DE102011014447A1

DE102011014447A1 - Piezoaktor und Verfahren zur Kontaktierung eines Piezoaktors

Info

Publication number: DE102011014447A1
Application number: DE102011014447A
Authority: DE
Inventors: Dr. Reszat Jan-Thorsten; Markus Laussermayer; Dr. Rinner Franz
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-09-20

Abstract

Piezoaktor (1) in Vielschichtbauweise, bei dem piezoelektrische Schichten (3) und Elektrodenschichten (4) übereinander zu einem Stapel angeordnet sind, wobei die Elektrodenschichten (4) mit einer Außenkontaktierung (6) elektrisch leitend verbunden sind. An der Außenkontaktierung (6) ist eine Weiterleitung (10) angeordnet, welche einen Kontaktabschnitt (9) zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit der Außenkontaktierung (6) aufweist. Die Weiterleitung (10) weist einen Teilabschnitt (11) auf, welcher sich unmittelbar an den Kontaktabschnitt (9) anschließt. Der Teilabschnitt (11) weist eine Schutzschicht auf. Der Kontaktabschnitt (9) ist mit der Außenkontaktierung (6) durch ein Verbindungsmaterial (12) elektrisch leitend verbunden. Die Schutzschicht ist dazu vorgesehen, eine Benetzung des Teilabschnitts (11) mit dem Verbindungsmaterial (12) zu verhindern. Weiterhin wird ein Verfahren zur Kontaktierung eines Piezoaktors (1) in Vielschichtbauweise angegeben.

Description

Es wird ein Piezoaktor in Vielschichtbauweise sowie ein verfahren zur Kontaktierung eines Piezoaktors angegeben.
Piezoaktoren umfassen oftmals mehrere Schichten eines piezoelektrischen Materials mit dazwischen liegenden Elektrodenschichten. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektrodenschichten dehnen sich die piezoelektrischen Schichten aus, wodurch ein Hub erzeugt wird.
Piezoaktoren können zum Beispiel zum Betätigen eines Einspritzventils in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Zum Anschluss an eine externe Spannungsquelle müssen die Piezoaktoren über eine Weiterleitung weiterkontaktiert werden.
Piezoaktoren sind beispielsweise aus der DE 10 2004 031 404 A1 und der DE 10 2006 025 177 A1 bekannt.
Eine Aufgabe ist es, einen Piezoaktor anzugeben, der eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweist. Weiterhin ist es eine Aufgabe, ein Verfahren zur Kontaktierung eines Piezoaktors anzugeben, wodurch die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Piezoaktors erhöht wird.
Es wird ein Piezoaktor angegeben. Bei dem Piezoaktor sind piezoelektrische Schichten und Elektrodenschichten übereinander zu einem Stapel angeordnet. Insbesondere sind die Elektrodenschichten zwischen den einzelnen piezoelektrischen Schichten angeordnet. Unterschiedlicher Polarität zugeordnete Elektrodenschichten reichen an jeweils gegenüberliegenden Seitenflächen des Stapels bis an die Oberfläche des Stapels. Der Piezoaktor ist vorzugsweise als monolithisches Bauelement ausgeführt.
Die Elektrodenschichten sind mit einer Außenkontaktierung, elektrisch leitend verbunden. Insbesondere sind alle Elektrodenschichten der gleichen Polarität mit jeweils einer Außenkontaktierung elektrisch leitend verbunden. Der Piezoaktor weist vorzugsweise eine Metallisierung auf. Die Metallisierung dient zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen der Außenkontaktierung und den Elektrodenschichten. Die Metallisierung ist vorzugsweise an den zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Stapels angeordnet. Die Außenkontaktierung steht vorzugsweise mit der Metallisierung in elektrischen Kontakt. Gegebenenfalls kann auf eine gesonderte Metallisierung verzichtet werden und die Außenkontaktierung kann unmittelbar mit den Elektrodenschichten verbunden sein.
An der Außenkontaktierung ist eine Weiterleitung angeordnet. Die Weiterleitung ist bevorzugt zumindest in Teilbereichen biegsam. Beispielsweise kann die Weiterleitung plastisch verformbar sein. Die Weiterleitung weist eine längliche Ausdehnung auf.
Die Weiterleitung weist einen Kontaktabschnitt auf. Der Kontaktabschnitt ist zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung der Weiterleitung mit der Außenkontaktierung ausgebildet. Der Kontaktabschnitt ist mit der Außenkontaktierung mechanisch und/oder elektrisch leitend verbunden, vorzugsweise durch ein Verbindungsmaterial. Der Kontaktabschnitt ist, vorzugsweise mit Hilfe des Verbindungsmaterials, in mechanischem Kontakt mit der Außenkontaktierung.
