is. This arrangement can be used when the inner electrode completely over the layers of the ceramic body extends, such as in a fully active Vielschichtpiezoaktor.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die elektrisch isolierende Schicht aus dem keramischen Körper des Bauelements gebildet. Der keramische Körper weist somit Durchöffnungen in seiner Oberfläche auf, die zumindest einen Teil der Innenelektrode freilegt. Diese Anordnung kann verwendet werden, wenn sich die Innenelektrode nicht vollständig über die keramische Lage erstreckt.In In another embodiment, the electrically insulating Layer formed from the ceramic body of the device. The ceramic body thus has openings in its surface, at least part of the Internal electrode exposes. This arrangement can be used if the inner electrode is not completely over the ceramic layer extends.

Die Erfindung sieht auch ein elektronisches Bauelement mit einer Kontaktstruktur nach einem der vorherstehenden Ausführungsbeispiele vor. Das elektronische Bauelement weist einen keramischen Körper und mindestens eine Innenelektrode auf, die im keramischen Körper angeordnet ist, sich bis zu einer ersten Oberfläche des Bauelements erstreckt und einen Bereich der ersten Oberfläche des Bauelements bildet. Die erste Oberfläche des elektronischen Bauelements weist eine elektrisch isolierende Schicht mit mindestens einer Durchöffnung auf, die zumindest einen Teil der Innenelektrode freilegt.The The invention also provides an electronic component with a contact structure according to one of the preceding embodiments. The electronic component has a ceramic body and at least one inner electrode disposed in the ceramic body is arranged to extend to a first surface of the Component extends and a portion of the first surface of the component forms. The first surface of the electronic Component has an electrically insulating layer with at least a through opening, the at least part of the inner electrode exposes.

Wie bereits erläutert weist die Kontaktstruktur erfindungsgemäß eine erste untere elektrisch leitende Schicht aus elektrisch leitenden nanoskaligen Körnern und eine zweite obere elektrisch leitende Kontaktschicht auf. Die erste elektrisch leitende Schicht ist in der Durchöffnung der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet und mit der in der Durchöffnung angeordneten Innenelektrode elektrisch verbunden. Die zweite obere elektrisch leitende Kontaktschicht ist auf der ersten unteren elektrisch leitenden Schicht angeordnet und mit der Innenelektrode elektrisch verbunden.As already explained, the contact structure according to the invention a first lower electrically conductive layer of electrically conductive nanoscale grains and a second top electrically conductive contact layer on. The first electrically conductive layer is in the through opening arranged the electrically insulating layer and with the in the Through opening arranged inner electrode electrically connected. The second upper electrically conductive contact layer is on the first lower electrically conductive layer and arranged with the Internal electrode electrically connected.

In einem Ausführungsbeispiel ist das elektronische Bauelement ein Vielschichtpiezoaktor, der eine Vielzahl von piezoelektrisch aktiven Lagen und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen aufweist. Die elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen sehen jeweils eine elektrisch leitende Innenelektrode vor. Die piezoelektrisch aktiven Lagen und die elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen sind abwechselnd aufeinander in einer Stapelrichtung gestapelt. Die erste Oberfläche des elektronischen Bauelements erstreckt sich ungefähr senkrecht zu der Fläche der piezoelektrisch aktiven Lagen und der elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen und parallel zu der Stapelrichtung.In An embodiment is the electronic component a multilayer piezoelectric actuator, which has a variety of piezoelectric active layers and a plurality of electrically conductive internal electrode layers having. The electrically conductive inner electrode layers each look an electrically conductive inner electrode. The piezoelectric active layers and the electrically conductive internal electrode layers are alternately stacked on each other in a stacking direction. The first surface of the electronic component extends approximately perpendicular to the surface of the piezoelectric active layers and the electrically conductive internal electrode layers and parallel to the stacking direction.

In einem Ausführungsbeispiel ist jede zweite Innenelektrodenlage der ersten Oberfläche in einer von mehreren Durchöffnungen der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet. Die weiteren Innenelektrodenlagen sind von der elektrisch isolierenden Schicht auf der ersten Oberfläche abgedeckt.In In one embodiment, every second inner electrode layer is the first surface in one of several openings arranged the electrically insulating layer. The other internal electrode layers are from the electrically insulating layer on the first surface covered.

In einer Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels verbindet die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht jede zweite der Vielzahl der Innenelektrodenlagen der ersten Oberfläche elektrisch miteinander. Die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht sieht einen Sammelkontakt vor, der jede zweite der Vielzahl der an der ersten Oberfläche freigelegten Innenelektrodenlagen parallel elektrisch verbindet.In a development of this embodiment connects the second electrically conductive contact layer is every other one of the plurality the inner electrode layers of the first surface electrically together. The second electrically conductive contact layer sees a collecting contact before, every other one of the plurality of at the first surface exposed internal electrode layers in parallel connects electrically.

In einer Weiterbildung weist das elektronische Bauelement eine zweite Oberfläche auf, die gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet ist. Diese zweite Oberfläche weist eine Kontaktstruktur nach einem der vorherstehenden Ausführungsbeispiele auf.In a development, the electronic component has a second Surface on, opposite to the first surface is arranged. This second surface has a contact structure according to one of the preceding embodiments.

Wenn die erste Oberfläche des elektronischen Bauteils eine Vielzahl der abwechselnden piezoelektrischen Lagen und elektrisch leitende Innenelektrodenlagen und eine elektrisch isolierende Schicht mit Durchöffnungen aufweist, kann die zweite Oberfläche auch eine Vielzahl der abwechselnden piezoelektri schen Lagen und elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen und eine elektrisch isolierende Schicht mit Durchöffnungen aufweisen.If the first surface of the electronic component a variety the alternating piezoelectric layers and electrically conductive Internal electrode layers and an electrically insulating layer with Through openings, the second surface Also, a variety of alternating piezoelectric layers rule and electrically conductive inner electrode layers and an electrically insulating layer having openings.

In diesem Fall legt eine Durchöffnung der elektrisch isolierenden Schicht auf der zweiten Oberfläche jede zweite Innenelektrodenlage der zweiten Oberfläche frei, die nicht mit der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht auf der ersten Oberfläche elektrisch verbunden ist. Benachbarte Innenelektrodenlagen des Stapels sind mit unterschiedlichen Kontaktschichten elektrisch verbunden. Die zwei Kontaktschichten sind voneinander elektrisch getrennt, so dass eine Spannung zwischen benachbarten Innenelektrodenlagen des Vielschichtpiezoaktors mit den Kontaktschichten angelegt werden kann.In This case defines a through opening of the electrically insulating Layer on the second surface every other internal electrode layer the second surface free, not the second electrically conductive contact layer on the first surface electrically connected is. Neighboring internal electrode layers of the stack are electrically connected to different contact layers. The two contact layers are electrically isolated from each other, so that a voltage between adjacent inner electrode layers of the multilayer piezoelectric actuator with can be applied to the contact layers.

