DE112006001734B4

DE112006001734B4 - Piezolüfter mit einem Piezoaktuator zum Kühlen und Verfahren zum Herstellen eines Piezolüfters

Info

Publication number: DE112006001734B4
Application number: DE112006001734.9T
Authority: DE
Inventors: Cengiz A. Palanduz; Ioan Sauciuc; Reza Paydar
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2026-07-01
Also published as: TWI337411B; US20070001550A1; JP2008545357A; JP4792500B2; CN101199062A; HK1118954A1; CN101199062B; KR20080025094A; WO2007005915A2; TW200717889A; DE112006001734T5; WO2007005915A3; US7638928B2

Abstract

Piezolüfter mit einem Piezoaktuator (300), der umfasst: mehrere Schichten (301–305) aus piezoelektrischem Keramikmaterial; mehrere Schichten (306–309) aus leitfähigem Material, die zwischen den mehreren Schichten aus Keramikmaterial angeordnet sind; und eine Platte (330), die an einem Ende des Aktuators (300) angebracht ist, wobei die Platte (300) aus dem gleichen Material wie die mehreren Schichten (306– 309) aus leitfähigem Material gebildet ist, wobei die Platte einen Überhangbereich mit zumindest einem Überhang (332) und ein an der Platte (330) angebrachtes Lüfterblatt (310) aufweist, wobei das Lüfterblatt (310) um den Überhang (332) der Platte (330) herum spritzgegossen befestigt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlungslösung (eine thermische Lösung) für mikroelektronische Anwendungen, insbesondere handgehaltene Geräte.
Allgemeiner Stand der Technik
Derzeit verfügbare Piezolüfter bestehen aus piezoelektrischem Material, das Blei enthält, wie zum Beispiel PbZr_1-xTi_xO₃ (PZT). Die Verwendung von Blei in einer Produktionsumgebung ist mit Problemen verbunden, wie zum Beispiel, daß die Arbeiter einem gesundheitsschädlichen Material ausgesetzt sind. Außerdem steigen die Produktionskosten, wenn spezielle Genehmigungen eingeholt und zusätzliche Vorschriften beachtet werden müssen, um ein Produkt herzustellen. Des Weiteren ist es wahrscheinlich, daß Produkte, die ein gesundheitsschädliches Material, wie zum Beispiel Blei, enthalten, weniger Akzeptanz beim Verbraucher finden als ein Produkt, das frei von gesundheitsschädlichen Materialien ist. Außerdem erfordert die Verwendung eines Piezolüfters, der piezoelektrisches PZT-Material enthält, eine hohe Spannung für den Betrieb. In einigen Fällen werden mehr als 100 Volt für den Betrieb benötigt. Außerdem ist bei einem Piezolüfter, der PZT enthält, das Lüfterblatt mittels eines Klebstoffs an dem Piezoaktuator angebracht. Diese Piezolüfter haben aufgrund der schlechten Adhäsion zwischen dem Lüfterblatt und dem Piezoaktuator eine geringe Lebensdauer. Außerdem sind derzeitige Piezolüfter relativ teuer.
JP 2000 334381 A offenbart einen Lüfter mit einem Paar aus piezoelektrischen Elementen laminierten Körpern, die durch Laminieren einer Mehrzahl dünner geschichteter piezoelektrischer Elemente gebildet sind, einer elastischen Metallplatte, deren Basisendteil zwischen ein Paar der aus piezoelektrischen Elementen laminierten Körper eingefügt ist und deren vorderes Ende schwingend angeordnet ist, sowie einer Wechselstromversorgung, mit der eine Wechselspannung an die externen Elektroden eines Paars der aus piezoelektrischen Elementen laminierten Körper angelegt werden kann.
JP 2002 305 331 A offenbart ein laminiertes keramisches Element, das aus mehreren laminierten piezoelektrischen Elementen aufgebaut ist, wobei ein Endabschnitt festgelegt und das andere Ende ein freies Ende ist und wobei eine Spannung zwischen einer inneren Elektrode des piezoelektrischen Elements in einer ungeraden Schicht und einer inneren Elektrode des piezoelektrischen Elements in einer geraden Schicht zur Bewegung des Endabschnitts angelegt wird.
JP 2004 014 951 A offenbart eine piezoelektrische Vorrichtung mit einem Befestigungsteil, einem durch das Befestigungsteil und das piezoelektrische Element getragenen Blattteil, wobei eine Mehrzahl von Elektroden und eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten abwechselnd laminiert sind.