Die Weiterleitung weist weiterhin einen Teilabschnitt auf. Der Teilabschnitt schließt vorzugsweise unmittelbar an den Kontaktabschnitt an. Insbesondere ist der Teilabschnitt zwischen dem Kontaktabschnitt und einer Anschlussstelle der Weiterleitung zum Anschluss der Weiterleitung an eine externe Spannungsquelle angeordnet. Der Teilabschnitt weist eine Schutzschicht auf. In dem Teilabschnitt kann die Weiterleitung mit der Schutzschicht beschichtet sein. Die Schutzschicht ist dazu vorgesehen, eine Benetzung des Teilabschnitts mit dem Verbindungsmaterial zu verhindern bzw. das Benetzungsrisiko zu mindern.
Um das ordnungsgemäße und zuverlässige Funktionieren des Piezoaktors zu gewährleisten, insbesondere um dessen zuverlässige Weiterkontaktierung sicherzustellen, wird das Verbindungsmaterial zur Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Außenkontaktierung und der Weiterleitung eingesetzt. Dabei kann es vorkommen, dass Teile des Verbindungsmaterials auf den – sich unmittelbar an den Kontaktabschnitt anschließenden – Teilabschnitt der Weiterleitung gelangen. Diese Benetzung des Teilabschnitts kann beispielsweise zu einer Einschränkung der Biegsamkeit des Teilabschnitts führen, was sich als nachteilig beim Einbau des Piezoaktors erweisen kann, da ein mit Lot benetzter Teilabschnitt durch Biegebelastung leicht brechen könnte. Allgemein können belotete Bereiche der Weiterleitung nicht einer so starken Biegebelastung ausgesetzt werden, wie unbelotete Bereiche ohne dabei zu brechen. Der Teilabschnitt beim Einbau des Piezoaktors in eine dafür vorgesehen Vorrichtung ist oftmals sehr starken Biegebelastungen ausgesetzt. Bei derartigen Belastungen kann es zum Brechen des Teilabschnitts kommen, wenn dessen Biegsamkeit durch Benetzung eingeschränkt ist. Mittels der auf den Teilabschnitt aufgebrachten Schutzschicht können Benetzungen des Teilabschnitts durch das Verbindungsmaterial sowie auch durch andere Fremdstoffe verhindert werden. Dadurch kann eine unverminderte Flexibilität des Teilabschnitts sichergestellt werden und somit ein Brechen oder Reißen des Teilabschnitts bei auftretenden mechanischen Belastungen verhindert werden. Insgesamt kann so die Zuverlässigkeit des Piezoaktors gesteigert werden.
In einer vorteilhaften Ausführung ist der Kontaktabschnitt mit der Außenkontaktierung durch eine Lötverbindung elektrisch leitend verbunden. Die Schutzschicht ist dazu vorgesehen, eine Benetzung des Teilabschnitts mit dem Lot zu verhindern.
Die Schutzschicht dient dazu, das Lot von dem Teilabschnitt abzuweisen. Eine Versteifung des Teilabschnitts durch auf den Teilabschnitt gelangendes Lot kann damit verhindert werden. Der Teilabschnitt behält folglich seine ursprüngliche Biegsamkeit.
In einer vorteilhaften Ausführung ist die Schutzschicht derart auf dem Teilabschnitt angeordnet, dass sie den Teilabschnitt vollständig ummantelt.
Der Teilabschnitt kann folglich in seiner azimuthalen und auch der axialen Ausdehnung vollständig von der Schutzschicht umgeben sein. Damit kann eine Benetzung durch Lot auch von kleinsten Bereichen des Teilabschnitts ausgeschlossen werden.
Die Schutzschicht kann beispielsweise eine Lackierung des Teilabschnitts umfassen. Beispielsweise weist die Schutzschicht einen Lötstopplack auf.
Dadurch kann auf kostengünstige und einfache Art und Weise eine vollständige Ummantelung des Teilabschnitts durch die Schutzschicht erreicht werden.
In einer vorteilhaften Ausführung weist der Teilabschnitt eine Länge von minimal 0,5 cm auf. Der Teilabschnitt kann eine Länge von maximal 2,5 cm aufweisen. Vorzugsweise weist der Teilabschnitt eine maximale Länge von 2,0 cm auf. Vorzugsweise weist der Teilabschnitt eine minimale Länge von 1,0 cm auf.