Diese Anordnungen der erfindungsgemäßen Kontaktstruktur bei einem Vielschichtpiezoaktor können verwendet werden, wenn die piezoelektrisch aktiven Lagen nahezu vollaktiv sind, sowie wenn die piezoelektrisch aktiven Lagen nicht piezoelektrisch aktive Bereiche aufweisen.These Arrangements of the contact structure according to the invention in a multilayer piezoelectric actuator can be used when the piezoelectrically active layers are almost fully active, as well when the piezoelectrically active layers are not piezoelectrically active Have areas.

Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Kontaktieren eines keramischen Bauelements vor. Zunächst wird ein Bauelement mit einem keramischen Körper und mindestens einer Innenelektrode bereitgestellt. Die Innenelektrode ist im keramischen Körper angeordnet, erstreckt sich bis zu einer ersten Oberfläche des Bauelements und bildet einen Bereich der ersten Oberfläche des Bauelements. Die erste Oberfläche weist eine elektrisch isolierende Schicht mit mindestens einer Durchöffnung auf, die zumindest einen Teil der Innenelektrode freilegt. Eine erste Schicht mit elektrisch leitenden Nanopartikeln wird in die Durchöffnung aufgebracht. Danach wird eine zweite elektrisch leitende Schicht auf der ersten Schicht aufgebracht, wobei die Innenelektrode über der ersten Schicht mit der zweiten Schicht elektrisch verbunden wird.The The invention also provides a method for contacting a ceramic Component before. First, a component with a ceramic body and at least one inner electrode provided. The inner electrode is arranged in the ceramic body, extends to a first surface of the device and forms a portion of the first surface of the device. The first surface has an electrically insulating layer with at least one opening, the at least one Part of the inner electrode exposes. A first layer with electric conductive nanoparticles is deposited in the opening. Thereafter, a second electrically conductive layer on the first layer applied, wherein the inner electrode over the first layer is electrically connected to the second layer.

In einem Ausführungsbeispiel weist das Bauelement eine Vielzahl von piezoelektrisch aktiven Lagen und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen auf. Die piezoelektrisch aktiven Lagen und die elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen sind abwechselnd aufeinander in einer Stapelrichtung gestapelt. In einer Weiterbildung dieses Verfahrens wird die elektrisch isolierende Schicht so strukturiert, dass eine Durchöffnung jede zweite Innenelektrodenlage an der ersten Oberseite freilegt.In one embodiment, the device has a plurality of piezoelectrically active layers and a plurality of electrically conductive inner electrode layers. The piezoelectrically active layers and the electrically conductive inner electrode layers are alternately stacked on each other in a stacking direction. In a development of this method, the electrically insulating layer is so structured such that a through opening exposes every second inner electrode layer on the first upper side.

In diesem Ausführungsbeispiel wird die erste elektrisch leitende Schicht in den Durchöffnungen der elektrisch isolierenden Schicht aufgebracht. Die zweite elektrisch leitende Schicht wird auf der ersten elektrisch leitenden Schicht in den Durchöffnungen aufgebracht, so dass mehrere Innenelektroden, die jeweils in einer der Durchöffnungen freigelegt sind, miteinander sowie mit der zweiten Kontaktschicht elektrisch verbunden werden.In In this embodiment, the first electrically conductive Layer in the openings of the electrically insulating Layer applied. The second electrically conductive layer becomes applied on the first electrically conductive layer in the openings, allowing multiple internal electrodes, each in one of the openings are exposed to each other and electrically with the second contact layer get connected.

Wenn das Bauelement eine Vielzahl der abwechselnden piezoelektrisch aktiven Lagen und elektrisch leitenden Innenelektrodenlagen und eine zweite Oberfläche aufweist, die gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet ist, wird eine elektrisch isolierende Schicht mit Durchöffnungen auf der zweiten Oberfläche so strukturiert, dass eine Durchöffnung jede zweite Innenelektrodenlage der zweiten Oberfläche freilegt, die nicht mit der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht auf der ersten Oberfläche elektrisch verbunden ist. Jede Kontaktschicht sieht eine elektrische Verbindung mit einer Gruppe von Innenelektroden vor, wobei die zwei Gruppen von Innenelektroden voneinander elektrisch isoliert sind. Die Innen elektrode jeder Gruppe ist zumindest über ihre zweite Kontaktschicht parallel elektrisch verbunden.If the device includes a plurality of alternating piezoelectrically active ones Layers and electrically conductive internal electrode layers and a second Has surface, opposite to the first Surface is arranged, becomes an electrically insulating Layer with openings on the second surface structured such that a through opening every second inner electrode layer the second surface exposes that not with the second electrically conductive contact layer on the first surface electrically connected. Each contact layer sees an electrical Connection with a group of internal electrodes, wherein the two Groups of internal electrodes are electrically isolated from each other. The inner electrode of each group is at least over theirs second contact layer electrically connected in parallel.

Die Innenelektroden, die einen Teil der ersten Oberfläche bilden, werden über der zweiten Kontaktschicht, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, miteinander elektrisch verbunden. Die Innenelektroden, die einen Teil der zweiten Oberfläche bilden, werden über der zweiten Kontaktschicht, die auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, miteinander elektrisch verbunden.The Internal electrodes that form part of the first surface, Beyond the second contact layer, on the first Surface is arranged, electrically connected to each other. The internal electrodes, which form part of the second surface Form above the second contact layer that is on the second surface is disposed with each other electrically connected.

Wie bei der ersten Oberfläche kann eine erste Schicht mit elektrisch leitenden Nanopartikeln in die Durchöffnungen der zweiten Oberfläche aufgebracht werden. Eine obere zweite elektrisch leitende Kontaktschicht wird auf der unteren ersten elektrisch leitenden Schicht aus nanoskaligen Körnern auf der zweiten Oberfläche aufgebracht.As at the first surface may be a first layer with electric conductive nanoparticles in the openings of the second Surface to be applied. An upper second electric conductive contact layer is on the lower first electrically conductive Layer of nanoscale grains on the second surface applied.

Die Nanopartikel, aus denen die erste Schicht gebildet wird, können in einer Mischung mit einem Lösungsmittel oder in einer Mischung mit einem oder mehreren organischen Bindemitteln aufgebracht werden. Danach kann das Bauelement thermisch behandelt werden, um die Lösungsmittel bzw. Bindemittel zu entfernen, und um die elektrische Leitfähigkeit der ersten Schicht zu erhöhen.The Nanoparticles from which the first layer is formed can in a mixture with a solvent or in a Mixture with one or more organic binders applied become. Thereafter, the device can be thermally treated to to remove the solvents or binders, and order to increase the electrical conductivity of the first layer.

