EP3803992A1 - Vorrichtung mit einem elektrokeramischem bauteil - Google Patents

Vorrichtung mit einem elektrokeramischem bauteil

Info

Publication number
EP3803992A1
EP3803992A1 EP19734502.8A EP19734502A EP3803992A1 EP 3803992 A1 EP3803992 A1 EP 3803992A1 EP 19734502 A EP19734502 A EP 19734502A EP 3803992 A1 EP3803992 A1 EP 3803992A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
electroceramic
potting compound
electrical contact
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19734502.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Nettesheim
Klaus Forster
Markus Puff
Johann Pichler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Relyon Plasma GmbH
Original Assignee
TDK Electronics AG
Relyon Plasma GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Electronics AG, Relyon Plasma GmbH filed Critical TDK Electronics AG
Publication of EP3803992A1 publication Critical patent/EP3803992A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2475—Generating plasma using acoustic pressure discharges
    • H05H1/2481—Generating plasma using acoustic pressure discharges the plasma being activated using piezoelectric actuators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/018—Dielectrics
    • H01G4/06—Solid dielectrics
    • H01G4/08—Inorganic dielectrics
    • H01G4/12—Ceramic dielectrics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/224—Housing; Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/40—Structural combinations of fixed capacitors with other electric elements, the structure mainly consisting of a capacitor, e.g. RC combinations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/40—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and electrical output, e.g. functioning as transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H10N30/883—Additional insulation means preventing electrical, physical or chemical damage, e.g. protective coatings

Definitions

  • the present invention relates to a device with an electroceramic component. More particularly, the present invention relates to a device having an electroceramic device having a first electrical contact provided on a first side surface of the electroceramic device. A second electrical contact is provided on a second side surface of the electroceramic device.
  • Electroceramic components for example piezoelectric transformers (PT) are known from the prior art, for example from US Pat. No. 2,830,274 A from 1958 to Charles A. Rosen.
  • a piezoelectric transformer is an electromechanical resonance transformer that uses a combination of the inverse piezoelectric effect (excitation) and direct piezoelectric effect (voltage generation) to convert an input voltage with a given transformation ratio into one
  • Frequency and transmission ratio are determined by the dimensions and the electromechanical material properties.
  • piezoelectric transformers are operated with an electrical driver chip which impresses electrical excitation in a suitable resonant mode. Areas of application are, for example, the generation of a high voltage for the supply of fluorescent tubes.
  • Piezoelectric transformers generate high electric fields capable of ionizing gases by electrical excitation. This process produces a piezoelectrically ignited microplasma, with properties associated with a
  • Dielectric barrier discharge are comparable and as described for example in DE 10 2013 100 617 B4, in which a device for generating a plasma with a control circuit is disclosed.
  • the control circuit is electrically connected to the excitation of a piezoelectric transformer with this.
  • a handset that uses the device.
  • piezoelectric transformer is composed of several layers. On a board, the control circuit is realized and the piezoelectric transformer is supported with a portion of a first end over the board. At a second free At the end of the piezoelectric transformer, a high voltage is applied, the plasma being generated at atmospheric pressure.
  • an electroceramic component such as a piezoelectric
  • the electroceramic component To operate the transformer safely and efficiently, the electroceramic component must be securely contacted and positioned so that the quality of the resonance is minimized as much as possible. In addition, the power loss should be sufficiently dissipated and it must be created a way to hold the component, clamp or assemble.
  • EP 0 814 518 B1 discloses a simple outer insulation structure which is intended to partially create the above favorable conditions.
  • the disadvantage here is the insufficient heat dissipation and the insufficient protection against external mechanical and atmospheric influences on the piezoelectric component. These disadvantages become particularly serious at high gear ratios or at powers greater than 1W.
  • EP 0 847 093 A1 proposes a holder which is intended to reduce the stress on the ceramic component by means of a mounting frame with damping elements. Even in this solution, the power loss at high power output is not sufficiently dissipated.
  • piezoelectric transformers provide a very high voltage swing (gear ratio) and are extremely suitable, with low cost and low cost electrical alternating voltages with high
  • Transformers are also used to ignite a direct electrical gas discharge at the high voltage side.
  • various technical difficulties occur, as described below.
  • the mechanical vibration of the electromechanical transducer must be neither strongly attenuated nor hindered, otherwise the quality and efficiency with respect to the conversion may decrease and the component or device may be damaged by the piezoelectric transformer.
  • the power loss must be removed from the vibrating component.
  • the excitation part must be safe with the
  • the component or the device with the piezoelectric transformer from environmental influences, such as moisture, dirt, etc., protected and is decoupled from external mechanical shocks.
  • High voltage zone of the electroceramic device such as a piezoelectric transformer, ignite uncontrollably against the housing of the device with the electroceramic device or other objects in the vicinity of the device.
  • the invention is therefore based on the object, a device with a
  • electroceramic component that is safe to operate and inexpensive to produce and has a long life.
  • the above object is achieved by a device with an electroceramic component comprising the features of claim 1.
  • the electroceramic device defines an excitation zone and a high voltage zone.
  • the device includes a first electrical contact disposed on a first side surface of the electroceramic
  • a second electrical contact is at a second
  • a casting compound is applied around the electroceramic component, so that the first electrical contact and the second electrical contact are covered by the potting compound and a free end of a section of the electroceramic component projects beyond a free end of the potting compound.
  • Secondary voltage such as 10kV, high frequency, for example
  • High voltage zone of the electroceramic component has a free end of
  • the electroceramic component is a piezoelectric component.
  • the piezoelectric component is a piezoelectric transformer.
  • the electroceramic component is a ceramic capacitor.
  • At least the excitation zone of the electroceramic component for example of the piezoelectric transformer, completely surrounded by the potting compound, but for example, electrical lines run through the potting compound to the two electrical contacts.
  • electrical lines run through the potting compound to the two electrical contacts.
  • the heat can be well decoupled and
  • the electroceramic component In the embodiment with the housing is the electroceramic component,
  • the piezoelectric transformer together with the potting compound embedded in the housing such that at least the free end of the
  • the housing or the heat sink structure for example, metal, for example, aluminum, or be made of a ceramic.
  • the housing of the device can now also be used without problems for mounting in an assembly. Therefore, in one embodiment, at least one fastener is attached to the housing.
  • Insulation layer which may for example consist of the same material as the relatively voluminous compared to the thin dielectric insulating layer
  • Potting compound has only a minor effect on the quality or the losses in the AC voltage. Therefore, in another embodiment, the portion of the high voltage zone is surrounded by a dielectric layer. Thus, it is possible to protect the component against environmental influences and superficial partial discharges.
  • a heat sink is provided with the
  • Potting compound is in a thermally conductive contact and serves to dissipate heat from the potting compound on the heat sink to the environment of the device.
  • the device also comprises a driver module for operating the electroceramic component, for example a piezoelectric transformer, in that the driver module generates electrical excitation in a suitable resonance mode via a first electrical connection to the first electrical contact and via a second electrical connection to the second electrical contact Impresses excitation zone of the electroceramic component.
  • the driver chip is connected to the first electrical connection to the first electrical contact and the second electrical connection to the second
  • the potting compound is an electrically insulating and permanently elastic material.
  • the electrically insulating and permanently elastic material may be a silicone gel without limiting the invention.
  • a gas discharge can be generated at the free end of the electroceramic component, for example a piezoelectric transformer.
  • an electrical load is connected to the free end of the electroceramic device, such as a piezoelectric transformer.
  • the manufacturing method according to the invention for a device with an electroceramic component comprises several steps, as will be described below.