Der Kontaktabschnitt weist vorzugsweise eine Länge von 0,2 bis 1,5 cm auf. Vorzugsweise beträgt die maximale Länge des Teilabschnitts 1,0 cm. Vorzugsweise beträgt die minimale Länge des Teilabschnitts 0,5 cm. Vorzugsweise weist der Teilabschnitt eine Länge auf, welche zumindest doppelt so groß ist wie die Länge des Kontaktabschnitts.
Die Länge des Teilabschnitts ist vorzugsweise so gewählt, dass eine – beim Einbau des Piezoaktors in eine dafür vorgesehene Vorrichtung auftretende – maximale Biegebelastung im Teilabschnitt auftritt. Weiterhin ist die Länge des Teilabschnitts vorzugsweise so gewählt, dass der Teilabschnitt groß genug ist, dass eine typische Lotmenge nicht mehr den Biegebereich benetzen kann. Dies erleichtert die Handhabung des Piezoaktors vor allem beim Einbau, da ein genügend großer Abschnitt zur Verfügung steht, welcher ohne Bedenken Biegebelastungen beim Einbau ausgesetzt werden kann.
Die Weiterleitung weist beispielsweise einen Draht, insbesondere einen metallischen Draht, auf.
Durch eine derartige Ausgestaltung der Weiterleitung ist eine gewisse Grund-Biegsamkeit des Teilabschnitts gewährleistet. Die Schutzschicht dient – durch die Verhinderung der Benetzung des Teilabschnitts mit Lotmaterial – dazu, die Biegsamkeit auch nach Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen der Weiterleitung und der Außenkontaktierung aufrecht zu erhalten.
In einer vorteilhaften Ausführung weist die Weiterleitung eine Kunststoffummantelung auf. Die Schutzschicht ist vorzugsweise auf der Kunststoffummantelung des Teilabschnitts angeordnet. Die Weiterleitung kann beispielsweise einen metallischen Kern, beispielsweise einen Draht aufweisen. Der metallische Kern kann von einer Kunststoffschicht umgeben sein. Auch in diesem Fall würde sich eine Benetzung des durch die Kunststoffschicht umgebenen Teilabschnitts der Weiterleitung als nachteilig erweisen. Das Lot könnte beispielsweise durch Kapillarwirkung unter die Kunststoffummantelung kriechen und dadurch zu einer Versteifung des darunter liegenden Metallkerns führen.
Vorzugsweise bedeckt die Schutzschicht das Ende der Kunststoffummantelung, welches direkt an den Kontaktabschnitt angrenzt.
Der Kontaktabschnitt ist zum Zwecke der Herstellung des elektrischen und mechanischen Kontakts zwischen der Weiterleitung und der Außenkontaktierung vorzugsweise frei von der Kunststoffummantelung. Hier könnte Lotmaterial auf den Metallkern der Weiterleitung gelangen und insbesondere auch unter die Kunststoffummantelung des angrenzenden Teilabschnitts kriechen. Dadurch dass die Schutzschicht das Ende der Kunststoffummantelung des Teilabschnitts bedeckt, wird verhindert, dass Lotmaterial unter die Kunststoffummantelung kriechen und somit zu einer Versteifung des Teilabschnitts führen kann. Somit kann einem Brechen oder Einreißen des Teilabschnitts bei auftretenden Biegebelastungen entgegengewirkt und die Zuverlässigkeit des Piezoaktors erhöht werden.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Kontaktierung eines Piezoaktors angegeben. In einem ersten Schritt wird der Piezoaktor bereitgestellt. Der Piezoaktor weist einen Stapel aus übereinander angeordneten piezoelektrischen Schichten und dazwischen angeordneten Elektrodenschichten auf. Der Piezoaktor weist weiterhin vorteilhafterweise eine Metallisierung an der Oberfläche des Stapels auf. In einem weiteren Schritt wird eine Außenkontaktierung bereitgestellt. Die Außenkontaktierung dient zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit den Elektrodenschichten. Vorzugsweise steht die Außenkontaktierung in elektrisch leitendem sowie mechanischem Kontakt mit der Metallisierung. In einem nächsten Schritt wird eine Weiterleitung bereitgestellt. Die Weiterleitung dient zur Weiterkontaktierung des Piezoaktors, insbesondere zum Anschluss des Piezoaktors an eine externe Spannungsquelle. Die Weiterleitung weist einen Kontaktabschnitt auf. Der Kontaktabschnitt dient zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit der Außenkontaktierung. Vorzugsweise ist der Kontaktabschnitt als Kontaktpunkt ausgestaltet. Die Weiterleitung weist einen Teilabschnitt auf. Der Teilabschnitt schließt sich direkt an den Kontaktabschnitt an. In einem nächsten Schritt wird eine Schutzschicht, beispielsweise ein Lack, auf den Teilabschnitt der Weiterleitung aufgebracht. In einem weiteren Schritt wird ein elektrischer Kontakt zwischen der Außenkontaktierung und der Weiterleitung, insbesondere des Kontaktabschnitts hergestellt. Vorteilhafterweise wird der Teilabschnitt mit der Schutzschicht versehen, bevor ein elektrischer Kontakt zwischen der Weiterleitung und der Außenkontaktierung hergestellt wird. Durch die Schutzschicht kann eine Benetzung des Teilabschnitts, welche beispielsweise beim Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Kontaktabschnitt und der Außenkontaktierung durch Verbindungsmaterial auftreten kann, wirksam verhindert werden. Einem Versteifen des Teilabschnitts, welches durch die Benetzung mit dem Verbindungsmaterial auftritt, und somit einem Brechen oder Einreißen des Teilabschnitts bei mechanischen Belastungen kann somit durch die Schutzschicht effektiv entgegen gewirkt werden. Damit kann die Zuverlässigkeit des derart kontaktierten Piezoaktors erhöht werden.