Die Erfindung ist definiert in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 8.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung sind speziell in den angehängten Ansprüchen dargelegt. Ein gründlicheres Verstehen der Erfindung ist jedoch aus dem Studium der detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Figuren möglich. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen stets ähnliche Merkmale, und sie stellen Folgendes dar:
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Piezolüfters innerhalb eines Gehäuses in einem tragbaren Gerät gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 ist eine schematische Ansicht eines Piezolüfters gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 ist eine Draufsicht auf einen Piezolüfter, der elektrisch mit einer Stromquelle für den Betrieb verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 veranschaulicht einen Schritt bei der Herstellung eines Piezoaktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5 veranschaulicht einen Schritt bei der Herstellung eines Piezoaktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6 veranschaulicht einen Schritt bei der Herstellung eines Piezoaktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel.
7 veranschaulicht eine Draufsicht auf die Laminatstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel.
8 veranschaulicht eine Draufsicht auf die Laminatstruktur nach dem Hinzufügen einer metallischen leitfähigen Schicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.
9 veranschaulicht eine Seitenansicht der Laminatstruktur von 8 entlang der Linie 9-9 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
10 veranschaulicht einen Schritt bei der Herstellung eines Lüfterblattes an dem Piezoaktuator gemäß einem Ausführungsbeispiel.
11 zeigt eine Seitenansicht eines einzelnen Aktuatorabschnitts gemäß einem Ausführungsbeispiel.
12 veranschaulicht einen Schritt bei der Herstellung eines Piezoaktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel.
13 veranschaulicht einen Schritt bei der Herstellung eines Piezoaktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel.
14 veranschaulicht ein Formwerkzeug zum Ausbilden eines Lüfterblattes an dem Piezoaktuator gemäß einem Ausführungsbeispiel.
15 veranschaulicht einen Schritt bei der Herstellung eines Lüfterblattes an dem Piezoaktuator gemäß einem Ausführungsbeispiel.
16 veranschaulicht einen Schritt bei der Herstellung eines Lüfterblattes an dem Piezoaktuator gemäß einem Ausführungsbeispiel.
17 ist ein Flußdiagramm zum Ausbilden eines Piezolüfters gemäß einem der Erläuterung dienenden Beispiel.
18A und 18B sind ein Flußdiagramm zum Ausbilden eines Piezolüfters gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen veranschaulichend konkrete Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Piezolüfters 200 innerhalb eines Gehäuses 110 in einem handgehaltenen bzw. tragbaren Gerät 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie in 1 gezeigt, ist das handgehaltene Gerät 100 ein Zelltelefon. Es versteht sich, daß der Piezolüfter 200 dafür verwendet werden kann, jede Art von Gerät zu kühlen, einschließlich jeder Art eines tragbaren Gerätes. Ein tragbares Gerät enthält eine Leiterplatte 120, die mit verschiedenen elektrischen Komponenten 130 bestückt ist. In der Nähe einiger der elektrischen Komponenten (nicht gezeigt) sind ein Wärmeableiter 140 und ein Röhrenkühlkörper 150 angeordnet. Der Wärmeableiter 140 und der Röhrenkühlkörper 150 führen Wärme von den elektrischen Komponenten ab. Der Piezolüfter 200 enthält einen Piezoaktuator 300 und ein Lüfterblatt 310. Der Piezolüfter, und speziell das Lüfterblatt 310, sind innerhalb des Gehäuses 110 des tragbaren Gerätes 100 angeordnet, um einen Luftstrom innerhalb des Gehäuses 110 zu erzeugen. Der Luftstrom ermöglicht eine weitere Kühlung der elektrischen Komponenten durch Konvektion oder die Bewegung von Luft über die elektrischen Komponenten, den Wärmeableiter 140 und den Röhrenkühlkörper 150.