  • the electroceramic component defines an excitation zone and a high voltage zone, wherein a first electrical contact is provided on a first side surface of the electroceramic component in the excitation zone and a second electrical contact is provided on a second side surface of the electroceramic component in the excitation zone, as already described above the device according to the invention described in detail.
  • a potting compound is brought into contact with the electroceramic component, so that the first electrical contact and the second electrical contact of the excitation zone are covered by the potting compound and a portion of the high voltage zone of the electroceramic component remains free of the potting compound.
  • the potting compound is crosslinked to a certain extent, so that the
  • Potting compound assumes a permanently elastic property and an outer
  • the electroceramic component can also be a piezoelectric component in the production method according to the invention, and the piezoelectric component can in particular be a piezoelectric transformer.
  • a driver module is embedded together with a first electrical connection to the first electrical contact and a second electrical connection to the second electrical contact in the potting compound.
  • the electroceramic component for example a piezoelectric transformer or a ceramic capacitor
  • the potting compound is brought into positive engagement with the housing and at least the free end of the electroceramic component projects beyond the housing.
  • the electroceramic device such as a piezoelectric transformer or a ceramic capacitor, is positioned with first and second electrical connections for the first and second electrical contacts in the housing such that at least the free end of the electroceramic device projects beyond the housing and the
  • electroceramic component is spaced from walls of the housing.
  • Potting compound is filled in the housing.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of
  • Device with an electroceramic component, wherein the device comprises a housing;
  • FIG. 2 is an enlarged, schematic representation of the front part of
  • FIG. 3 shows a schematic cross section through the device according to FIG. 1;
  • Figure 4 shows a possible embodiment of the device according to the invention with the electroceramic component;
  • FIG. 5 shows another possible embodiment of the invention
  • FIG. 8 shows the embodiment of the device according to the invention according to FIG. 4 in FIG.
  • Figure 9 shows the schematic structure of a ceramic capacitor
  • Figure 10 shows a possible embodiment of the device according to the invention with the ceramic capacitor
  • Figure 11 shows a possible embodiment of the device according to the invention with the ceramic capacitor.
  • FIG. 1 shows a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the device 1 according to the invention with an electroceramic component 2.
  • FIG. 2 shows an enlarged
  • FIG. 3 shows a schematic cross section through the device 1 according to FIG. 1.
  • the device 1 comprises an electroceramic component 2, which has an excitation zone 11 (see FIG. 3) and a floating voltage zone 12 (see Figure 1 to 3) defined.
  • the excitation zone 11 is in the
  • the device 1 comprises a first electrical contact 3A, which is provided on a first side surface 2A of the electroceramic component 2 in the excitation zone 11, and a second electrical contact 3B, which on a second side surface 2B of the
  • Electroceramic component 2 is provided in the excitation zone 11.
  • a potting compound 20 is mounted around the electroceramic component 2, so that the first electrical contact 3A and the second electrical contact 3B of the excitation zone 11 are covered by the potting compound 20 and a free end 26 of a portion 24 of the high voltage zone 12 of
  • Excitation zone 11 occur mechanical vibrations and ohmic losses lead to a certain heat development.
  • the electric fields are quite low and the electroceramic component 2 can be embedded in a highly elastic mass 20, for example, without limitation of the invention, shed.
  • Chemical-stable and well-electrically insulating and permanently elastic materials for example silicone casting compounds or silicone gel casting compounds, are suitable for this purpose.
  • the electroceramic component 2 is only partially encapsulated, as shown in Figure 1 to 3, the quality of the device 1 and the amplitude of the output voltage surprisingly drops only slightly.
  • the excitation zone 11 of the electroceramic component 2 is completely surrounded by the potting compound 20 and a housing 7 is provided.
  • the electroceramic component 2 is embedded in the housing 7 together with the potting compound 20 such that at least the free end 26 of the electroceramic component 2 projects beyond the housing 7.
  • the housing 7 may be formed, for example, without limitation of the invention, of a metal or a ceramic.
  • the electroceramic component 2 can be a piezoelectric component and in particular a piezoelectric transformer, as also shown in FIGS. 1 to 3.
  • the device 1 furthermore comprises at least one fastening element 13, which is attached to the housing 7.
  • the housing 7 of the device 1 can thus be used without problems for mounting in an assembly.
  • the housing 7 can be provided with a rear mounting plate 18. Via the rear mounting plate 18, the housing 7 can be attached to a structure (not shown).
  • the device 1 further comprises a driver module 4 for operating the electroceramic component 2, for example a piezoelectric transformer 2, by the driver module 4, an electrical excitation in a suitable
  • the driver module 4 is connected to a first electrical connection 5A to the first electrical contact 3A and a second electrical connection 5B to the second electrical contact 3B.
  • the driver module 4 may be provided with a plug 10, via the one
  • the driver module 4 is not embedded in the potting compound 20. If now a relatively low voltage by means of the driver module 4 via the electrical connections 5A, 5B to the electrical contacts 3A, 3B at the excitation zone 11 of the electroceramic component (piezoelectric
  • a potting compound 20 is brought into contact with the electroceramic component 2 in a first step, so that the first electrical contact 3A and the second electrical contact 3B of the excitation zone 11 are covered by the potting compound 20 and a portion 24 of
  • High voltage zone 12 of the electroceramic component 2 of the potting compound 20 remains free.
  • the potting compound 20 is crosslinked to a certain extent, so that the potting compound 20 assumes a permanently elastic property and has an outer regular shape.
  • the electroceramic component 2 for example, a piezoelectric transformer 2, embedded together with the potting compound 20 in the housing 7, wherein the
  • Potting compound 20 is brought into positive engagement with the housing 7 and at least the free end 26 of the electroceramic component 2, the housing 7 projects beyond.
  • the electroceramic component 2 for example the piezoelectric
  • Transformer 2 with a first and second electrical connection 5A, 5B for the first and second electrical contacts 3A, 3B positioned in the housing 7, so that at least the free end 26 of the electroceramic component 2 projects beyond the housing 7 and the electroceramic component 2 of walls 8 of the housing 7 is spaced, and wherein the potting compound 20 is filled in the housing 7.
  • FIG. 4 shows another possible embodiment of the invention
  • a heat sink 9 is provided, which is in a heat-conducting contact with the potting compound 20 or via the housing 7 with the potting compound 20 and serves to
  • FIG. 5 shows a further possible embodiment of the invention
  • piezoelectric transformer 2 also as in Figure 4 with a
  • Component 2 piezoelectric transformer 2
  • an electrical load 17 via a potential tap 14, which in the high voltage zone of the
  • FIG. 6 shows an additional possible embodiment of the invention
  • a piezoelectric transformer also as in Figure 5 with an electrical load 17.
  • High voltage zone 12 to protect against environmental influences and superficial partial discharges.
  • the potential tap 14 is embedded in the dielectric layer 25. All other elements of FIG. 6 are described in detail in connection with FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 7 shows a further possible embodiment of the invention
  • a piezoelectric transformer 2 also as in Figure 5 with an electrical load 17 and as in Figure 6 with a dielectric layer 25.
  • the potential tap 14 is embedded in the dielectric layer 25.
  • the driver module 4 together with the electrical connections 5A, 5B, is embedded in the potting compound 20 relative to the respective electrical contacts 3A, 3B. This embodiment provides optimum protection of the driver module 4 and the connected to it electrical connections 5A, 5B against possible mechanical damage and against environmental influences.
  • Embodiment of the manufacturing method according to the invention is the driver module 4 together with the first electrical connection 5A to the first electrical contact 3A and the second electrical connection 5B to the second electrical contact 3B embedded in the potting compound 20 with.