In einer vorteilhaften Ausführung wird der Kontaktabschnitt mit der Außenkontaktierung verlötet zur Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen der Weiterleitung und der Außenkontaktierung im Kontaktabschnitt.
Bei diesem Schritt wird Lotmaterial auf den Kontaktabschnitt aufgebracht, um die Weiterleitung mit der Außenkontaktierung elektrisch und mechanisch zu verbinden. Dabei kann es leicht geschehen, dass Lotmaterial auch den Teilabschnitt, welcher sich unmittelbar an den Kontaktabschnitt anschließt, benetzt. Eine derartige Benetzung könnte zu einer Einschränkung der Biegsamkeit des Teilabschnitts führen, was sich unvorteilhaft bei dem späteren Einbau bzw. ganz allgemein bei auf den Teilabschnitt einwirkenden Biegebelastungen auswirken kann. Die Schutzschicht verhindert die Benetzung des Teilabschnitts mit dem Lotmaterial. Die Biegsamkeit des Teilabschnitts ist also auch nach der Kontaktierung des Piezoaktors mit der Weiterleitung in vollem Umfang gewährleistet.
In einer vorteilhaften Ausführung wird die Schutzschicht derart auf den Teilabschnitt aufgebracht wird, dass sie den Teilabschnitt vollständig ummantelt. Auch eine Benetzung kleinster Bereiche des Teilabschnitts mit dem Verbindungsmaterial kann dadurch verhindert werden.
In einer vorteilhaften Ausführung weist die Schutzschicht einen Lack auf.
Ein Lack hat den Vorteil, dass er sich sehr einfach und kostengünstig auf den Teilabschnitt aufbringen lässt. Der Lack wird auf den Teilabschnitt aufgebracht, bevor der elektrische Kontakt zwischen der Weiterleitung und der Außenkontaktierung hergestellt wird.
In einer vorteilhaften Ausführung wird der Lack vor der Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen der Weiterleitung und der Außenkontaktierung getrocknet.
Dadurch wird verhindert, das Verbindungsmaterial an dem noch flüssigen bzw. nicht ausgehärteten Lack hängen bleibt und damit den Teilabschnitt verschmutzen könnte. Insbesondere schützt erst der ausgehärtete Lack den Teilabschnitt vor der Benetzung mit Lotmaterial.
Es wird weiterhin ein Piezoaktor in Vielschichtbauweise angegeben, bei dem piezoelektrische Schichten und Elektrodenschichten übereinander zu einem Stapel angeordnet sind. An dem Piezoaktor ist eine Weiterleitung angeordnet zur Weiterkontaktierung des Piezoaktors, insbesondere zum Anschluss des Piezoaktors an eine externe Spannungsquelle. Die Weiterleitung weist einen gekrümmten, zum Beispiel plastisch verformten, wie etwa gebogenen, Teilabschnitt aufweist. Auf dem Teilabschnitt ist eine Schutzschicht angeordnet.
Mit Hilfe der Schutzschicht wird einer Benetzung des Teilabschnitts, welche die Biegsamkeit des Teilabschnitts einschränken könnte, verhindert, so dass der Teilabschnitt verformt bzw. gekrümmt werden kann, ohne dabei zu brechen. Die Schutzschicht trägt somit maßgeblich zu einer erhöhten Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Piezoaktors bei. Die Krümmung des Teilabschnitts erleichtert einen Einbau des Piezoaktors bzw. den Anschluss an die externe Spannungsquelle. Somit ist der Piezoaktor besonders leicht einzubauen und daher sehr benutzerfreundlich.