Eine elektrische sowie mechanische Verbindung zwischen der ersten Schicht und der Innenelektrode kann durch eine thermische Behandlung erfolgen. Eine elektrisch leitende Schicht mit nanoskaligen Körnern wird aus den aufgebrachten Nanopartikeln gebildet.A electrical and mechanical connection between the first layer and the inner electrode can be made by a thermal treatment. An electrically conductive layer with nanoscale grains is formed from the applied nanoparticles.

Eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Schicht und der in der Durchöffnung freigelegten Innenelektrode kann durch eine chemische Reaktion oder Legieren der ersten Schicht mit der Innenelektrode erzeugt werden. In diesem Fall kann die erste Schicht gleichzeitig eine haftvermittelnde Wirkung ausüben.A electrical connection between the first layer and in the Through opening exposed internal electrode can through a chemical reaction or alloying of the first layer with the inner electrode be generated. In this case, the first layer can be simultaneously have an adhesion-promoting effect.

Die Nanopartikel bzw. die Lösungsmittel oder Bindemittel mit Nanopartikeln können mit einem Siebdruckverfahren, Sprühen oder Tauchen aufgebracht werden. In einer Durchführungsform kann beim Aufbringen der Nanopartikel in die Durchöffnung die elektrisch isolierende Schicht als Maske verwendet werden. Dieses Verfahren kann verwendet werden, wenn die erste Schicht vollständig innerhalb der Durchöffnungen angeordnet wird.The Nanoparticles or the solvents or binders with Nanoparticles can be sprayed using a screen printing process or diving are applied. In an implementation form can during application of the nanoparticles in the opening the electrically insulating layer can be used as a mask. This Method can be used when the first layer completely is disposed within the openings.

Die zweite elektrisch leitende Schicht kann mit Sprühen oder Tauchen oder einem Siebdruckverfahren aufgebracht werden.The second electrically conductive layer can be sprayed with or Dipping or a screen printing process can be applied.

In einem Ausführungsbeispiel wird die elektrisch isolierende Schicht durch Sprühen oder Tauchen oder einem Siebdruckverfahren oder Auflaminieren einer Folie aufgebracht. Wird die elektrisch isolierende Schicht in Form einer geschlossenen Schicht aufgebracht, kann nach dem Aufbringen der elektrisch isolierende Schicht die elektrisch isolierende Schicht mit Laserablation oder einem photolithographischen Verfahren strukturiert werden.In In one embodiment, the electrically insulating Layer by spraying or dipping or a screen printing process or laminating a film applied. Will the electrically insulating Layer applied in the form of a closed layer, can after the application of the electrically insulating layer electrically insulating layer with laser ablation or a photolithographic Procedures are structured.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen naher erläutert.embodiments The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Vielschichtpiezoaktors mit einer erfindungsgemäßen Kontaktstruktur, 1 shows a schematic view of a multilayer piezoelectric actuator with a contact structure according to the invention,

2 zeigt eine schematische detaillierte Ansicht einer Kontaktstruktur nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 2 shows a schematic detailed view of a contact structure according to a first embodiment of the invention, and

3 zeigt eine schematische detaillierte Ansicht einer Kontaktstruktur nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 shows a schematic detailed view of a contact structure according to a second embodiment of the invention.

1 zeigt einen Vielschichtpiezoaktor 1, der eine Vielzahl von Innenelektrodenlagen 2 und eine Vielzahl von piezoelektrisch aktiven Lagen 3 aufweist. Der Vielschichtpiezoaktor dient in diesem Ausführungsbeispiel zur Verwendung als Betätigungselement in Einspritzventilen eines Kraftfahrzeugmotors. Die Innenelektrodenlagen 2 und die piezoelektrisch aktiven Lagen 3 sind abwechselnd aufeinander in einer Stapelrichtung 4 gestapelt und bilden einen mehrlagigen Körper 7 des Vielschichtpiezoaktors 1. 1 shows a multilayer piezoelectric actuator 1 that has a variety of internal electrode layers 2 and a plurality of piezoelectrically active layers 3 having. The multilayer piezoelectric actuator is used in this embodiment for use as an actuating element in injection valves of a motor vehicle engine. The internal electrode layers 2 and the piezoelectrically active layers 3 are alternately on top of each other in a stacking direction 4 stacked and bil the one multi-layered body 7 of the multilayer piezoelectric actuator 1 ,

Die Innenelektrodenlagen 2 bestehen jeweils aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere einem Metall oder einer Legierung wie Ag-Pd. Die piezoelektrisch aktiven Lagen 3 bestehen aus einem Material, das den piezoelektrischen Effekt zeigt, d. h. beim Anlegen eines elektrischen Felds verformt sich das Material mechanisch. Diese mechanische Verformung erzeugt eine nutzbare Dehnung und/oder Kraft an den Endflächen, so dass der Stapel als Aktor verwendet werden kann.The internal electrode layers 2 each consist of an electrically conductive material, in particular a metal or an alloy such as Ag-Pd. The piezoelectrically active layers 3 consist of a material that shows the piezoelectric effect, ie when an electric field is applied, the material deforms mechanically. This mechanical deformation creates usable strain and / or force on the end surfaces so that the stack can be used as an actuator.

In diesem Ausführungsbeispiel bestehen die piezoelektrisch aktiven Lagen 3 aus einer Keramik, insbesondere PZT (Blei-Zirkonat-Titanat). Die Innenelektrodenlagen 2 erstrecken sich über die gesamte Fläche der benachbarten piezoelektrisch aktiven Lagen 3. Diese Anordnung des Vielschichtpiezoaktors 1 wird als vollaktiver Piezoaktorstapel bezeichnet. In dieser Anordnung erstrecken sich die Innenelektroden 2 zu den Rand seiten 5 des Stapels und bilden dort einen Teil der Oberfläche 6 des Körpers 7 des Piezoaktors 1.In this embodiment, the piezoelectrically active layers exist 3 from a ceramic, in particular PZT (lead zirconate titanate). The internal electrode layers 2 extend over the entire area of the adjacent piezoelectrically active layers 3 , This arrangement of the multilayer piezoelectric actuator 1 is called a fully active piezo actuator stack. In this arrangement, the internal electrodes extend 2 to the margin pages 5 of the pile and form part of the surface 6 of the body 7 of the piezo actuator 1 ,