  • FIG. 7 All other elements of FIG. 7 are described in detail in connection with FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 8 shows the device 1 according to FIG. 4 in operation when a high alternating voltage is generated in the high voltage zone 12 via a relatively low voltage at the electrical contacts 3A, 3B at the excitation zone 11, which in turn generates a plasma or a gas discharge 15 at the free end 26 causes, as also already in detail in connection with Figure 1 to 3
  • the electroceramic component 2 can also be another type of electroceramic component, for example a piezoceramic which shows charge separation under application of deformation by an external force or by application an electrical voltage and one of them
  • the electroceramic component 2 may be, for example, lead zirconate titanate (PZT). Likewise, the electroceramic component 2 may be formed as a ceramic capacitor.
  • FIG 9 shows schematically the structure of the electroceramic device 2, which is formed in the form of a ceramic capacitor.
  • the ceramic capacitor consists of several layers 21 of a piezoceramic, each separated by a conductive layer 23. Alternating are the conductive ones Layers 23 conductively connected to the first electrical contact 3A and the second electrical contact 3B.
  • FIG. 10 shows a further possible embodiment of the device 1 according to the invention with the electroceramic component 2, here as ceramic
  • the ceramic capacitor may be associated with a heat sink 9.
  • the electroceramic component 2 (ceramic capacitor 2) via a tap 14 in section 24 with another
  • Embodiment potting compound 20 is mounted around the electroceramic component 2 such that the first electrical contact 3A and the second electrical contact 3B are covered by the potting compound 20.
  • a free end 26 of the portion 24 of the electroceramic component 2 projects beyond a free end 22 of the potting compound 20.
  • the electroceramic component 2 is embedded together with the potting compound 20 in a housing 7 such that at least the free end 26 of the electroceramic component 2, the housing 7 surmounted.
  • Driver module 4 may be embedded in the potting compound 20.
  • FIG. 11 shows another possible embodiment of the invention
  • a ceramic capacitor 2 the section 24 may be coated with a dielectric layer 25. Again taps are 14 for one
  • driver module 4 is embedded in the potting compound 20 together with the electrical connections 5A, 5B to the respective electrical contacts 3A, 3B. This embodiment provides optimal protection of the driver module 4 and the associated electrical connections 5A, 5B against possible mechanical damage and environmental influences. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) mit einem elektrokeramischen Bauteil (2), das einen ersten elektrischen Kontakt (3A), der an einer ersten Seitenfläche (2A) des elektrokeramischen Bauteils (2) in der Anregungszone (11) vorgesehen ist, und einen zweiten elektrischen Kontakt (3B), der an einer zweiten Seitenfläche (2B) des elektrokeramischen Bauteils (2) vorgesehen ist. Eine Vergussmasse (20) ist um das elektrokeramische Bauteil (2) angebracht, so dass der erste elektrische Kontakt (3A) und der zweite elektrische Kontakt (3B) von der Vergussmasse (20) bedeckt sind und ein freies Ende (26) eines Abschnitts (24) der Hochspannungszone (12) des elektrokeramischen Bauteils (2) ein freies Ende (22) der Vergussmasse (20) überragt.

Description

Vorrichtung mit einem elektrokeramischem Bauteil
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem elektrokeramischem Bauteil. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung mit einem elektrokeramischen Bauteil, das einen ersten elektrischen Kontakt besitzt, der an einer ersten Seitenfläche des elektrokeramischen Bauteils vorgesehen ist. Ein zweiter elektrischer Kontakt ist an einer zweiten Seitenfläche des elektrokeramischen Bauteils vorgesehen.
Aus dem Stand der Technik sind elektrokeramische Bauteile, beispielsweise piezoelektrische Transformatoren (PT) bekannt, beispielsweise aus der US 2 830 274 A von 1958 nach Charles A. Rosen. Ein piezoelektrischer Transformator ist ein elektromechanischer Resonanztransformator, der eine Kombination aus dem inversen Piezoeffekt (Anregung) und direktem Piezoeffekt (Spannungserzeugung) nutzt, um eine Eingangsspannung mit einem gegebenen Übersetzungsverhältnis in eine
Ausgangsspannung zu wandeln. Frequenz und Übersetzungsverhältnis werden dabei durch die Abmessungen und die elektromechanischen Materialeigenschaften bestimmt. Typischerweise werden piezoelektrische Transformatoren mit einem elektrischen Treiberbaustein betrieben, der eine elektrische Anregung in einem geeigneten Resonanz-Mode aufprägt. Anwendungsbereiche liegen beispielsweise in der Erzeugung einer Hochspannung für die Versorgung von Leuchtröhren.
Piezoelektrische Transformatoren erzeugen hohe elektrische Felder, die in der Lage sind, Gase durch elektrische Anregung zu ionisieren. Dieser Prozess erzeugt ein piezoelektrisch gezündetes Mikroplasma, mit Eigenschaften, die mit einer
dielektrischen Barriereentladung vergleichbar sind und wie sie beispielsweise in DE 10 2013 100 617 B4 beschrieben sind, in dem eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas mit einer Steuerschaltung offenbart ist. Die Steuerschaltung ist zur Anregung eines piezoelektrischen Transformators mit diesem elektrisch verbunden. Ebenso ist ein Handgerät offenbart, das die Vorrichtung verwendet. Der
piezoelektrische Transformator ist aus mehreren Schichten aufgebaut. Auf einer Platine ist die Steuerschaltung realisiert und der piezoelektrische Transformator ist mit einem Bereich eines ersten Endes über der Platine gehaltert. An einem zweiten freien Ende des piezoelektrischen Transformators liegt eine Hochspannung an, wobei das Plasma bei Atmosphärendruck erzeugt wird.
Um ein elektrokeramisches Bauteil, beispielsweise einen piezoelektrischen
Transformator, sicher und effizient zu betreiben, muss das elektrokeramische Bauteil sicher kontaktiert und schwingungstechnisch so gelagert sein, dass die Güte der Resonanz möglichst wenig gemindert wird. Darüber hinaus soll die Verlustleistung ausreichend abgeführt werden und es muss eine Möglichkeit geschaffen werden, das Bauteil zu halten, zu klemmen oder zu montieren.
In EP 0 814 518 B1 ist eine einfache äußere Isolationsstruktur offenbart, die die oben genannten günstigen Bedingungen teilweise schaffen soll. Als nachteilig erweist sich hier allerdings die unzureichende Wärmeabfuhr und der unzureichende Schutz gegen äußere mechanische und atmosphärische Einflüsse auf das piezoelektrische Bauteil. Diese Nachteile werden besonders gravierend bei hohen Übersetzungsverhältnissen oder bei Leistungen, die größer als 1 W sind.
In EP 0 847 093 A1 wird eine Halterung vorgeschlagen, die den Stress auf das keramische Bauteil durch einen Montagerahmen mit Dämpfungselementen reduzieren soll. Auch in dieser Lösung wird die Verlustleistung bei hoher Leistungsabgabe nicht ausreichend abgeführt.
In EP 0 890 999 A1 wird eine Trägerstruktur aus einem leitfähigen elastischen
Material offenbart, die den Zielkonflikt zwischen möglichst geringer mechanischer Wechselwirkung und guter elektrischer Anbindung lösen soll. Allerdings werden auch in dieser Lösung die negativen thermischen Effekte nicht beseitigt.
In EP 1 030 381 B1 wird der piezoelektrische Transformator auf einer Leiterplatte mit einem dauerelastischen Material befestigt. Dabei wird die mechanische Dämpfung dadurch reduziert, dass außerhalb der Schwingungsknoten eine schwache
mechanische Kopplung angestrebt wird. Hierzu sind verschiedene Bauformen offenbart, die allerdings keine gute Wärmeleitungsanbindung ermöglichen. Nachteilig erweist sich insbesondere bei der in Figur 6 offenbarten Ausführung, dass die dielektrischen Verluste auf der Hochspanungsseite und die Asymmetrie zu einer hohen Belastung des keramischen Bauteils führen.