Es wird ferner die Verwendung einer Weiterleitung zur Kontaktierung eines Piezoaktors in Vielschichtbauweise angegeben. Die Weiterleitung weist einen gekrümmten, zum Beispiel plastisch verformten, wie etwa gebogenen, Teilabschnitt auf. Der Teilabschnitt weist eine Schutzschicht auf.
Durch die Verwendung einer derartigen Weiterleitung können Risse in dem Teilabschnitt verhindert werden, wie sie beispielsweise durch mechanische Belastung, zum Beispiel Verbiegen, des Teilabschnitts während des Einbaus des Piezoaktors auftreten. Somit kann die Lebensdauer des Piezoaktors erhöht werden.
Merkmale welche jeweils nur im Zusammenhang mit dem Piezoaktor oder dessen Verwendung beschrieben wurden, sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Verfahren verwendbar und umgekehrt.
Die beschriebenen Gegenstände werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele und Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Piezoaktors,
2 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der Aktoreinheit aus 1.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit bzw. zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
1 zeigt einen vielschichtigen Piezoaktor 1. Der Piezoaktor 1 weist einen Stapel aus mehreren übereinander angeordneten piezoelektrischen Schichten 3 auf. Entlang der Stapelrichtung ist der Stapel in einen aktiven Bereich 7 und zwei inaktive Bereiche 8 unterteilt. Die inaktiven Bereiche 8 grenzen in Stapelrichtung an den aktiven Bereich 7 an und bilden die Endstücke des Stapels.
Der aktive Bereich 7 des Stapels weist zwischen den piezoelektrischen Schichten 3 angeordnete Elektrodenschichten 4 auf. Um die Elektrodenschichten 4 im aktiven Bereich 7 einfach kontaktieren zu können, ist der Piezoaktor 1 so ausgebildet, dass sich nur jeweils der gleichen elektrischen Polarität zugeordnete Elektrodenschichten 4 bis zu einer Seitenfläche 2 des Stapels erstrecken. Die der anderen elektrischen Polarität zugeordneten Elektrodenschichten 4 erstrecken sich an dieser Stelle nicht bis ganz zur Seitenfläche 2 des Stapels. Die Elektrodenschichten 4 sind demnach jeweils in Form von miteinander verzahnten Kämmen angeordnet. Über Kontaktflächen in Form von Metallisierungen 5 an der Seitenfläche 2 des Stapels kann an die Elektrodenschichten 4 eine elektrische Spannung angelegt werden. Beim Anlegen einer Spannung an die Elektrodenschichten 4 tritt eine Verformung des piezoelektrischen Materials im aktiven Bereich 7 auf.
An den Metallisierungen 5 ist jeweils eine Außenkontaktierung 6 angebracht. Die Außenkontaktierung 6 ermöglicht eine elektrische Kontaktierung des Piezoaktors 1 nach außen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der Aktoreinheit aus 1. Die Außenkontaktierung 6 ist elektrisch leitend. Die Außenkontaktierung 6 ist vorzugsweise direkt lötbar. Beispielsweise weist die Außenkontaktierung 6 eine Metallfolie, ein Blech oder ein Drahtnetz auf. Alternativ kann die Außenkontaktierung 6 aber auch nicht direkt lötbar sein. In diesem Fall ist die Außenkontaktierung 6 in ein direkt lötbares Element eingebracht bzw. mit diesem verbunden. Beispielsweise könnte die Außenkontaktierung 6 als Leitkleber ausgestaltet sein, in welche ein Metallstift eingebettet ist (nicht explizit dargstellt).
Die Außenkontaktierung 6 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel direkt über eine Lötverbindung elektrisch leitend mit der Metallisierung 5 verbunden. Insbesondere ist die Außenkontaktierung 6 in elektrischem und zumindest teilweisem mechanischem Kontakt mit der Metallisierung 5. Die Außenkontaktierung 6 steht dabei, wie in 2 gezeigt, nicht über die Seitenfläche 2 des Stapels über.
An der Außenkontaktierung 6 ist eine Weiterleitung 10 angeordnet. Die Weiterleitung 10 ist auf der Oberfläche der Außenkontaktierung 6 angeordnet. Aber auch eine andere Platzierung der Weiterleitung 10, beispielsweise an einem Ende der Außenkontaktierung 6, ist vorstellbar.