2 ist eine schematische Ansicht eines Piezolüfters 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Piezolüfter 200 enthält einen Piezoaktuator 300 und ein Lüfterblatt 310. Der Piezoaktuator enthält Schichten aus piezoelektrischem Keramikmaterial, wie zum Beispiel Schichten 301, 302, 303, 304, 305. Zwischen den Schichten aus Keramikmaterial 301, 302, 303, 304 sind Schichten aus Nickel 306, 307, 308, 309 angeordnet. Der Piezoaktuator 300 enthält außerdem eine erste Elektrode 320 und eine zweite Elektrode 322. Die erste Elektrode 320 ist an leitfähigem Material angebracht, wie zum Beispiel Nickelschichten 306 und 308. Die zweite Elektrode 322 ist an leitfähigen Schichten 307 und 309 angebracht oder elektrisch mit ihnen verbunden. Die Schichten aus Keramik 301, 302, 303, 304, 305 sind zwischen den Schichten aus leitfähigem Material 306, 307, 308, 309 angeordnet.
An einem Ende des Piezoaktuators ist eine Platte oder Kappe 330 angebracht. Die Platte oder Kappe 330 besteht aus dem gleichen leitfähigen Material wie die leitfähigen Schichten 306, 307, 308, 309. Durch Anlegen eines Wechselstromes an die erste Elektrode 320 und die zweite Elektrode 322 kann eine Bewegung in der Kappe oder Platte 330 des Piezoaktuators 300 hervorgerufen werden. Das Hervorrufen einer Bewegung in der Platte oder Kappe 330 ruft auch eine Bewegung in dem Lüfterblatt 310 hervor. Eine Bewegung des Lüfterblattes 310 verursacht eine Luftbewegung um das Lüfterblatt herum. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Keramikmaterial in dem Piezoaktuator 300 BaTiO₃. Außerdem bestehen in einem Ausführungsbeispiel die leitfähige Schicht 306, 307, 308, 309 sowie die Platte oder Kappe 330 aus Nickel. Die Platte oder Kappe 330 enthält einen ersten Überhang 332 und einen zweiten Überhang 334. Die Überhänge 332, 334 erstrecken sich über die Abmessungen des Stapels aus leitfähigen Schichten und Keramikschichten oder die Laminatstruktur hinaus. An dem Überhang 332 ist das Lüfterblatt 310 angebracht.
3 ist eine Draufsicht auf einen Piezolüfter 200, der direkt mit einer Wechselstromquelle 390 für den Betrieb verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Piezolüfter 200 enthält einen Piezoaktuator 300 mit einer ersten Elektrode 320 und einer zweiten Elektrode 322. Der Piezolüfter 200 enthält außerdem das Lüfterblatt 310. Die Elektrode 320 und die zweite Elektrode 322 sind mit der Wechselstromquelle 390 verbunden, und das Ergebnis ist eine Bewegung des Lüfterblattes 310, wie durch Strichlinienpositionen des Lüfterblattes bei 310' und 310'' dargestellt. Eine Bewegung des Lüfterblattes verursacht einen Luftstrom, wie zum Beispiel einen Luftstrom, der durch den Pfeil mit der Bezugszahl 380 in 3 dargestellt ist.
Die 4 bis 12 veranschaulichen verschiedene Schritte bei der Herstellung eines Piezoaktuators 300 (in den 2 und 3 gezeigt) gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die 4 bis 6 zeigen den Prozeß des Ausbilden eines Laminats oder Stapels aus Keramikschichten und metallischen Leiterschichten. 4 zeigt das Ausbilden einer anfänglichen Schicht aus Keramik in der Form einer Grünschicht. Eine Grünschicht ist eine Schicht aus ungebrannter Keramik, bei der es sich um ein Gemisch aus Keramikpulver und organischem Bindematerial handelt. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das verwendete Keramikmaterial BaTiO₃, was ein bleifreies Material ist. Die anfängliche Schicht oder Grünschicht aus Keramikmaterial ist mit der Bezugszahl 400 versehen.
5 zeigt das Hinzufügen einer Schicht 500 zu der Schicht 400. Die Schicht 500 enthält eine Reihe von leitfähigen metallischen Abschnitten, wie zum Beispiel den leitfähigen metallischen Abschnitt 306, die mittels Siebdruck durch eine Maske ausgebildet werden. Die Schicht 500 ist genau genommen eine Schicht aus Metall mit verschiedenen Öffnungen darin, wie zum Beispiel die Öffnung 506. Jede der Öffnungen wird während des anschließenden Verarbeitungsschrittes der Grünschichtlaminierung mit grünem Keramikmaterial gefüllt. Wenn die metallische Paste und die Keramik-Grünschicht gemeinsam erwärmt oder gemeinsam gebrannt werden, so entsteht ein im Wesentlichen fester Körper.