Es ist ferner bekannt, dass piezoelektrische Transformatoren einen sehr hohen Spannungshub (Übersetzungsverhältnis) liefern und hervorragend geeignet sind, bei geringem Aufwand kostengünstig elektrische Wechselspannungen mit hoher
Amplitude zu erzeugen. Darüber hinaus können solche piezoelektrischen
Transformatoren auch genutzt werden, um eine direkte elektrische Gasentladung an der Hochspannungsseite zu zünden. Dabei treten in allen Fällen diverse technische Schwierigkeiten auf, wie nachfolgend beschrieben. Die mechanische Schwingung des elektromechanischen Wandlers darf weder stark gedämpft noch behindert werden, da sonst die Güte und Effizienz bezüglich der Umwandlung sinken und das Bauteil beziehungsweise die Vorrichtung mit dem piezoelektrischen Transformator beschädigt werden kann. Ferner muss die Verlustleistung aus dem schwingenden Bauteil abgeführt werden. Des Weiteren muss der Anregungsteil sicher mit dem
Anregungssignal verknüpft sein. Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass das Bauteil beziehungsweise die Vorrichtung mit dem piezoelektrischen Transformator vor Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Feuchte, Schmutz etc., geschützt und von externen mechanischen Stößen entkoppelt ist.
Ein weiteres Problem stellen parasitäre Entladungen dar, die von der
Hochspannungszone des elektrokeramischen Bauteils, beispielsweise eines piezoelektrischen Transformators, unkontrolliert gegen das Gehäuse der Vorrichtung mit dem elektrokeramischen Bauteil oder andere Objekte in der Umgebung der Vorrichtung zünden.
DE 102 25 408 A1 , DE 39 27 406 A1 und DE 10 2015 120 160 A1 offenbaren weitere Vorrichtungen mit elektrokeramischen Bauteilen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einem
elektrokeramischen Bauteil zu schaffen, die sicher im Betrieb und kostengünstig herstellbar ist und eine lange Lebensdauer aufweist. Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit einem elektrokeramischen Bauteil gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung mit einem
elektrokeramischen Bauteil offenbart. Das elektrokeramische Bauteil definiert eine Anregungszone und eine Hochspannungszone. Die Vorrichtung umfasst einen ersten elektrischen Kontakt, der an einer ersten Seitenfläche des elektrokeramischen
Bauteils vorgesehen ist. Ein zweiter elektrischer Kontakt ist an einer zweiten
Seitenfläche des elektrokeramischen Bauteils vorgesehen. Erfindungsgemäß ist eine Vergussmasse um das elektrokeramische Bauteil angebracht, so dass der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt von der Vergussmasse bedeckt sind und ein freies Ende eines Abschnitts des elektrokeramischen Bauteils ein freies Ende der Vergussmasse überragt.
Diese spezielle Anordnung der Vergussmasse am elektrokeramischen Bauteil, beispielsweise am piezoelektrischen Transformator oder am keramischen
Transformator, hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wie nachfolgend ausführlich erläutert wird. Zum Lösen der oben genannten Probleme wurde zunächst der Verguss des Bauteils für die Vorrichtung mit dem elektrokeramischen Bauteil mit einer dauerelastischen, wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Vergussmasse in einem robusten Gehäuse angedacht. Allerdings stellte sich überraschenderweise als problematisch heraus, dass bei allen bekannten Vergussmassen die dielektrischen Verluste so hoch sind, dass sich die Hochspannungszone des elektrokeramischen Bauteils sehr stark erwärmt und die Güte einer solchen Vorrichtung mit
elektrokeramischem Bauteil bezüglich der Umwandlung der Wechselspannung sehr stark abnimmt. Es ist also nicht möglich, einen kompakten Verguss für
elektrokeramische Bauteile bereitzustellen sobald diese eine hohe
Sekundärspannung, beispielsweise 10kV, mit hoher Frequenz, beispielsweise
100KHz, aufweisen.
Weitere Versuche haben dann ergeben, dass die oben geschilderten Probleme dadurch gelöst werden können, dass eine Vergussmasse nicht vollständig um das elektrokeramische Bauteil, beispielsweise um den piezoelektrischen Transformator, angebracht werden sollte, sondern nur teilweise und zwar so dass der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt an der Anregungszone von der Vergussmasse bedeckt sind und ein freies Ende eines Abschnitts der
Hochspannungszone des elektrokeramischen Bauteils ein freies Ende der
Vergussmasse überragt. Diese spezielle Anordnung der Vergussmasse bewirkt, dass in der Anregungszone mechanische Schwingungen auftreten und ohmsche Verluste zu einer gewissen Wärmeentwicklung führen. In der Anregungszone sind die elektrischen Felder recht niedrig und das elektrokeramische Bauteil kann in einer hochelastischen Masse eingebettet, beispielsweise, ohne Beschränkung der
Erfindung, vergossen, werden. Hierzu bieten sich beispielsweise chemisch stabile und gut elektrisch isolierende und dauerelastische Materialien an, wie beispielsweise Silikonvergussmassen oder Silikongelvergussmassen. Wird nun das Bauteil nur teilweise vergossen, sinkt die Güte der Vorrichtung und die Amplitude der
Ausgangsspannung überraschenderweise nur geringfügig.
In einer Ausführungsform ist das elektrokeramische Bauteil ein piezoelektrisches Bauteil. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das piezoelektrische Bauteil ein piezoelektrischer Transformator.
In einer weiteren Ausführungsform ist das elektrokeramische Bauteil ein keramischer Kondensator.
In einer Ausführungsform ist zumindest die Anregungszone des elektrokeramischen Bauteils, beispielsweise des piezoelektrischen Transformators, vollständig von der Vergussmasse umgeben, wobei jedoch beispielsweise elektrische Leitungen durch die Vergussmasse zu den beiden elektrischen Kontakten verlaufen. Über den Verguss wird die Kontaktierung auf der Seite der Anregungszone gut geschützt und
mechanisch entkoppelt. Die Wärme kann gut ausgekoppelt werden und
beispielsweise über ein Gehäuse oder eine Kühlkörperstruktur abgeführt werden. Bei der Ausführungsform mit dem Gehäuse ist das elektrokeramische Bauteil,
beispielsweise der piezoelektrische Transformator, zusammen mit der Vergussmasse derart in das Gehäuse eingebettet, dass zumindest das freie Ende des
elektrokeramischen Bauteils das Gehäuse überragt. Zur Auskopplung und zum Abführen der Wärme können das Gehäuse oder die Kühlkörperstruktur beispielsweise aus Metall, beispielsweise Aluminium, oder aus einer Keramik sein. Das Gehäuse der Vorrichtung kann nun auch ohne Probleme zur Befestigung in einer Baugruppe verwendet werden. Daher ist in einer Ausführungsform am Gehäuse mindestens ein Befestigungselement angebracht.
Im Bereich der Hochspannungszone, an der hohe Potentiale bezüglich der
Wechselspannung auftreten, wird auf die massive Einbettung mit der Vergussmasse verzichtet und das elektrokeramische Bauteil hängt überwiegend frei in den
Umgebungsraum. Dabei hat sich gezeigt, dass eine dünne dielektrische
Isolationsschicht, die beispielsweise aus dem gleichen Material bestehen kann wie die im Vergleich zur dünnen dielektrischen Isolationsschicht relativ voluminöse
Vergussmasse, nur einen geringen Effekt auf die Güte oder die Verluste in der Wechselspannung hat. Daher ist in einer weiteren Ausführungsform der Abschnitt der Hochspannungszone von einer dielektrischen Schicht umgeben. Damit ist es also möglich, das Bauteil gegen Umwelteinflüsse und oberflächliche Teilentladungen zu schützen.