Der Piezoaktor 1 weist ferner eine Kontaktstruktur 8 auf, mit der ein elektrischer Kontakt zu den jeweiligen Innenelektroden 2 hergestellt werden kann. Eine Spannung wird zwischen den benachbarten Innenelektroden 2 des Stapels angelegt, so dass die zwischen den Innenelektroden 2 angeordneten piezoelektrisch aktiven Lagen 3 mechanisch reagieren. Jede zweite Innenelektrode 2 ist zu einem gemeinsamen Sammelkontakt 11 elektrisch verbunden, so dass zwei Gruppen von Innenelektroden 9, 10 vorgesehen sind, die voneinander elektrisch isoliert sind. Benachbarte Innenelektroden 2, 2' des Stapels gehören zu unterschiedlichen Gruppen 9, 10.The piezo actuator 1 also has a contact structure 8th on, with an electrical contact to the respective internal electrodes 2 can be produced. A voltage is applied between the adjacent internal electrodes 2 of the stack, so that the between the internal electrodes 2 arranged piezoelectrically active layers 3 react mechanically. Every second inner electrode 2 is to a common collective contact 11 electrically connected so that two groups of internal electrodes 9 . 10 are provided which are electrically isolated from each other. Neighboring internal electrodes 2 . 2 ' of the stack belong to different groups 9 . 10 ,

Ein erster Sammelkontakt 11 ist auf einer ersten Randseite 12 des Körpers 7 angeordnet und ein zweiter Sammelkontakt 13 auf der gegenüberliegenden Randseite 14 des Körpers 7, wobei der erste Sammelkontakt 11 mit der ersten Gruppe 9 von Innenelektroden 2 und der zweite Sammelkontakt 13 mit der zweiten Gruppe 10 von Innenelektroden 2' elektrisch verbunden ist.A first collective contact 11 is on a first edge side 12 of the body 7 arranged and a second collective contact 13 on the opposite edge 14 of the body 7 , wherein the first collecting contact 11 with the first group 9 of internal electrodes 2 and the second collective contact 13 with the second group 10 of internal electrodes 2 ' electrically connected.

Um einen Kurzschluss zwischen den zwei Gruppen 9, 10 von Innenelektroden 2, 2' sowie zwischen den zwei Sammelkontakten 11, 13 zu vermeiden, ist eine elektrisch isolierende Schicht 15 auf zumindest den zwei Randseiten 12, 14 des Körpers 7 mit den Sammelkontakten 11, 13 angeordnet.To make a short circuit between the two groups 9 . 10 of internal electrodes 2 . 2 ' as well as between the two collective contacts 11 . 13 To avoid is an electrically insulating layer 15 on at least the two edges 12 . 14 of the body 7 with the collective contacts 11 . 13 arranged.

Die elektrisch isolierende Schicht 15 weist Durchöffnungen 16 auf, die die Oberfläche 17 der Innenelektrodenlagen 2 freilegen, die einen Teil der ersten Oberfläche 6 des Körpers 7 bildet. Insbesondere legen die Durchöffnungen 16 der elektrisch isolierenden Schicht 15 die erste Gruppe 9 von Innenelektroden 2 auf der ersten Randseite 12 und die zweite Grup pe 10 von Innenelektroden 2' auf der zweiten Randseite 14 frei.The electrically insulating layer 15 has openings 16 on that the surface 17 the internal electrode layers 2 expose that part of the first surface 6 of the body 7 forms. In particular, lay the openings 16 the electrically insulating layer 15 the first group 9 of internal electrodes 2 on the first edge 12 and the second group 10 of internal electrodes 2 ' on the second edge 14 free.

Auf der ersten Randseite 12 ist die zweite Gruppe 10 von Innenelektroden 2' von der elektrisch isolierenden Schicht 15 abgedeckt und folglich durch die elektrisch isolierende Schicht 15 von dem darauf angeordneten Sammelkontakt 11 elektrisch isoliert. Auf der zweiten Randseite 14 ist die erste Gruppe 9 von Innenelektroden 2 von der elektrisch isolierenden Schicht 15 abgedeckt und folglich durch die elektrisch isolierende Schicht 15 von dem darauf angeordneten Sammelkontakt 13 elektrisch isoliert.On the first edge side 12 is the second group 10 of internal electrodes 2 ' from the electrically insulating layer 15 covered and consequently by the electrically insulating layer 15 from the collecting contact arranged thereon 11 electrically isolated. On the second edge 14 is the first group 9 of internal electrodes 2 from the electrically insulating layer 15 covered and consequently by the electrically insulating layer 15 from the collecting contact arranged thereon 13 electrically isolated.

Die Kontaktstruktur 8 der Sammelkontakte 11 nach einem ersten Ausführungsbeispiel ist in der detaillierten Ansicht der 2 dargestellt. In der 2 ist die Kontaktstruktur 8 des ersten Sammelkontakts 11 dargestellt. Die Kontaktstruktur 8 des zweiten Sammelkontakts 13 ist gleich.The contact structure 8th the collective contacts 11 According to a first embodiment is in the detailed view of 2 shown. In the 2 is the contact structure 8th of the first collective contact 11 shown. The contact structure 8th of the second collective contact 13 is equal to.

In der detaillierten Ansicht der 2 ist ein Teil der ersten Randseite 12 des Vielschichtpiezoaktors 1 mit vier der piezoelektrisch aktiven Lagen 3 sowie drei Innenelektrodenlagen 2 dargestellt. Die elektrisch isolierende Schicht 15 ist auf der Oberfläche 6 des Körpers 7 des Vielschichtpiezoaktors 1 angeordnet und legt jede zweite Innenelektrode 2 frei. Die derzwischen angeordnete Innenelektrode 2' der zweiten Gruppe 10 ist von der elektrisch isolierenden Schicht 15 abgedeckt und mit dieser elektrisch isolierenden Schicht 15 von dem darauf angeordneten ersten Sammelkontakt 11 elektrisch isoliert.In the detailed view of the 2 is part of the first fringe side 12 of the multilayer piezoelectric actuator 1 with four of the piezoelectrically active layers 3 as well as three internal electrode layers 2 shown. The electrically insulating layer 15 is on the surface 6 of the body 7 of the multilayer piezoelectric actuator 1 arranged and places every second inner electrode 2 free. The interposed inner electrode 2 ' the second group 10 is from the electrically insulating layer 15 covered and with this electrically insulating layer 15 from the first collecting contact arranged thereon 11 electrically isolated.