6 veranschaulicht einen weiteren Schritt bei der Herstellung des Piezoaktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel. 6 zeigt, daß weitere Schichten zu dem Stapel hinzugefügt werden, um eine Laminatstruktur 600 zu bilden, die Schichten 400 und 500 sowie zusätzliche Schichten 610, 611, 612, 613, 614, 615 und 616 enthält. Die Schichten 610, 612, 614 und 616 sind Grünschichten oder Keramikschichten. Die Schichten 611, 613 und 615 sind alle Schichten, die metallische Leiter enthalten. Jede der Schichten 611, 613 und 615 wird aus einer metallischen Paste mit Öffnungen darin hergestellt. Die Öffnungen werden während des Laminierungsschrittes mit grüner Keramik gefüllt. Beim gemeinsamen Brennen der Paste und der Grünschicht werden der metallische Leiter und keramisches Dielektrikum vollständig ausgebildet. Das Ergebnis ist eine Laminatstruktur 600. Es ist außerdem anzumerken, daß die metallischen Leiter in den verschiedenen Schichten so angeordnet und bemessen sind, daß, wenn das Laminat oder die Stapelstruktur 600 entlang ausgewählter Schnittlinien durchschnitten wird, ein piezoelektrischer Aktuator hergestellt werden kann. In 6 sind ebenfalls die metallischen Leiter 306, 307, 308, 309 gezeigt, die so angeordnet sind, daß, wenn das Laminat oder der Stapel 600 durchschnitten wird, schließlich die Leiter die gleichen Leiter bilden, wie sie in 2 gezeigt sind.
7 zeigt eine Draufsicht auf die Laminatstruktur 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Laminatstruktur 600 wird so geschnitten, daß Schlitze oder Öffnungen darin gebildet werden. Die Schlitze oder Öffnungen haben die Bezugszahlen 710, 712, 714, 716, 718, 720 und 722. Die Schlitze oder Öffnungen 710, 712, 714, 716, 718, 720, 722 reichen dicht bis zu einem ersten Ende 730 und einem zweiten Ende 732 der Laminatstruktur 600. Die Enden 730, 732 der Laminatstruktur 600 gewährleisten, daß die Abschnitte, die zwischen den Schlitzen oder Öffnungen 710, 712, 714, 716, 718, 720 und 722 verbleiben, ihre Ausrichtung beibehalten.
8 veranschaulicht eine Draufsicht auf eine Laminatstruktur 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Laminatstruktur 600 mit den Schlitzen oder Öffnungen 710, 712, 714, 716, 718, 720, 722 wird mit einer zusätzlichen Schicht aus Metall 810 versehen. Die metallische Schicht 810 ist eine feste Schicht oder eine metallische Grünschicht, die auf den darunter befindlichen Stapel laminiert werden würde. Eine metallische Grünschicht wird aus Metallteilchen und organischem Bindermaterial gebildet. Die metallische Schicht 810 ist in der Regel dicker als die Schichten wie zum Beispiel die Schicht 500, 611, 613, 615 (in 6 gezeigt).
9 veranschaulicht eine Seitenansicht der Laminatstruktur 800 von 8 entlang der Linie 9-9 gemäß einem Ausführungsbeispiel. 9 zeigt die zusätzliche metallische Schicht 810, die über den Öffnungen oder Schlitzen 710, 712, 714, 716, 718, 720 und 722 angeordnet ist.