Die Weiterleitung 10 weist eine längliche Ausdehnung auf. Die Weiterleitung 10 ist biegsam. Die Weiterleitung 10 ist direkt lötbar. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Weiterleitung 10 einen Draht, beispielsweise einen Kupferdraht auf. Alternativ dazu kann die Weiterleitung 10 aber auch einen metallischen Kern, beispielsweise einen Draht, aufweisen, welcher von einer Kunststoffummantelung umgeben ist.
Die Weiterleitung 10 weist einen Kontaktabschnitt 9 auf. Der Kontaktabschnitt 9 ist an dem der Außenkontaktierung 6 zugewandeten Ende der Weiterleitung 10 angeordnet. Der Kontaktabschnitt 9 weist eine Länge von 0,2 bis 1,5 cm auf. Vorzugsweise ist der Kontaktabschnitt 1,0 cm lang.
Der Kontaktabschnitt 9 ist mit der Außenkontaktierung 6 elektrisch leitend verbunden. Der Kontaktabschnitt 9 ist mit der Außenkontaktierung 6 in mechanischem Kontakt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kontaktabschnitt 9 mit der Außenkontaktierung 6 verlötet zur Herstellung des elektrischen sowie mechanischen Kontakts zwischen der Weiterleitung 10 und der Außenkontaktierung 6. Zum Verlöten von Außenkontaktierung 6 und Weiterleitung 10 wird dabei ein handelsübliches Verbindungsmaterial 12, beispielsweise Weichlot, verwendet. Bei einer Weiterleitung 10 mit Kunststoffummantelung ist die Kunststoffummantelung im Bereich des Kontaktabschnitts 9 zumindest teilweise entfernt, um eine zuverlässige Kontaktierung zu gewährleisten.
Der Kontaktabschnitt 9 ist vollständig von dem verbindungsmaterial oder Lot 12 bedeckt. Das Lot führt zu einer Versteifung des Kontaktabschnitts 9. Insbesondere verhindert das Lot eine plastische Verformung des Kontaktabschnitts 9, beispielsweise durch eine mechanische Belastung der Weiterleitung 10, was zu einer Beschädigung der Lotverbindung, im schlimmsten Fall zu einer unvollständigen oder gar zerstörten Kontaktierung des Piezoaktors 1 führen könnte.
Unmittelbar an den Kontaktabschnitt 9 schließt sich ein Teilabschnitt 11 der Weiterleitung 10 an. Der Teilabschnitt 9 ist zwischen dem Kontaktabschnitt 9 und einer Anschlussstelle 13 der Weiterleitung angeordnet. Die Anschlussstelle 13 ist für den Anschluss der Weiterleitung 10 an eine externe Spannungsquelle ausgelegt. Der Teilabschnitt 11 ist länger als der Kontaktabschnitt 9. Der Teilabschnitt 11 weist eine Länge von 0,5 bis 2,5 cm auf. Vorzugsweise ist der Teilabschnitt 11 2,0 cm lang. Der Teilabschnitt 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel doppelt so lang wie der Kontaktabschnitt 9. Der Teilabschnitt 11 ist biegsam. Der Teilabschnitt 11 ist plastisch verformbar.
Auf dem Teilabschnitt 11 ist eine Schutzschicht angeordnet. Die Schutzschicht weist beispielsweise einen Lack auf. Beispielsweise weist die Schutzschicht einen Lötstopplack auf. Der Teilabschnitt 11 ist mit der Schutzschicht beschichtet. Die Schutzschicht 11 ummantelt den Teilabschnitt 11 vollständig, d. h. in seiner kompletten axialen und azimuthalen Ausdehnung. In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Schutzschicht damit im unmittelbaren Anschluss an den Kontaktabschnitt 9 über eine Länge von 2,0 cm auf der bzw. um die Weiterleitung 10.
Die Schutzschicht verhindert, dass Verbindungsmaterial 12, welches zur elektrischen und mechanischen Verbindung von der Weiterleitung 10 und der Außenkontaktierung 6 auf den Kontaktabschnitt 9 aufgebracht wird, den Teilabschnitt 11 benetzt. Insbesondere verhindert die Schutzschicht, dass flüssiges Verbindungsmaterial 12, beispielsweise Lotspritzer, den Teilabschnitt 11 benetzen. Insbesondere weist die Schutzschicht Verbindungs- bzw. Lotmaterial 12 vom Teilabschnitt 11 ab. Der Teilabschnitt 11 bleibt durch die Schutzschicht frei von Lotmaterial.