Die Kontaktstruktur 8 besteht aus zwei Schichten 18, 19. Eine erste untere elektrisch leitende Schicht 18 weist nicht dargestellte nanoskalige Körner auf und ist in den Durchöffnun gen 16 der elektrisch isolierenden Schicht 15 angeordnet. Die erste elektrisch leitende Schicht 18 steht in direktem Kontakt und in elektrischer Verbindung mit der freigelegten Innenelektrode 2, die innerhalb der Durchöffnung 16 angeordnet ist.The contact structure 8th consists of two layers 18 . 19 , A first lower electrically conductive layer 18 has not shown nanoscale grains and is in the Durchöffnun gene 16 the electrically insulating layer 15 arranged. The first electrically conductive layer 18 is in direct contact and in electrical connection with the exposed inner electrode 2 Inside the opening 16 is arranged.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Schicht 18 vollständig innerhalb der jeweiligen Durchöffnungen 16 angeordnet. Die Dicke der ersten Schicht 18 ist kleiner als die Dicke der elektrisch isolierenden Schicht 15. Die erste Schicht 18 besteht aus einer Vielzahl von Bereichen 20, die voneinander durch die elektrisch isolierende Schicht 15 getrennt sind. Die nanoskaligen Körner der ersten elektrisch leitenden Schicht 18 bestehen aus einem elektrisch leitenden Metall oder einer elektrisch leitenden Legierung, wie Silber oder Gold und deren Legierungen.In this embodiment, the first layer is 18 completely within the respective openings 16 arranged. The thickness of the first layer 18 is smaller than the thickness of the electrically insulating layer 15 , The first shift 18 consists of a variety of areas 20 passing each other through the electrically insulating layer 15 are separated. The nanoscale grains of the first electrically conductive layer 18 consist of an electrically conductive metal or an electrically conductive alloy, such as silver or gold and their alloys.

Die zweite elektrisch leitende Schicht 19 der Kontaktstruktur 8 erstreckt sich über die gesamte Randseite 12 des Vielschichtpiezoaktors 1 und in den Durchöffnungen 16 der elektrisch isolierenden Schicht 15. Die zweite Schicht 19 ist direkt auf der Oberfläche 21 der elektrisch isolierenden Schicht 15 sowie auf der ersten elektrisch leitende Schicht 18 angeordnet. Die zweite elektrisch leitenden Schicht 19 sieht der Sammelkontakt 11 vor, da sie die Innenelektroden 2 der ersten Gruppe 9 miteinander elektrisch verbindet. Die zweite Schicht 19 wird aus einem Leitkleber hergestellt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die zweite Schicht mit einem galvanischen Verfahren aufgebracht.The second electrically conductive layer 19 the contact structure 8th extends over the entire edge side 12 of the multilayer piezoelectric actuator 1 and in the openings 16 the electrically insulating layer 15 , The second layer 19 is right on the surface 21 the electrically insulating layer 15 as well as on the first electrically conductive layer 18 arranged. The second electrically conductive layer 19 sees the collective contact 11 before, since they are the internal electrodes 2 the first group 9 electrically interconnects. The second layer 19 is made of a conductive adhesive. In a further embodiment, the second layer is applied by a galvanic process.

Die nanoskaligen Körner der ersten Schicht führen zu einer höheren Kontaktfläche zwischen der Kontaktstruktur 8 und der Innenelektrode 2. Diese höhere Kontaktfläche sieht eine niedrigeren Kontaktwiderstand sowie eine verbesserte mechanische Belastbarkeit der Verbindung zwischen der Kontaktstruktur 8 und der Innenelektroden 2 vor.The nanoscale grains of the first layer lead to a higher contact area between the contact structure 8th and the inner electrode 2 , This higher contact area provides a lower contact resistance and improved mechanical strength of the connection between the contact structure 8th and the internal electrodes 2 in front.

Die Innenelektrodenlagen 2 weisen eine Dicke von typischerweise 2 bis 3 μm und die nanoskaligen Körner der ersten Schicht 18 einen Durchschnittsdurchmesser von 2 bis 1000 nm auf. Folglich sind mehrere nanoskalige Körner in direktem Kontakt mit der freiliegenden Oberfläche 17 der Innenelektrode 2. Die Kontaktfläche zwischen der ersten Schicht 18 und der Innenelektrode 2 ist höher als die Kontaktfläche, die durch die Verwendung einer Schicht mit Partikeln größeren Durchmessers, wie zum Beispiel Leitkleber mit Körnern oder Partikeln mit einem größeren Durchmesser von 1 bis 10 μm, vorgesehen werden kann.The internal electrode layers 2 have a thickness of typically 2 to 3 microns and the nanoscale grains of the first layer 18 an average diameter of 2 to 1000 nm. Thus, several nanoscale grains are in direct contact with the exposed surface 17 the inner electrode 2 , The contact area between the first layer 18 and the inner electrode 2 is higher than the contact area, which can be provided by using a layer with larger diameter particles, such as conductive adhesive with grains or particles with a larger diameter of 1 to 10 microns.

Die erste elektrisch leitende Schicht 18 ist zwischen den Innenelektroden 2 und der zweiten elektrisch leitenden Sammelschicht 19 angeordnet und dient zumindest zum Teil als Haftvermittler, um die mechanische Festigkeit der Verbindung zwischen dem Sammelkontakt 19 und dem Körper 7 des Piezoaktors 1 zu verbessern. Die haftvermittelnde Wirkung kann weiter erhöht werden, wenn zumindest an der Grenze zwischen der Innenelektrode 2 und der ersten Schicht 18 Phasen entstehen, die die Produkte einer Reaktion oder Legieren des Materials der ersten Schicht 18 und des Materials der Innenelektroden 2 sind. Das Material der ersten Schicht 18 und das Material der Innenelektrode 2 kann so ausgewählt und das Herstellungsverfahren so eingestellt werden, dass eine geeignete Reaktion stattfindet.The first electrically conductive layer 18 is between the internal electrodes 2 and the second electrically conductive collecting layer 19 arranged and serves at least in part as a primer to the mechanical strength of the connection between the collecting contact 19 and the body 7 of the piezo actuator 1 to improve. The adhesion-promoting effect can be further increased if at least at the boundary between the inner electrode 2 and the first layer 18 Phases emerge which are the products of a reaction or alloying of the material of the first layer 18 and the material of the internal electrodes 2 are. The material of the first layer 18 and the material of the inner electrode 2 can be selected and the manufacturing process adjusted so that a suitable reaction takes place.

Ferner kann das Material der ersten Schicht 18 mit dem Material der zweiten Schicht 19 reagieren, so dass eine verbes serte mechanische Verbindung zwischen diesen Schichten 18, 19 der Kontaktstruktur 8 entsteht.Furthermore, the material of the first layer 18 with the material of the second layer 19 react, so that improved mechanical connection between these layers 18 . 19 the contact structure 8th arises.

Die 3 zeigt eine detaillierte Ansicht einer Kontaktstruktur 8' eines piezoelektrischen Aktors 1' nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Kontaktstruktur 8' weist eine untere erste elektrisch leitende Schicht 18' aus nicht dargestellten nanoskaligen Körnern und eine obere zweite elektrisch leitende Schicht 19 auf, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das in der 2 gezeigt ist.The 3 shows a detailed view of a contact structure 8th' a piezoelectric actuator 1' according to a second embodiment. The contact structure 8th' has a lower first electrically conductive layer 18 ' not shown nanoscale grains and an upper second electrically conductive layer 19 on, as in the first embodiment, in the 2 is shown.