In einer Ausführungsform ist eine Wärmesenke vorgesehen, die mit der
Vergussmasse in einem wärmeleitenden Kontakt ist und dazu dient, Wärme von der Vergussmasse über die Wärmesenke an die Umgebung der Vorrichtung abzuführen.
Üblicherweise umfasst die Vorrichtung auch einen Treiberbaustein zum Betreiben des elektrokeramischen Bauteils, beispielsweise eines piezoelektrischen Transformators, indem der Treiberbaustein eine elektrische Anregung in einem geeigneten Resonanz- Mode über eine erste elektrische Verbindung zum ersten elektrischen Kontakt und über eine zweite elektrische Verbindung zum zweiten elektrischen Kontakt der Anregungszone des elektrokeramischen Bauteils aufprägt. In einer Ausführungsform ist der Treiberbaustein zusammen mit der ersten elektrischen Verbindung zum ersten elektrischen Kontakt und der zweiten elektrischen Verbindung zum zweiten
elektrischen Kontakt in der Vergussmasse eingebettet. Dies hat den Vorteil, dass auch der Treiberbaustein vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Hinzu kommt, dass dadurch auch die elektrische Verbindung vom Treiberbaustein zum ersten und zweiten elektrischen Kontakt geschützt ist und eine mechanische Belastung
vermieden wird.
In einer Ausführungsform ist die Vergussmasse ein elektrisch isolierendes und dauerelastisches Material. Insbesondere kann das elektrisch isolierende und dauerelastische Material ein Silikongel sein ohne Beschränkung der Erfindung.
In einer Ausführungsform ist am freien Ende des elektrokeramischen Bauteils, beispielsweise eines piezoelektrischen Transformators, eine Gasentladung erzeugbar.
In einer Ausführungsform ist mit dem freien Ende des elektrokeramischen Bauteils, beispielsweise eines piezoelektrischen Transformators, eine elektrische Last verbunden.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für eine Vorrichtung mit einem elektrokeramischen Bauteil umfasst mehrere Schritte, wie nachfolgend beschrieben wird. Zunächst definiert das elektrokeramische Bauteil eine Anregungszone und eine Hochspannungszone, wobei an einer ersten Seitenfläche des elektrokeramische Bauteil in der Anregungszone ein erster elektrischer Kontakt und an einer zweiten Seitenfläche des elektrokeramische Bauteil in der Anregungszone ein zweiter elektrischer Kontakt vorgesehen ist, wie bereits oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausführlich beschrieben. In einem ersten Schritt wird eine Vergussmasse mit dem elektrokeramischen Bauteil in Kontakt gebracht, so dass der erste elektrische Kontakt und der zweite elektrische Kontakt der Anregungszone von der Vergussmasse bedeckt werden und ein Abschnitt der Hochspannungszone des elektrokeramischen Bauteils von der Vergussmasse frei bleibt. In einem zweiten Schritt wird die Vergussmasse zu einem gewissen Grad vernetzt, so dass die
Vergussmasse eine dauerelastische Eigenschaft annimmt und eine äußere
regelmäßige Form aufweist. Wie oben bereits im Zusammenhang mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, kann auch beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren das elektrokeramische Bauteil ein piezoelektrisches Bauteil sein, und das piezoelektrische Bauteil kann insbesondere ein piezoelektrischer Transformator sein. In einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird ein Treiberbaustein zusammen mit einer ersten elektrischen Verbindung zum ersten elektrischen Kontakt und einer zweiten elektrischen Verbindung zum zweiten elektrischen Kontakt in der Vergussmasse mit eingebettet.
Beim Herstellungsverfahren wird das elektrokeramische Bauteil, beispielsweise ein piezoelektrischer Transformator oder ein keramischer Kondensator, zusammen mit der Vergussmasse in ein Gehäuse eingebettet. Bevorzugt wird die Vergussmasse in Formschluss mit dem Gehäuse gebracht und zumindest das freie Ende des elektrokeramischen Bauteils überragt das Gehäuse.
In einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird das elektrokeramischen Bauteil, beispielsweise ein piezoelektrischer Transformator oder ein keramischer Kondensator, mit einer ersten und zweiten elektrischen Verbindung für die ersten und zweiten elektrischen Kontakte im Gehäuse positioniert, so dass zumindest das freie Ende des elektrokeramischen Bauteils das Gehäuse überragt und das
elektrokeramische Bauteil von Wänden des Gehäuses beabstandet ist. Die
Vergussmasse wird in das Gehäuse gefüllt.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem elektrokeramischen Bauteil, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse umfasst;
Figur 2 eine vergrößerte, schematische Darstellung des vorderen Teils der
Vorrichtung nach Figur 1 , wobei ein Plasma gezündet ist;
Figur 3 einen schematischen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Figur 1 ; Figur 4 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem elektrokeramischen Bauteil;
Figur 5 eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit dem elektrokeramischen Bauteil;
Figur 6 eine zusätzlich weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit dem elektrokeramischen Bauteil;
Figur 7 eine nochmals weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit dem elektrokeramischen Bauteil;
Figur 8 die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Figur 4 im
Betrieb;
Figur 9 den schematischen Aufbau eines keramischen Kondensators;
Figur 10 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem keramischen Kondensator; und
Figur 11 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem keramischen Kondensator.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische
Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figuren erforderlich sind.
Im Folgenden werden die Figuren 1 bis 3 beschrieben. Figur 1 zeigt eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einem elektrokeramischen Bauteil 2. Figur 2 zeigt eine vergrößerte,
schematische Darstellung des vorderen Teils der Vorrichtung 1 nach Figur 1 , wobei ein Plasma 15 gezündet ist. Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Vorrichtung 1 nach Figur 1.
In Figur 1 ist insbesondere das Äußere der Vorrichtung 1 in einer Draufsicht dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfasst ein elektrokeramisches Bauteil 2, das eine Anregungszone 11 (siehe Figur 3) und eine Flochspannungszone 12 (siehe Figur 1 bis 3) definiert. Die Anregungszone 11 ist allerdings in der
Darstellung nach Figur 1 durch ein Gehäuse 7 verdeckt. Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten elektrischen Kontakt 3A, der an einer ersten Seitenfläche 2A des elektrokeramischen Bauteils 2 in der Anregungszone 11 vorgesehen ist, und einen zweiten elektrischen Kontakt 3B, der an einer zweiten Seitenfläche 2B des
elektrokeramischen Bauteils 2 in der Anregungszone 11 vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß ist eine Vergussmasse 20 um das elektrokeramische Bauteil 2 angebracht, so dass der erste elektrische Kontakt 3A und der zweite elektrische Kontakt 3B der Anregungszone 11 von der Vergussmasse 20 bedeckt sind und ein freies Ende 26 eines Abschnitts 24 der Hochspannungszone 12 des
elektrokeramischen Bauteils 2 ein freies Ende 22 der Vergussmasse 20 überragt. Wie eingangs bereits erwähnt, hat sich diese spezielle Anordnung der Vergussmasse am elektrokeramischen Bauteil 2 als besonders vorteilhaft herausgestellt. In der
Anregungszone 11 treten mechanische Schwingungen auf und ohmsche Verluste führen zu einer gewissen Wärmeentwicklung. In der Anregungszone 11 sind die elektrischen Felder recht niedrig und das elektrokeramische Bauteil 2 kann in einer hochelastischen Masse 20 eingebettet, beispielsweise, ohne Beschränkung der Erfindung, vergossen, werden. Hierzu bieten sich beispielsweise chemisch stabile und gut elektrisch isolierende und dauerelastische Materialien an, wie beispielsweise Silikonvergussmassen oder Silikongelvergussmassen. Ist nun das elektrokeramische Bauteil 2 nur teilweise vergossen, wie in Figur 1 bis 3 dargestellt, sinkt die Güte der Vorrichtung 1 und die Amplitude der Ausgangsspannung überraschenderweise nur geringfügig.