Sofern die Weiterleitung 10 eine Kunststoffummantelung aufweist, ist die Schutzschicht vorzugsweise auf der Kunststoffummantelung des Teilabschnitts 11 angeordnet (nicht explizit dargestellt). Dadurch wird verhindert, dass das Lotmaterial beispielsweise durch Kapillarwirkung unter die Kunststoffummantelung kriechen und dadurch zu einer Versteifung des Teilabschnitts 11 führt. Die Schutzschicht bedeckt dabei auch das Ende der Kunststoffummantelung des Teilabschnitts 11, welches direkt an den Kontaktabschnitt 9 angrenzt, damit das Lotmaterial nicht unter die Kunststoffummantelung des Teilabschnitts 11 kriechen kann.
Lotmaterial auf dem Teilabschnitt 11 würde zu einer Versteifung bzw. Einschränkung der Biegsamkeit des selben führen. Somit kann eine Versteifung des Teilabschnitts 11 durch Lotmaterial mit Hilfe der Schutzschicht verhindert werden. Insbesondere behält der Teilabschnitt 11 durch die Schutzschicht seine volle Flexibilität auch nach der Kontaktierung des Piezoaktors. Anders ausgedrückt, im Gegensatz zu dem Kontaktabschnitt 9 wird eine Benetzung des Teilabschnitts 11 durch Lot und damit eine Versteifung des Teilabschnitts 11 durch die Schutzschicht wirksam verhindert. Insbesondere kann durch die Schutzschicht Lotmaterial nur auf dem dafür vorgesehenen Kontaktabschnitt 9 aufgebracht werden. Der Teilabschnitt 11 bleibt auch nach der Kontaktierung plastisch verformbar.
Eine Versteifung des Teilabschnitts 11 hätte insbesondere beim Einbau des Piezoaktors 11 weit reichende Konsequenzen. Beim Einbau ist der Teilabschnitt 11 oftmals starken mechanischen Belastungen, insbesondere Biegebelastungen, ausgesetzt. Würde der Teilabschnitt 1 in Folge einer Benetzung mit Lotmaterial versteifen, so könnte dies zum Einreißen oder Brechen des Teilabschnitts 11 bei auftretenden Biegebelastungen führen. Dies wird durch die Schutzschicht wirksam verhindert. Ein zuverlässiges Weiterkontaktieren des Piezoaktors 1 und damit die Zuverlässigkeit des Piezoaktors 1 an sich sind damit sicher gestellt.
Die Schutzschicht 11 wird auf dem Teilabschnitt 11 aufgebracht, bevor eine Kontaktierung des Piezoaktors 1 erfolgt, insbesondere bevor der Kontaktabschnitt 11 mit der Außenkontaktierung 6 verlötet wird. Dabei muss auch darauf geachtet werden, dass die Schutzschicht ausgetrocknet ist, bevor der Kontaktabschnitt 9 mit der Außenkontaktierung 6 verlötet wird. Auf diese Weise kann ein Klebenbleiben von Lotmaterial auf der noch nassen Schutzschicht verhindert werden.
Zur Herstellung bzw. Kontaktierung des oben beschriebenen Piezoaktors 1 wird in einem ersten Schritt der Piezoaktor 1 bereitgestellt. In einem weiteren Schritt wird die Außenkontaktierung 6 bereitgestellt. In einem nächsten Schritt wird die Weiterleitung 10 bereitgestellt. In einem nächsten Schritt wird die Schutzschicht auf den Teilabschnitt 11 der Weiterleitung 10 aufgebracht. In einem weiteren Schritt wird der elektrische Kontakt zwischen der Außenkontaktierung 6 und der Weiterleitung 10, insbesondere mit dem Kontaktabschnitt 9 hergestellt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung an Hand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Piezoaktor
2: Seitenfläche
3: Piezoelektrische Schicht
4: Elektrodenschicht
5: Metallisierung
6: Außenkontaktierung
7: Aktiver Bereich
8: Inaktiver Bereich
9: Kontaktabschnitt
10: Weiterleitung
11: Teilabschnitt
12: Verbindungsmaterial
13: Anschlussstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004031404 A1 [0004]
DE 102006025177 A1 [0004]

Claims

Piezoaktor (1) in Vielschichtbauweise, bei dem piezoelektrische Schichten (3) und Elektrodenschichten (4) übereinander zu einem Stapel angeordnet sind, wobei die Elektrodenschichten (4) mit einer Außenkontaktierung (6) elektrisch leitend verbunden sind, wobei an der Außenkontaktierung (6) eine Weiterleitung (10) angeordnet ist, welche einen Kontaktabschnitt (9) zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit der Außenkontaktierung (6) aufweist, wobei die Weiterleitung (10) einen Teilabschnitt (11) aufweist, welcher sich unmittelbar an den Kontaktabschnitt (9) anschließt, wobei der Teilabschnitt (11) eine Schutzschicht aufweist, und wobei der Kontaktabschnitt (9) mit der Außenkontaktierung (6) durch ein Verbindungsmaterial (12) elektrisch leitend verbunden ist, und wobei die Schutzschicht dazu vorgesehen ist, eine Benetzung des Teilabschnitts (11) mit dem Verbindungsmaterial (12) zu verhindern.