Die Kontaktstruktur 8' des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der Kontaktstruktur 8 des ersten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung der ersten unteren elektrisch leitenden Schicht 18'. Im zweiten Ausführungsbeispiel hat die erste Schicht 18' die Form einer geschlossenen Schicht, die sich vollständig und ungefähr konform über die elektrisch isolierende Schicht 15 erstreckt. Die erste Schicht 18' erstreckt sich über die Innenwände 22 sowie dem Boden 23 der Durchöffnungen 16, wobei eine Innenelektrode 2 zumindest einen Teil des Bodens 23 jeder zweiten Durchöffnung 16 bildet.The contact structure 8th' of the second embodiment differs from the contact structure 8th of the first embodiment by the arrangement of the first lower electrically conductive layer 18 ' , In the second embodiment, the first layer 18 ' the shape of a closed layer that is completely and approximately compliant over the electrically insulating layer 15 extends. The first shift 18 ' extends over the interior walls 22 as well as the ground 23 the openings 16 , wherein an inner electrode 2 at least part of the soil 23 every second opening 16 forms.

In dieser Ausführungsform steht die zweite obere elektrisch leitende Schicht 19 nur in direktem Kontakt mit der ersten elektrisch leitenden Schicht 18' und nicht in direktem Kontakt mit der elektrisch isolierenden Schicht 15. Im zweiten Ausführungsbeispiel verbindet sowohl die erste Schicht 18' als auch die zweite Schicht 19 die freigelegten Innenelektroden 2 der ersten Randseite 12 elektrisch miteinander.In this embodiment, the second upper electrically conductive layer is 19 only in direct contact with the first electrically conductive layer 18 ' and not in direct contact with the electrically insulating layer 15 , In the second embodiment, both the first layer connects 18 ' as well as the second layer 19 the exposed internal electrodes 2 the first edge side 12 electrically with each other.

Der Vielschichtpiezoaktor 1 kann mit dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Zunächst wird ein gestapeltes Bauelement aus abwechselnd angeordneten Innenelektrodenlagen 2 und pie zoelektrischaktiven Lagen 3 hergestellt. Danach können die Oberflächen 6 des Bauelements weiterbearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen, um eine Oberfläche 6 aus den keramischen piezoelektrisch aktiven Lagen 3 und den Innenelektrodenlagen 2 zu formen.The multilayer piezoelectric actuator 1 can be prepared by the following method. First, a stacked component of alternately arranged internal electrode layers 2 and piezoelectric-active layers 3 produced. After that, the surfaces can 6 the component to be further processed, for example by grinding, to a surface 6 from the ceramic piezoelectrically active layers 3 and the inner electrode layers 2 to shape.

Eine elektrisch isolierende Schicht 15 wird zumindest auf den Randseiten 12, 14 des Körpers 7 aufgebracht, an denen die Sammelkontakte 11, 13 später aufgebracht werden. Diese elektrisch isolierende Schicht 15 kann als eine geschlossene Schicht oder eine strukturierte Schicht aufgebracht werden. In einer Durchführungsform werden sämtliche Oberflächen 6 des Körpers 7 mit der elektrisch isolierenden Schicht 15 beschichtet. Im Falle einer geschlossenen Schicht wird die elektrisch isolierende Schicht 15 nach dem Aufbringen strukturiert, um die Innenelektroden 2 frei zu legen. Insbesondere wird auf einer ersten Randseite 12 jede zweite Innenelektrode 2 freigelegt und auf der gegenüberliegenden Randseite 14 wird jede zweite Innenelektrode 2' freigelegt, die nicht auf der ersten Randseite 12 freigelegt ist.An electrically insulating layer 15 will be at least on the margins 12 . 14 of the body 7 applied to which the collecting contacts 11 . 13 be applied later. This electrically insulating layer 15 can be applied as a closed layer or a structured layer. In one embodiment, all surfaces are 6 of the body 7 with the electrically insulating layer 15 coated. In the case of a closed layer, the electrically insulating layer 15 structured after application to the internal electrodes 2 to be released. In particular, on a first edge side 12 every second inner electrode 2 exposed and on the opposite edge 14 becomes every second inner electrode 2 ' uncovered, not on the first edge 12 is exposed.

Die erste Schicht 18 wird in den Durchöffnungen 16 in der elektrisch isolierenden Schicht 15 aufgebracht. Die erste Schicht 18 kann als eine Suspension von Nanopartikeln in einem Lösungsmittel aufgebracht werden. Das Lösungsmittel wird entfernt, beispielsweise durch aund eine erste Schicht 18 aus nanoskaligen Körnern aus den Nanopartikeln gebildet.The first shift 18 will be in the opening gene 16 in the electrically insulating layer 15 applied. The first shift 18 can be applied as a suspension of nanoparticles in a solvent. The solvent is removed, for example, by aund a first layer 18 formed of nanoscale grains from the nanoparticles.

In einer Ausführungsform zum Herstellen einer Kontaktstruktur 8, die in der 2 dargestellt ist, werden die Nanopartikel in den Durchöffnungen 16 beispielsweise mit einem Siebdruckverfahren aufgebracht, so dass die erste elektrisch leitende Schicht 18 vollständig innerhalb der Durchöffnungen 16 angeordnet ist. In diesem Fall kann die strukturierte elektrisch isolierende Schicht 15 als eine Maske verwendet werden.In an embodiment for producing a contact structure 8th in the 2 is shown, the nanoparticles in the openings 16 For example, applied by a screen printing process, so that the first electrically conductive layer 18 completely inside the openings 16 is arranged. In this case, the structured electrically insulating layer 15 be used as a mask.

In einer Ausführungsform zum Herstellen einer Kontaktstruktur 8', die in der 3 dargestellt ist, werden die Nanopartikel als eine geschlossene Schicht 18' beispielsweise durch Tauchen aufgebracht, die sich über die elektrisch isolierende Schicht 15 sowie die Durchöffnungen 16 erstreckt.In an embodiment for producing a contact structure 8th' in the 3 is shown, the nanoparticles as a closed layer 18 ' For example, applied by dipping, extending over the electrically insulating layer 15 as well as the openings 16 extends.