10 veranschaulicht eine Laminatstruktur 1000. Die Laminatstruktur 1000 unterscheidet sich von der Laminatstruktur 800 lediglich darin, daß Öffnungen 910, 912, 914, 916, 918, 920 und 922 in der metallischen Schicht 810 der Laminatstruktur ausgebildet sind. Es ist anzumerken, daß die Öffnungen 910, 912, 914, 916, 918, 920, 922 eine Breite haben, die geringer ist als die entsprechende Öffnung 710, 712, 714, 716, 718, 720, 722. Die Öffnungen 910, 912, 914, 916, 918, 920, 922 sind ebenfalls Schlitze, die die gleichen Längen haben wie die Schlitze oder Öffnungen 710, 712, 714, 716, 718, 720, 722. Die Öffnungen 910, 912, 914, 916, 918, 920, 922 und die Öffnungen 710, 712, 714, 716, 718, 720, 722 können durch mechanisches Stanzen oder Laserstanzen hergestellt werden (ein CO₂-Laser wird in der Regel für solche Arbeiten benutzt; ein Laser verbrennt das organische Bindemittel, und das Metall und Keramikpulver wird einfach weggesputtert oder fällt durch die Öffnungen). Die Öffnungen 910, 912, 914, 916, 918, 920 und 922 haben eine Breite, die geringer ist als die entsprechenden Öffnungen 710, 712, 714, 716, 718, 720, 722. Die Laminatstruktur 1000 kann dann zertrennt werden, um individuelle Strukturen zu bilden, die schließlich zu einem Piezoaktuator werden. Die Reihen zwischen den Öffnungen 710, 712, 714, 716, 718, 720, 722 in der Laminatstruktur 1000 können dann zertrennt werden, um einzelne Aktuatorabschnitte zu bilden. Die einzelnen Aktuatorabschnitte haben einen Querschnitt ähnlich dem Querschnitt, der in Reihe 1010 von 10 gezeigt ist. Die schmaleren Schlitze oder Öffnungen 910, 912, 914, 916, 918, 920 und 922 bilden eine Überhang- oder Kappenstruktur oder Plattenstruktur, wie zum Beispiel die Platte 330 (in 3 gezeigt) an den einzelnen Aktuatorabschnitten.
11 zeigt eine Seitenansicht eines einzelnen Aktuatorabschnitts 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der einzelne Aktuatorabschnitt enthält die Kappe 330 sowie die Keramikschichten 301, 302, 303, 304, 305 und die metallhaltigen Schichten 306, 307, 308, 309. An diesem Punkt des Prozesses wird der einzelne Aktuatorabschnitt 1100 gesintert. Das Sintern erfolgt in einer reduzierenden Atmosphäre. Wenn die Atmosphäre zu stark reduzierend ist, so wird die Keramik (BaTiO₃) elektrisch leitend oder ableitend. Das Sintern verbondet außerdem das Nickel und die Keramik. Darum bondet das Sintern außerdem die Platte oder Kappe 330 an die Schicht 305 aus Keramik des einzelnen Aktuatorabschnitts 1100.
12 zeigt den einzelnen Aktuatorabschnitt 1100, nachdem seitliche Metallpaste auf die Seite des einzelnen Aktuatorabschnitts 1100 aufgetragen wurde. Die seitliche Metallpaste bildet die Elektrode 320 und die Elektrode 322. Die seitliche Metallpaste kann auf vielfältige Weise auf den einzelnen Aktuatorabschnitt 1100 aufgebracht werden, einschließlich des Aufbringens leitfähiger Tinte auf die Seiten des einzelnen Aktuatorabschnitts. Nach dem Auftragen der seitlichen Metallpaste wird die in 12 gezeigte Struktur weiter getempert. Die Struktur in 12 hat nun die Bezugszahl 1200.
13 veranschaulicht einen weiteren Schritt bei der Herstellung eines Piezoaktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel. 13 zeigt, daß die einzelnen Aktuatorabschnitte 1200 dann durch Anlegen von Wärme und eines elektrischen Gleichstromfeldes gepolt werden, um den ferroelektrischen Bereich in eine Richtung senkrecht zu dem metallischen leitfähigen Abschnitt oder den Ebenen der metallischen Leitungsabschnitte auszurichten, wie zum Beispiel die Ebenen, die durch die leitfähigen metallischen Abschnitte 306, 307, 308, 309 definiert werden (wie in 11 gezeigt). Man nennt dies das Polen der einzelnen Aktuatorabschnitte. Dies verwandelt die Struktur 1200 (in 12 gezeigt) von einem Kondensator in ein piezoelektrisches Element oder einen piezoelektrischen Aktuator. Nachdem die Struktur 1200 durch Anlegen von Wärme und eines elektrischen Gleichstromfeldes gepolt wurde, wodurch die ferroelektrischen Bereiche ordnungsgemäß ausgerichtet wurden, entspricht die Struktur 1200 nun einem Piezoaktuator 300 (in den 2 und 3 gezeigt). Um den Piezolüfter zu komplettieren, wird ein Lüfterblatt an der Platte oder Kappe 330 (in den 2 und 11 gezeigt) angebracht.