In der Ausführungsform nach Figur 1 bis 3 ist zumindest die Anregungszone 11 des elektrokeramischen Bauteils 2 vollständig von der Vergussmasse 20 umgeben und es ist ein Gehäuse 7 vorgesehen. Das elektrokeramische Bauteil 2 ist zusammen mit der Vergussmasse 20 derart in das Gehäuse 7 eingebettet, dass zumindest das freie Ende 26 des elektrokeramischen Bauteils 2 das Gehäuse 7 überragt. Das Gehäuse 7 kann beispielsweise, ohne Beschränkung der Erfindung, aus einem Metall oder einer Keramik gebildet sein. Das elektrokeramische Bauteil 2 kann ein piezoelektrisches Bauteil und insbesondere ein piezoelektrischer Transformator sein, wie auch in Fig. 1 bis 3 dargestellt.
In der Ausführungsform nach Figur 1 bis 3 umfasst die Vorrichtung 1 ferner mindestens ein Befestigungselement 13, das am Gehäuse 7 angebracht ist.
Insbesondere sind hier, ohne Beschränkung der Erfindung, zwei
Befestigungselemente 13 gezeigt. Das Gehäuse 7 der Vorrichtung 1 kann somit ohne Probleme zur Befestigung in einer Baugruppe verwendet werden. Wie der Figur 3 zu entnehmen ist, kann das Gehäuse 7 mit einer rückwärtigen Montageplatte 18 versehen sein. Über die rückwärtige Montageplatte 18 kann das Gehäuse 7 an einer Konstruktion (nicht dargestellt) befestigt werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst des Weiteren einen Treiberbaustein 4 zum Betreiben des elektrokeramischen Bauteils 2, beispielsweise eines piezoelektrischen Transformators 2, indem der Treiberbaustein 4 eine elektrische Anregung in einem geeigneten
Resonanz-Mode der Anregungszone 11 des elektrokeramischen Bauteils 2
(piezoelektrischen Transformators) aufprägt. Dazu ist der Treiberbaustein 4 mit einer ersten elektrischen Verbindung 5A zum ersten elektrischen Kontakt 3A und einer zweiten elektrischen Verbindung 5B zum zweiten elektrischen Kontakt 3B verbunden. Der Treiberbaustein 4 kann mit einem Stecker 10 versehen sein, über den ein
Anschluss an eine Stromversorgung ermöglicht wird. In der Ausführungsform nach Figur 1 bis 3 ist jeweils ein Abschnitt der elektrischen Verbindungen 5A, 5B in
Richtung der elektrischen Kontakte 3A, 3B in der Vergussmasse 20 eingebettet, wohingegen ein jeweils ein anderer Abschnitt der elektrischen Verbindungen 5A, 5B in Richtung des Treiberbausteins 4 nicht in der Vergussmasse 20 eingebettet ist.
Dementsprechend ist auch der Treiberbaustein 4 nicht in der Vergussmasse 20 eingebettet. Wird nun eine relativ niedrige Spannung mittels des Treiberbausteins 4 über die elektrischen Verbindungen 5A, 5B an die elektrischen Kontakte 3A, 3B an der Anregungszone 11 des elektrokeramischen Bauteils (piezoelektrischen
Transformators) 2 angelegt, so löst dies letztlich mittels der bekannten Funktionsweise des elektrokeramischen Bauteils (piezoelektrischen Transformators) 2 eine hohe Spannung in der Hochspannungszone 12 aus. Die hohe Spannung erzeugt am freien Ende 26 des elektrokeramischen Bauteils (piezoelektrischen Transformators) 2 eine Gasentladung 15, die beispielsweise zur Behandlung einer Oberfläche mit einem Plasma verwendet werden kann.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine Vorrichtung 1 mit einem elektrokeramischen Bauteil 2, beispielsweise einem
piezoelektrischen Transformator 2, wird in einem ersten Schritt eine Vergussmasse 20 in Kontakt mit dem elektrokeramischen Bauteil 2 gebracht, so dass der erste elektrische Kontakt 3A und der zweite elektrische Kontakt 3B der Anregungszone 11 von der Vergussmasse 20 bedeckt werden und ein Abschnitt 24 der
Hochspannungszone 12 des elektrokeramischen Bauteils 2 von der Vergussmasse 20 frei bleibt. In einem zweiten Schritt wird die Vergussmasse 20 zu einem gewissen Grad vernetzt, so dass die Vergussmasse 20 eine dauerelastische Eigenschaft annimmt und eine äußere regelmäßige Form aufweist. In einer weiteren
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens werden das elektrokeramische Bauteil 2, beispielweise ein piezoelektrischer Transformator 2, zusammen mit der Vergussmasse 20 in das Gehäuse 7 eingebettet, wobei die
Vergussmasse 20 in Formschluss mit dem Gehäuse 7 gebracht wird und zumindest das freie Ende 26 des elektrokeramischen Bauteils 2 das Gehäuse 7 überragt. In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird das elektrokeramischen Bauteil 2, beispielsweise der piezoelektrische
Transformator 2, mit einer ersten und zweiten elektrischen Verbindung 5A, 5B für die ersten und zweiten elektrischen Kontakte 3A, 3B im Gehäuse 7 positioniert, so dass zumindest das freie Ende 26 des elektrokeramischen Bauteils 2 das Gehäuse 7 überragt und das elektrokeramische Bauteil 2 von Wänden 8 des Gehäuses 7 beabstandet ist, und wobei die Vergussmasse 20 in das Gehäuse 7 gefüllt wird.
Figur 4 zeigt eine andere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 mit dem elektrokeramischen Bauteil 2, beispielsweise einem
piezoelektrischen Transformator 2, wobei hier zusätzlich eine Wärmesenke 9 vorgesehen ist, die mit der Vergussmasse 20 beziehungsweise über das Gehäuse 7 mit der Vergussmasse 20 in einem wärmeleitenden Kontakt ist und dazu dient,
Wärme von der Vergussmasse 20 über die Wärmesenke 9 an die Umgebung der Vorrichtung abzuführen. Alle sonstigen Elemente sind ausführlich im Zusammenhang mit Figur 1 bis 3 beschrieben.
Figur 5 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 mit dem elektrokeramischen Bauteil 2, beispielsweise einem
piezoelektrischen Transformator 2, ebenfalls wie in Figur 4 auch mit einer
Wärmesenke 9. Zusätzlich ist mit dem freien Ende 26 des elektrokeramischen
Bauteils 2 (piezoelektrischen Transformators 2) eine elektrische Last 17 über einen Potentialabgriff 14 verbunden, die die in der Hochspannungszone des
elektrokeramischen Bauteils 2 (piezoelektrischen Transformators 2) erzeugte
Hochspannung nutzt. Alle sonstigen Elemente der Figur 5 sind ausführlich im
Zusammenhang mit Figur 1 bis 3 beschrieben.