In dieser Ausführungsform wird die aufgebrachte geschlossene Schicht 18' auf den zwei sich gegenüberliegenden Randseiten 12, 14 des Körpers 7 strukturiert, so dass zwei Bereiche der ersten elektrisch leitende Schicht 18', die elektrisch voneinander getrennt sind, auf den zwei sich gegenüberliegenden Randseiten 12, 14 geformt wird. Dies kann durch das selektive Aufbringen der ersten Schicht 18' nur auf diesen zwei Randseiten 12, 14 oder durch das Aufbringen einer geschlossenen Schicht 18' auf sämtliche Randseiten 5 des Körpers 7 erfolgen, die anschließend strukturiert wird.In this embodiment, the applied closed layer 18 ' on the two opposite edge sides 12 . 14 of the body 7 structured so that two areas of the first electrically conductive layer 18 ' , which are electrically separated from each other, on the two opposite edge sides 12 . 14 is formed. This can be done by selectively applying the first layer 18 ' only on these two edges 12 . 14 or by applying a closed layer 18 ' on all edge sides 5 of the body 7 which is subsequently structured.

Zum Herstellen der Kontaktstruktur 8, 8', die in der 2 oder in der 3 dargestellt ist, wird nach dem Aufbringen und Bilden der ersten Schicht 18, 18' der Kontaktstruktur 8, 8' eine zweite Schicht 19 aus Leitkleber aufgebracht. Die zweite Schicht 19 wird zumindest auf den Randseiten 12, 14, auf denen die Sammelkontakte 11, 13 angeordnet sein sollen, aufgebracht. Die zweite Schicht 19 erstreckt sich zwischen den freiliegenden Innenelektroden 2, 2' einer der zwei Gruppen 9, 10 und verbindet die Innenelektrode 2, 2' dieser Gruppen 9, 10 elektrisch miteinander.For producing the contact structure 8th . 8th' in the 2 or in the 3 is shown after applying and forming the first layer 18 . 18 ' the contact structure 8th . 8th' a second layer 19 applied from conductive adhesive. The second layer 19 will be at least on the margins 12 . 14 on which the collective contacts 11 . 13 should be arranged, applied. The second layer 19 extends between the exposed internal electrodes 2 . 2 ' one of the two groups 9 . 10 and connects the inner electrode 2 . 2 ' of these groups 9 . 10 electrically with each other.

Wie bei der ersten Schicht 18, 18' kann die aufgebrachte geschlossene zweite Schicht 19 auf den zwei sich gegenüberliegenden Randseiten 12, 14 des Körpers 7 strukturiert werden, so dass zwei Bereiche und folglich zwei Sammelkontakte 11, 13, die elektrisch voneinander getrennt sind, geformt werden. Dies kann durch das selektive Aufbringen der zweiten Schicht 19 oder durch das Aufbringen einer geschlossene Schicht 19, die anschließend strukturiert wird, erfolgen.As with the first layer 18 . 18 ' can the applied closed second layer 19 on the two opposite edge sides 12 . 14 of the body 7 be structured so that two areas and consequently two collective contacts 11 . 13 , which are electrically separated from each other. This can be achieved by the selective application of the second layer 19 or by applying a closed layer 19 , which is subsequently structured, take place.

Nach dem Aufbringen der zweiten Schicht 19 kann diese behandelt werden, beispielsweise durch thermische Behandlung, um eine elektrisch leitende Schicht zu erzeugen und/oder die elektrische Leitfähigkeit dieser zweiten Schicht 19 zu erhöhen. Anschließend kann eine nicht dargestellte äußere Schutzschicht auf den Vielschichtpiezoaktor aufgebracht werden.After applying the second layer 19 this can be treated, for example by thermal treatment, to produce an electrically conductive layer and / or the electrical conductivity of this second layer 19 to increase. Subsequently, an outer protective layer, not shown, can be applied to the multilayer piezoelectric actuator.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102006003070 B3 [0002]

Claims

Contact structure ( 8th ; 8th' ) of an electronic component ( 1 ) with a ceramic body ( 7 ) and at least one inner electrode ( 2 ), which in the ceramic body ( 7 ) is arranged, up to a first surface ( 6 ) of the component ( 1 ) and an area ( 17 ) of the first surface ( 6 ) of the component ( 1 ), the first surface ( 6 ) an electrically insulating layer ( 15 ) with at least one opening ( 16 ), which at least a part of the inner electrode ( 2 ), the contact structure ( 8th . 8th' ) - a first electrically conductive layer ( 18 ; 18 ' ) made of electrically conductive nanoscale grains in the through-hole ( 16 ) and arranged with the inner electrode ( 2 ) are electrically connected, and - a second electrically conductive contact layer ( 19 ) deposited on the first electrically conductive layer ( 18 ) and with the inner electrode ( 2 ) is electrically connected.

Contact structure ( 8th ; 8th' ) according to claim 1, characterized in that the electrically conductive nanoscale grains one or more of the elements Ag, Au, Cu, Ni, Cr, Pt, Pd, Ti and W.

Contact structure ( 8th ; 8th' ) according to claim 1 or claim 2, characterized in that the first electrically conductive layer ( 18 ; 18 ' ) is formed from wet-chemically applied nanoscale particles.

Contact structure ( 8th ; 8th' ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second electrically conductive layer ( 19 ) has metallic grains.

Contact structure ( 8th ; 8th' ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the boundary between the first electrically conductive layer ( 18 ; 18 ' ) and the inner electrode ( 2 ) Has phases which contain the material of the inner electrode ( 2 ) and the material of the nanoscale grains.

Contact structure ( 8th ; 8th' ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the second electrically conductive contact layer ( 19 ) has a conductive adhesive.

Contact structure ( 8th ; 8th' ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electrically insulating layer ( 15 ) a plurality of strip-shaped openings ( 16 ), each having a strip-shaped surface ( 17 ) an inner electrode ( 2 ) uncover.

Contact structure ( 8th ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first electrically conductive layer ( 18 ) completely within the opening ( 16 ) is arranged.

Contact structure ( 8th' ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first electrically conductive layer ( 18 ' ) further on the electrically insulating layer ( 15 ) is arranged.

Contact structure ( 8th ; 8th' ) according to claim 9, characterized in that the first electrically conductive layer ( 18 ; 18 ' ) several exposed internal electrodes ( 2 ) of the first surface ( 6 ) electrically connects to each other.

Contact structure ( 8th ; 8th' ) according to any one of claims 1 to 10, characterized in that further comprises a protective layer on the second electrically conductive contact layer ( 19 ) is arranged.

Contact structure ( 8th ; 8th' ) according to claim 11, characterized in that the protective layer is the component ( 1 ) completely enveloped on the side surfaces.

Contact structure ( 8th ; 8th' ) according to claim 11 or claim 12, characterized in that the protective layer is electrically insulating.

Contact structure ( 8th ; 8th' ) according to one of claims 10 to 13, characterized in that the protective layer comprises plastic.

Contact structure ( 8th ; 8th' ) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the electrically insulating layer ( 15 ) is another layer on the ceramic body ( 7 ) is arranged.