Piezoaktor nach Anspruch 1, wobei der Kontaktabschnitt (9) mit der Außenkontaktierung (6) durch eine Lötverbindung elektrisch leitend verbunden ist, und wobei die Schutzschicht dazu vorgesehen ist, eine Benetzung des Teilabschnitts (11) mit dem Lot zu verhindern.
Piezoaktor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Teilabschnitt (11) für die Leistung von Verformungsarbeit vorgesehen ist.
Piezoaktor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Schutzschicht derart auf dem Teilabschnitt (11) angeordnet ist, dass sie den Teilabschnitt (11) vollständig ummantelt.
Piezoaktor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Schutzschicht eine Lackierung des Teilabschnitts (11) umfasst.
Piezoaktor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Schutzschicht einen Lötstopplack aufweist.
Piezoaktor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Teilabschnitt (11) eine Länge von 1,0 bis 2,0 cm aufweist.
Piezoaktor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Kontaktabschnitt (9) eine Länge von 0,5 bis 1,0 cm aufweist.
Piezoaktor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Weiterleitung (10) eine Kunststoffummantelung aufweist, und wobei die Schutzschicht auf der Kunstoffummantelung des Teilabschnitts (11) angeordnet ist.
Piezoaktor nach Anspruch 9, wobei die Schutzschicht das Ende der Kunststoffummantelung bedeckt, welches direkt an den Kontaktabschnitt (9) angrenzt.
Piezoaktor nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Weiterleitung (10) einen Draht aufweist.
Verfahren zur Kontaktierung eines Piezoaktors (1) aufweisend die folgenden Schritte: A) Bereitstellen des Piezoaktors (1) aufweisend einen Stapel aus übereinander angeordneten piezoelektrischen Schichten (3) und dazwischen angeordneten Elektrodenschichten (4); B) Bereitstellung einer Außenkontaktierung (6) zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit den Elektrodenschichten (4); C) Bereitstellen einer Weiterleitung (10) zur Weiterkontaktierung des Piezoaktors (1), wobei die Weiterleitung (10) einen Kontaktabschnitt (9) aufweist zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit der Außenkontaktierung (6); D) Aufbringen einer Schutzschicht auf einen Teilabschnitt (11) der Weiterleitung (10), welcher sich direkt an den Kontaktabschnitt (9) anschließt.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend den Schritt: E) Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen der Außenkontaktierung (6) und der Weiterleitung (10) im Kontaktabschnitt (9).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Kontaktabschnitt (9) mit der Außenkontaktierung (6) verlötet wird zur Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen der Weiterleitung (10) und der Außenkontaktierung (9).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Schutzschicht derart auf den Teilabschnitt (11) aufgebracht wird, dass sie den Teilabschnitt (11) vollständig ummantelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Schutzschicht einen Lack aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Teilabschnitt (11) mit dem Lack beschichtet wird bevor ein elektrischer Kontakt zwischen der Weiterleitung (10) und der Außenkontaktierung (6) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, weiterhin umfassend den Schritt: F) Trocknen des Lacks vor der Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen der Weiterleitung (10) und der Außenkontaktierung (9).
Verwendung einer Weiterleitung (10) zur Kontaktierung eines Piezoaktors (1) in Vielschichtbauweise, wobei die Weiterleitung (10) einen gekrümmten Teilabschnitt (11) aufweist, und wobei der Teilabschnitt (11) eine Schutzschicht aufweist.
Piezoaktor (1) in Vielschichtbauweise, bei dem piezoelektrische Schichten (3) und Elektrodenschichten (4) übereinander zu einem Stapel angeordnet sind, wobei an dem Piezoaktor (1) eine Weiterleitung (10) angeordnet ist zur Weiterkontaktierung des Piezoaktors (1), wobei die Weiterleitung (10) einen gekrümmten Teilabschnitt (11) aufweist, und wobei auf dem Teilabschnitt (11) eine Schutzschicht angeordnet ist.