14 veranschaulicht ein Formwerkzeug für ein Lüfterblatt für den Piezoaktuator 300. Das Formwerkzeug 1400 enthält einen oberen Abschnitt 1410 und einen unteren Abschnitt 1420. Der untere Abschnitt 1420 enthält eine Öffnung zum Aufnehmen des Piezoaktuators 300. Die Öffnung zum Aufnehmen des Piezoaktuators 300 hat die Bezugszahl 1422. Der untere Abschnitt 1420 des Formwerkzeugs 1400 enthält außerdem eine Aussparung oder Öffnung 1430 in der Form eines Lüfterblattes. Ein Gießkanal 1432 steht mit der Öffnung 1430 in Strömungsverbindung.
15 veranschaulicht einen Schritt bei der Herstellung des Lüfterblattes des Piezoaktuators 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Piezoaktuator 300 wird in das Formwerkzeug gelegt, wobei sich die Kappe oder Platte 330 in die Öffnung 1430 in der Unterseite 1420 des Formwerkzeugs 1400 hinein erstreckt. Der obere Teil des Formwerkzeugs 1410 wird auf den unteren Abschnitt des Formwerkzeugs 1420 gesetzt.
16 veranschaulicht einen weiteren Schritt beim Ausbilden des Lüfterblattes an dem Piezoaktuator 300. Wie in 16 gezeigt, wird ein formbares Material, wie zum Beispiel formbarer Kunststoff, über den Gießkanal 1432 in die Öffnung 1430 hineingespritzt. Dann läßt man das formbare Kunststoffmaterial 1600 aushärten, und der entstandene piezoelektrische Lüfter 200 wird aus dem Formwerkzeug genommen.
17 ist ein Flußdiagramm zum Ausbilden eines Piezolüfters gemäß einem der Erläuterung dienenden Beispiel (keine Ausführungsform der Erfindung). 17 ist im Grunde eine Übersicht über den soeben beschriebenen Herstellungsprozeß. Ein Verfahren 1700 enthält das Bilden eines Kondensators mit einem Überhang an einem Ende 1710, das Umwandeln des Kondensators in einen Piezoaktuator 1712, das Anordnen des Überhangs in einem Formwerkzeug 1714 und das Einspritzen eines formbaren Material um den Überhang, um ein Lüfterblatt 1716 zu bilden. In einer Ausführungsform enthält das Umwandeln des Kondensators in einen Piezoaktuator 1712 das Polen des Kondensators durch Anlegen von Wärme und eines elektrischen Gleichstromfeldes, um die ferroelektrischen Bereiche in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu den kapazitiven Ebenen auszurichten. In einer Ausführungsform enthält das Ausbilden eines Kondensators mit einem Überhang 1710 an einem Ende das Sintern einer Baugruppe, die Schichten aus leitfähigem Material enthält. Die Schichten aus Keramikmaterial werden zwischen den Schichten aus leitfähigem Material und dem Überhang angeordnet. Das Verfahren 1700 enthält außerdem das Anlegen eines Wechselstromes an eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, um das Lüfterblatt 1718 zu bewegen.
Die 18A und 18B sind ein Flußdiagramm eines Verfahrens 1800 zum Ausbilden eines Piezolüfters gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1800 enthält das Ausbilden von Schichten aus Keramikmaterial 1810 und das Ausbilden von Schichten, die ein leitfähiges Material 1812 enthalten, wobei die Schichten ein leitfähiges Material enthalten, das sich mit den Schichten aus Keramikmaterial abwechselt. Das Verfahren 1800 enthält außerdem das Ausbilden einer Kappe aus leitfähigem Material auf einer Schicht aus Keramikmaterial 1814. Die Schichten aus Keramikmaterial und die Schichten aus leitfähigem Material werden geschnitten oder genutet 1816. Der Schnitt hat eine erste Breite. Die Kappe wird durch die Nut 1818 geschnitten, die durch das Schneiden der Schichten aus Keramikmaterial und der Schichten aus leitfähigem Material gebildet wurden. Der zweite Schnitt hat eine zweite Breite, die geringer als die erste Breite ist. Abschnitte der Kappe hängen über den Schichten aus Keramikmaterial und den Schichten aus leitfähigem Material. Das Verfahren 1800 enthält außerdem das Zertrennen der Abschnitte der Schichten aus leitfähigem Material und der Schichten aus Keramikmaterial zwischen den Nuten 1820 in einer Richtung quer zu den Nuten, um einzelne Aktuatorbaugruppen mit einem Überhang an einem Ende zu bilden. Das Verfahren 1800 enthält das Sintern der einzelnen Aktuatorbaugruppen 1822, das Hinzufügen einer ersten Elektrode zu einer ersten Seite einer Aktuatorbaugruppe 1824, das Hinzufügen einer zweiten Elektrode zu einer zweiten Seite einer Aktuatorbaugruppe 1826 und das Tempern der Aktuatorbaugruppe 1828. Das Verfahren 1800 enthält außerdem das Formen eines Lüfterblattes an den Überhang 1830 an einem Ende der Aktuatorbaugruppe. In einer Ausführungsform wird das Lüfterblatt durch das Spritzen eines Formmaterials um den Überhang an einem Ende der Aktuatorbaugruppe herum ausgebildet, um ein Lüfterblatt zu bilden. Das Verfahren 1800 enthält das Anlegen eines Wechselstromes an die erste Elektrode und die zweite Elektrode 1832.