Contact structure according to one of claims 1 to 14, characterized in that the electrically insulating layer of the ceramic body ( 7 ) of the component ( 1 ) is formed.

Electronic component ( 1 ) with a contact structure ( 8th ; 8th' ) according to one of claims 1 to 16, wherein the electronic component ( 1 ) a ceramic body ( 7 ) and at least one inner electrode ( 2 ), which in the ceramic body ( 7 ) is arranged, up to a first surface ( 6 ) of the component ( 1 ) and an area ( 17 ) of the first surface ( 6 ) of the component ( 1 ), the first surface ( 6 ) an electrically insulating layer ( 15 ) with at least one opening ( 16 ), which at least a part of the inner electrode ( 2 ).

Component ( 1 ) according to claim 17, characterized in that the electronic component ( 1 ) is a multilayer piezoelectric actuator having a plurality of piezoelectrically active layers ( 3 ) and a plurality of electrically conductive inner electrode layers ( 2 ), wherein the electrically conductive inner electrode layers ( 2 ) each provide an electrically conductive inner electrode, and wherein the piezoelectrically active layers ( 3 ) and the electrically conductive inner electrode layers ( 2 ) alternately on each other in a stacking direction ( 4 ) are stacked.

Component ( 1 ) according to claim 18, characterized in that the first surface ( 6 ) in the stacking direction ( 4 ) and every other inner electrode layer ( 2 ) of the first surface ( 6 ) in a through opening ( 16 ) of the electrically insulating layer ( 15 ) is arranged.

Component ( 1 ) according to claim 18 or claim 19, characterized in that the second electrically conductive contact layer ( 19 ) every second of the plurality of internal electrode layers ( 2 ) of the first surface ( 6 ) electrically connects to each other.

Component ( 1 ) according to one of claims 18 to 20, characterized in that the piezoelectrically active layers ( 3 ) are almost fully active.

Component ( 1 ) according to one of claims 18 to 20, characterized in that the piezoelectrically active layers ( 3 ) do not have piezoelectrically active regions.

Component ( 1 ) according to one of claims 17 to 22, characterized in that the component ( 1 ) a second surface ( 6 ' ) facing the first surface ( 6 ) and a contact structure ( 8th ; 8th' ) according to one of the claims 1 to 26.

Component ( 1 ) according to claim 23, characterized in that the second surface comprises a plurality of the alternating piezoelectric layers ( 3 ) and electrically conductive internal electrode layers ( 2 ) and an electrically insulating layer ( 15 ) with openings ( 16 ), wherein a through opening ( 16 ) every other inner electrode layer ( 2 ' ) of the second surface ( 6 ' ) which does not interfere with the second electrically conductive contact layer ( 19 ) on the first surface ( 6 ) is electrically connected.

Method for contacting a ceramic component ( 1 ), comprising the following steps: - providing a component ( 1 ) with a ceramic body ( 7 ) and at least one inner electrode ( 2 ), which in the ceramic body ( 7 ) is arranged, up to a first surface ( 6 ) of the component ( 1 ) and an area ( 17 ) of the first surface ( 6 ) of the component ( 1 ), the first surface ( 6 ) an electrically insulating layer ( 15 ) with at least one opening ( 16 ), which at least a part of the inner electrode ( 2 ), - application of a first layer ( 18 ; 18 ' ) with electrically conductive nanoparticles in the opening ( 16 ), - applying a second electrically conductive layer ( 19 ) on the first layer ( 18 ; 18 ' ), wherein the inner electrode ( 2 ) over the first layer ( 18 ; 18 ' ) with the second layer ( 19 ) is electrically connected.

Method according to claim 25, characterized in that the component ( 1 ) a plurality of piezoelectrically active layers ( 3 ) and a plurality of electrically conductive inner electrode layers ( 2 ) which alternately face each other in a stacking direction ( 4 ) are stacked.

A method according to claim 26, characterized in that the electrically insulating layer ( 15 ) is structured such that a through opening ( 16 ) every other inner electrode layer ( 2 ) of the first upper side ( 6 ).

Method according to claim 26 or 27, characterized in that the component ( 1 ) a second surface ( 6 ' ), which are opposite the first surface ( 6 ), and that the second surface ( 6 ' ) a plurality of alternating piezoelectric layers ( 3 ) and electrically conductive internal electrode layers ( 2 ), wherein an electrically insulating layer ( 15 ) with openings ( 16 ) on the second surface ( 6 ' ) is structured such that a through opening ( 16 ) every other inner electrode layer ( 2 ' ) of the second surface ( 6 ' ) which does not interfere with the second electrically conductive contact layer ( 11 ) on the first surface ( 6 ) is electrically connected.

Method according to claim 28, characterized in that a first layer ( 18 ; 18 ' ) with electrically conductive nanoparticles in the openings ( 16 ) of the second surface ( 6 ' ) is applied.

Method according to one of claims 25 to 29, characterized in that the inner electrode ( 2 ) of the first surface ( 6 ) over the second contact layer ( 19 ) on the first surface ( 6 ) is arranged to be electrically connected to each other.

A method according to claim 25 or claim 30, characterized in that the inner electrode ( 2 ' ) of the second surface ( 6 ' ) over the second contact layer ( 19 ) on the second surface ( 6 ' ) is arranged to be electrically connected to each other.

Method according to one of claims 25 to 31, characterized in that the nanoparticles are applied in a mixture with a solvent or in a mixture with an organic binder.

Method according to one of claims 25 to 32, characterized in that the nanoparticles are screen printed, Spraying or dipping are applied.

Method according to one of claims 25 to 33, characterized in that during the application of the nanoparticles in the opening ( 16 ) the electrically insulating layer ( 15 ) is used as a mask.

Method according to one of claims 25 to 34, characterized in that an electrical connection between the first layer ( 18 ; 18 ' ) and the inner electrode ( 2 ) is carried out by a thermal treatment.

Method according to one of claims 25 to 35, characterized in that an electrical connection between the first layer ( 18 ; 18 ' ) and in the opening ( 16 ) exposed inner electrode ( 2 ) by a chemical reaction between the first layer ( 18 ; 18 ' ) and the inner electrode ( 2 ) is produced.

Method according to one of claims 25 to 36, characterized in that a first electrically conductive layer ( 18 ; 18 ' ) is formed with nanoscale grains from the applied nanoparticles.

Method according to one of claims 25 to 37, characterized in that the electrically insulating layer ( 15 ) is applied by spraying or dipping or by a screen printing or laminating a film.

A method according to claim 38, characterized in that after the application of the electrically insulating layer ( 15 ) the electrically insulating layer ( 15 ) is patterned by laser ablation or a photolithographic process.

Method according to one of claims 25 to 39, characterized in that the second electrically conductive layer ( 19 ) is applied by spraying or dipping or by a screen printing process.