Wenden wir uns den 1 und 2 zu, wo ein System ein Gerät 100 (in 1 gezeigt) enthält, das ein Gehäuse 110 und einen Lüfter 200, der einen Piezoaktuator 300 enthält, aufweist. Der Piezoaktuator 300 enthält mehrere Schichten aus Keramikmaterial 301, 302, 303, 304, 305, mehrere Schichten aus leitfähigem Material 306, 307, 308, 309, die zwischen den mehreren Schichten aus Keramikmaterial angeordnet sind, und eine Platte 330, die an einem Ende des Aktuators angebracht ist. Das System enthält außerdem ein Lüfterblatt 310, das an der Platte 330 des Piezoaktuators 300 angebracht ist. Erfindungsgemäß wird das Lüfterblatt 310 um die Platte 330 des Piezoaktuators herum spritzgegossen. Das System enthält des Weiteren ein Lüfterblatt 310, das an der Platte 330 des Piezoaktuators 300 angebracht ist, eine erste Elektrode 320, die an einem ersten Satz der mehreren leitfähigen Materialien angebracht ist, eine zweite Elektrode 322, die an einem zweiten Satz der mehreren Schichten aus leitfähigem Material angebracht ist, und eine Wechselstromquelle, die an der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angebracht ist. Der Lüfter 200 ist innerhalb des Gehäuses 110 des Gerätes 100 angeordnet, um Luft über einen Abschnitt des Gerätes zu bewegen und den Abschnitt des Gerätes durch Konvektion zu kühlen. In einigen Ausführungsformen verursacht der an den Piezolüfter angelegte Wechselstrom ein Schwingen des Lüfterblattes 310 mit einer Resonanzfrequenz.
Ein Piezoaktuator enthält mehrere Schichten aus Keramikmaterial, mehrere Schichten aus leitfähigem Material, die zwischen den mehreren Schichten aus Keramikmaterial angeordnet sind, und eine Platte, die an einem Ende des Aktuators angebracht ist. Die Platte des Piezoaktuators enthält einen Überhangabschnitt, der an einer Schicht aus Keramikmaterial angebracht ist. In einer Ausführungsform wird die Platte durch Sintern der mehreren Schichten aus BaTiO₃, der mehreren Schichten aus leitfähigem Material und der Platte an einer Schicht aus Keramikmaterial angebracht. Die Platte besteht im Wesentlichen aus dem gleichen Material wie die mehreren Schichten aus leitfähigem Material. Der Piezoaktuator enthält des Weiteren ein an der Platte angebrachtes Blatt. Erfindungsgemäß wird das Blatt um die Platte herum spritzgegossen. Der Piezoaktuator enthält außerdem eine Stromquelle, die elektrisch mit dem Piezoaktuator verbunden ist. In einer Ausführungsform ist die Stromquelle eine Wechselstromquelle. Der Piezoaktuator enthält außerdem eine erste Elektrode, die an einem ersten Satz Schichten aus Keramikmaterial angebracht ist, und eine zweite Elektrode, die an einem zweiten Satz Schichten aus Keramikmaterial angebracht ist. Die Wechselstromquelle ist elektrisch mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode verbunden. In einigen Ausführungsformen haben die mehreren Schichten aus Keramikmaterial und die mehreren Schichten aus leitfähigem Material eine Dicke im Bereich von 1 Mikrometer bis 4 Mikrometer. In einigen Ausführungsformen bestehen die Schichten aus Keramikmaterial aus BaTiO₃.

Claims

Piezolüfter mit einem Piezoaktuator (300), der umfasst: mehrere Schichten (301–305) aus piezoelektrischem Keramikmaterial; mehrere Schichten (306–309) aus leitfähigem Material, die zwischen den mehreren Schichten aus Keramikmaterial angeordnet sind; und eine Platte (330), die an einem Ende des Aktuators (300) angebracht ist, wobei die Platte (300) aus dem gleichen Material wie die mehreren Schichten (306– 309) aus leitfähigem Material gebildet ist, wobei die Platte einen Überhangbereich mit zumindest einem Überhang (332) und ein an der Platte (330) angebrachtes Lüfterblatt (310) aufweist, wobei das Lüfterblatt (310) um den Überhang (332) der Platte (330) herum spritzgegossen befestigt ist.
Piezolüfter mit einem Piezoaktuator (300) nach Anspruch 1, wobei das Material der Platte (330) direkt an einem Material einer Schicht (301–305) aus Keramikmaterial angebracht ist.
Piezolüfter mit einem Piezoaktuator nach Anspruch 1, der ferner eine elektrische Stromquelle umfasst, die elektrisch mit dem Piezoaktuator (300) verbunden ist.
Piezolüfter mit einem Piezoaktuator nach Anspruch 1, der ferner eine Wechselstromquelle (390) umfasst, die elektrisch mit dem Piezoaktuator (300) verbunden ist.
Piezolüfter mit einem Piezoaktuator nach Anspruch 1, der ferner umfasst: eine erste Elektrode (320), die an einem ersten Satz Schichten aus Keramikmaterial angebracht ist; eine zweite Elektrode (322), die an einem zweiten Satz Schichten aus Keramikmaterial angebracht ist; und eine Wechselstromquelle (390), die elektrisch mit der ersten Elektrode (320) und der zweiten Elektrode (322) verbunden ist.
Piezolüfter mit einem Piezoaktuator nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schichten (301–305) aus Keramikmaterial und die mehreren Schichten aus leitfähigem Material (306–309) eine Dicke in einem Bereich von 1 Mikrometer bis 4 Mikrometern haben.
Piezolüfter mit einem Piezoaktuator nach Anspruch 1, wobei die Schichten (301–305) aus Keramikmaterial aus BaTiO₃ bestehen.
Verfahren, das umfasst: Ausbilden (1810) von Schichten aus Keramikmaterial; Ausbilden (1812) von Schichten, die ein leitfähiges Material enthalten, wobei die Schichten, die ein leitfähiges Material enthalten, mit den Schichten aus piezoelektrischem Keramikmaterial abwechselnd angeordnet sind; Ausbilden (1814) einer Platte aus leitfähigem Material auf einer Schicht aus Keramikmaterial; Schneiden (1816) der Schichten aus Keramikmaterial und der Schichten aus leitfähigem Material mit einem Schnitt, der eine erste Breite aufweist, um am Schnitt eine Nut zu bilden; Schneiden (1818) der Platte durch die Nut mit einem Schnitt, der eine zweite Breite aufweist, die geringer als die erste Breite ist, so dass Teile der Platte einen Überhang über den Schichten aus Keramikmaterial und den Schichten aus leitfähigem Material bilden, Zertrennen (1820) der Teile der Schichten aus leitfähigem Material und der Schichten aus Keramikmaterial zwischen den Schnitten, um einzelne Aktuatorbaugruppen zu bilden, von welchen jede einen Überhang an einem Ende aufweist, und Anformen (1830) eines Lüfterblatts an den Überhang.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Sintern (1822) der einzelnen Aktuatorbaugruppen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst: Hinzufügen (1824) einer ersten Elektrode zu einer ersten Seite einer Aktuatorbaugruppe; Hinzufügen (1826) einer zweiten Elektrode zu einer zweiten Seite einer Aktuatorbaugruppe; und Tempern (1828) der Aktuatorbaugruppe.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Anformen ein Spritzen eines Formmaterials um den Überhang herum umfasst, um das Lüfterblatt auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Hinzufügen (1824) einer ersten Elektrode zu einer ersten Seite einer Aktuatorbaugruppe; Hinzufügen (1826) einer zweiten Elektrode zu einer zweiten Seite einer Aktuatorbaugruppe; und Anlegen (1832) eines Wechselstromes an die erste Elektrode und die zweite Elektrode.