Figur 6 zeigt eine zusätzlich weitere mögliche Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit dem elektrokeramischen Bauteil 2,
beispielsweise einem piezoelektrischen Transformator 2, ebenfalls wie in Figur 5 auch mit einer elektrischen Last 17. Zusätzlich ist der Abschnitt 24 der
Hochspannungszone 12 von einer dielektrischen Schicht 25 umgeben, um den ansonsten freien Abschnitt 24 mit dem entsprechenden Abschnitt der
Hochspannungszone 12 gegen Umwelteinflüsse und oberflächliche Teilentladungen zu schützen. Ebenso ist in einer Ausführungsform der Potentialabgriff 14 in der dielektrischen Schicht 25 eingebettet. Alle sonstigen Elemente der Figur 6 sind ausführlich im Zusammenhang mit Figur 1 bis 3 beschrieben.
Figur 7 zeigt eine nochmals weitere mögliche Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit dem elektrokeramischen Bauteil 2,
beispielsweise einem piezoelektrischen Transformator 2, ebenfalls wie in Figur 5 auch mit einer elektrischen Last 17 und wie in Figur 6 auch mit einer dielektrischen Schicht 25. Auch hier ist der Potentialabgriff 14 in der dielektrischen Schicht 25 eingebettet. Zusätzlich ist im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen in Figur 7 der Treiberbaustein 4 zusammen mit den elektrischen Verbindungen 5A, 5B zu den jeweiligen elektrischen Kontakten 3A, 3B in der Vergussmasse 20 eingebettet. Diese Ausführungsform bietet einen optimalen Schutz des Treiberbausteins 4 und den mit ihm verbundenen elektrischen Verbindungen 5A, 5B gegen mögliche mechanische Beschädigungen und vor Umwelteinflüssen. In einer entsprechenden
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird dazu der Treiberbaustein 4 zusammen mit der ersten elektrischen Verbindung 5A zum ersten elektrischen Kontakt 3A und der zweiten elektrischen Verbindung 5B zum zweiten elektrischen Kontakt 3B in der Vergussmasse 20 mit eingebettet.
Alle sonstigen Elemente der Figur 7 sind ausführlich im Zusammenhang mit Figur 1 bis 3 beschrieben.
Figur 8 zeigt die Vorrichtung 1 nach Figur 4 im Betrieb, wenn über eine relative niedrige Spannung an den elektrischen Kontakten 3A, 3B an der Anregungszone 11 eine hohe Wechselspannung in der Hochspannungszone 12 erzeugt wird, was wiederum ein Plasma beziehungsweise eine Gasentladung 15 am freien Ende 26 bewirkt, wie ebenfalls bereits ausführlich im Zusammenhang mit Figur 1 bis 3
beschrieben. Alle sonstigen Elemente der Figur 8 sind ausführlich im Zusammenhang mit Figur 1 bis 4 beschrieben.
In allen Figuren wurde als elektrokeramisches Bauteil 2 ein piezoelektrischer
Transformator beschrieben, was jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden soll, da das elektrokeramische Bauteil 2 auch eine andere Art von elektrokeramischem Bauteil sein kann, beispielsweise eine Piezokeramik, die unter Einwirkung einer Verformung durch eine äußere Kraft eine Ladungstrennung zeigt oder bei der durch Anlegen einer elektrischen Spannung und einer daraus
resultierenden Ladungsbildung eine Verformung hervorgerufen wird (inverser piezoelektrischer Effekt). Das elektrokeramische Bauteil 2 kann beispielsweise aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) sein. Ebenso kann das elektrokeramischem Bauteil 2 als keramischer Kondensator ausgebildet sein.
Figur 9 zeigt schematisch den Aufbau des elektrokeramische Bauteils 2, das in Form eines keramischen Kondensators ausgebildet ist. Der keramische Kondensator besteht aus mehreren Schichten 21 einer Piezokeramik, die jeweils durch eine leitfähige Schicht 23 voneinander getrennt sind. Abwechselnd sind die leitfähigen Schichten 23 mit dem ersten elektrischen Kontakt 3A und dem zweiten elektrischen Kontakt 3B leitend verbunden.
Figur 10 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit dem elektrokeramischen Bauteil 2, das hier als keramischer
Kondensator ausgebildet ist. Dem keramischen Kondensator kann eine Wärmesenke 9 zugeordnet sein. Zusätzlich kann das elektrokeramische Bauteil 2 (keramischer Kondensator 2) über einen Abgriff 14 im Abschnitt 24 mit einen weiteren
elektronischen Bauteil, wie z.B. einer gedruckten Schaltung 31 , einem Chip, oder anderen elektronischen Bauteilen verbunden sein. Bei der hier gezeigten
Ausführungsform ist Vergussmasse 20 derart um das elektrokeramische Bauteil 2 angebracht, dass der erste elektrische Kontakt 3A und der zweite elektrische Kontakt 3B von der Vergussmasse 20 bedeckt sind. Ein freies Ende 26 des Abschnitts 24 des elektrokeramischen Bauteils 2 überragt ein freies Ende 22 der Vergussmasse 20. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist das elektrokeramische Bauteil 2 zusammen mit der Vergussmasse 20 derart in ein Gehäuse 7 eingebettet ist, dass zumindest das freie Ende 26 des elektrokeramischen Bauteils 2 das Gehäuse 7 überragt. Ein
Treiberbaustein 4 kann in der Vergussmasse 20 eingebettet sein.
Figur 11 zeigt eine nochmals weitere mögliche Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit dem elektrokeramischen Bauteil 2,
beispielsweise einem keramischen Kondensator 2, Der Abschnitt 24 kann mit einer dielektrischen Schicht 25 überzogen sein. Auch hier sind Abgriffe 14 für ein
elektronisches Bauteil 30 in der dielektrischen Schicht 25 eingebettet. Zusätzlich ist der Treiberbaustein 4 zusammen mit den elektrischen Verbindungen 5A, 5B zu den jeweiligen elektrischen Kontakten 3A, 3B in der Vergussmasse 20 eingebettet. Diese Ausführungsform bietet einen optimalen Schutz des Treiberbausteins 4 und den mit ihm verbundenen elektrischen Verbindungen 5A, 5B gegen mögliche mechanische Beschädigungen und vor Umwelteinflüssen. Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 elektrokeramisches Bauteil, piezoelektrisches Bauteil, piezoelektrischer Transformator, keramischer Kondensator
2A erste Seitenfläche
2B zweite Seitenfläche
3A erster elektrischer Kontakt
3B zweiter elektrischer Kontakt
4 Treiberbaustein
5A erste elektrische Verbindung
5B zweite elektrische Verbindung
6 Stromversorgung
7 Gehäuse
8 Wand
9 Wärmesenke (Kühlkörper)
10 Stecker
11 Anregungszone
12 Hochspannungszone
13 Befestigungselement
14 Potentialabgriff; Abgriff
15 Gasentladung, Plasma
17 elektrische Last
18 rückwärtige Montageplatte
20 Vergussmasse
21 Schicht
22 freies Ende der Vergussmasse
23 leitfähige Schicht
24 Abschnitt
25 dielektrische Schicht
26 freies dreidimensionales Ende (Hochspannungsende)
30 elektronisches Bauteil
31 gedruckte Schaltung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1 ) mit einem elektrokeramischen Bauteil (2), umfassend
einen ersten elektrischen Kontakt (3A), der an einer ersten Seitenfläche (2A) des elektrokeramischen Bauteils (2) vorgesehen ist, und
einen zweiten elektrischen Kontakt (3B), der an einer zweiten Seitenfläche (2B) des elektrokeramischen Bauteils (2) vorgesehen ist,
gekennzeichnet durch
eine Vergussmasse (20), die um das elektrokeramische Bauteil (2) angebracht ist, so dass der erste elektrische Kontakt (3A) und der zweite elektrische Kontakt (3B) von der Vergussmasse (20) bedeckt sind und ein freies dreidimensionales Ende (26) eines Abschnitts (24) des elektrokeramischen Bauteils (2) ein freies Ende (22) der Vergussmasse (20) überragt.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das elektrokeramische Bauteil ein
piezoelektrisches Bauteil (2) ist.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 2, wobei das piezoelektrische Bauteil ein
piezoelektrischer Transformator (2) ist, der eine Anregungszone (11 ) und eine Hochspannungszone (12) definiert, wobei der erste elektrische Kontakt (3A) und der zweite elektrische Kontakt (3B) in der Anregungszone (11 ) vorgesehen sind und wobei das freie dreidimensionale Ende (26) des Abschnitts (24) der
Hochspannungszone (12) den piezoelektrischer Transformator (2) überragt.
4. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das elektrokeramische Bauteil ein
keramischer Kondensator (2) ist.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest der Bereich des ersten elektrischen Kontakts (3A) und des zweiten elektrischen Kontakts (3B) des elektrokeramischen Bauteils (2) vollständig von der
Vergussmasse (20) umgeben sind.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend ein Gehäuse (7), wobei das elektrokeramische Bauteil (2) zusammen mit der Vergussmasse (20) derart in das Gehäuse (7) eingebettet ist, dass zumindest das freie dreidimensionale Ende (26) des elektrokeramischen Bauteils (2) das Gehäuse (7) überragt.
7. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, wobei das Gehäuse (7) aus einem Metall oder einer Keramik gebildet ist.
8. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, umfassend mindestens ein Befestigungselement (13), das am Gehäuse (7) angebracht ist.
9. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine Wärmesenke (9), die mit der Vergussmasse (20) in einem wärmeleitenden Kontakt ist.
10. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen Treiberbaustein (4), der zusammen mit einer ersten elektrischen Verbindung (5A) zum ersten elektrischen Kontakt (3A) und einer zweiten elektrischen Verbindung (5B) zum zweiten elektrischen Kontakt (3B) in der Vergussmasse (20) eingebettet ist.
11. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Vergussmasse (20) ein elektrisch isolierendes und dauerelastisches Material ist.
12. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 11 , wobei das elektrisch isolierende und
dauerelastische Material ein Silikongel ist.
13. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, wobei am freien dreidimensionalen Ende (26) des elektrokeramischen Bauteils (2) eine Gasentladung (15) erzeugbar ist.
14. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, wobei mit dem freien dreidimensionalen Ende (26) des elektrokeramischen Bauteils (2) eine elektrische Last (17) verbunden ist.
15. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 14, wobei der Abschnitt (24) der
Hochspannungszone (12) des elektrokeramischen Bauteils (2) von einer dielektrischen Schicht (25) umgeben ist.
16. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, wobei mit dem freien dreidimensionalen Ende (26) des keramischen Kondensators mindestens ein weiteres elektronisches Bauteil (30) verbunden ist.
EP19734502.8A 2018-06-04 2019-05-14 Vorrichtung mit einem elektrokeramischem bauteil Withdrawn EP3803992A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018113190.9A DE102018113190B4 (de) 2018-06-04 2018-06-04 Vorrichtung mit einem elektrokeramischem Bauteil
PCT/IB2019/053964 WO2019234526A1 (de) 2018-06-04 2019-05-14 Vorrichtung mit einem elektrokeramischem bauteil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3803992A1 true EP3803992A1 (de) 2021-04-14

Family

ID=67107920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19734502.8A Withdrawn EP3803992A1 (de) 2018-06-04 2019-05-14 Vorrichtung mit einem elektrokeramischem bauteil

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210111331A1 (de)
EP (1) EP3803992A1 (de)
JP (1) JP7402825B2 (de)
CN (1) CN112292766A (de)
DE (1) DE102018113190B4 (de)
WO (1) WO2019234526A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019135497B4 (de) * 2019-12-20 2021-11-11 Nova Plasma Ltd Piezoelektrischer Plasmagenerator und Verfahren zum Betrieb eines piezoelektrischen Plasmagenerators

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2830274A (en) 1954-01-04 1958-04-08 Gen Electric Electromechanical transducer
DE3927406A1 (de) * 1989-08-19 1991-02-21 Hoechst Ceram Tec Ag Piezokeramischer transformator
JP3064458B2 (ja) * 1991-04-02 2000-07-12 日本電気株式会社 厚み縦振動圧電磁器トランスとその駆動方法
JPH08125247A (ja) * 1994-10-25 1996-05-17 Hitachi Ferrite Ltd 圧電トランスの実装方法
JPH08217410A (ja) * 1995-02-08 1996-08-27 Toto Ltd コロナ放電装置
CA2230269C (en) 1995-08-25 2001-04-24 Mitsui Chemicals, Incorporated Piezoelectric oscillator component, structure for supporting piezoelectric oscillator and method of mounting piezoelectric oscillator
JP3671382B2 (ja) 1996-06-21 2005-07-13 Ｎｅｃトーキン株式会社 圧電トランスおよび圧電トランス電源
JPH1131856A (ja) 1997-07-10 1999-02-02 Mitsui Chem Inc 圧電トランス用圧電基板の支持構造およびそれを備えた圧電トランス
JP4344023B2 (ja) 1998-06-05 2009-10-14 Ｎｅｃトーキン株式会社 圧電トランス用素子の実装構造及び圧電トランスの製造方法
US6052300A (en) * 1998-11-09 2000-04-18 Face International Corporation DC-AC converter circuit using resonating multi-layer piezoelectric transformer
JP2000164384A (ja) * 1998-11-27 2000-06-16 Murata Mfg Co Ltd 蛍光管点灯装置
DE10225408B4 (de) * 2002-06-07 2004-11-25 Epcos Ag Piezoaktor, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung
DE102004005447A1 (de) * 2004-02-04 2005-08-25 Robert Bosch Gmbh Piezoaktor
US7145282B2 (en) * 2004-07-15 2006-12-05 Delphi Technologies, Inc. Actuator
RU73619U1 (ru) * 2008-01-09 2008-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Ультразвуковая техника-инлаб" Ультразвуковой пьезокерамический преобразователь
EP2175457B1 (de) * 2008-10-09 2012-04-18 Joinset Co., Ltd Keramik-Chip-Anordnung
JP2011002269A (ja) * 2009-06-17 2011-01-06 Panasonic Corp 流体の流れ計測装置
JP5411072B2 (ja) * 2010-06-29 2014-02-12 株式会社日本自動車部品総合研究所 超音波センサ
DE102010050265A1 (de) * 2010-11-02 2012-05-03 Epcos Ag Verfahren zur Herstellung einer Aktoreinheit sowie Hülse zur Aufnahme eines Piezoaktors
DE102010061946A1 (de) * 2010-11-25 2012-05-31 Robert Bosch Gmbh Piezoelektrisches Aktormodul und Brennstoffeinspritzventil
JP2013197531A (ja) * 2012-03-22 2013-09-30 Sharp Corp 半導体装置およびその製造方法
DE102013100617B4 (de) 2013-01-22 2016-08-25 Epcos Ag Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas und Handgerät mit der Vorrichtung
DE202014100666U1 (de) * 2014-02-14 2014-02-24 Epcos Ag Piezoelektrisches Aktorbauelement
DE102014110405A1 (de) * 2014-07-23 2016-01-28 Epcos Ag Piezoelektrischer Transformator
ITUB20151059A1 (it) * 2015-05-28 2016-11-28 Itt Italia Srl Dispositivo di trasduzione di segnale
DE102015120160B4 (de) * 2015-11-20 2023-02-23 Tdk Electronics Ag Piezoelektrischer Transformator

Also Published As

Publication number Publication date
JP7402825B2 (ja) 2023-12-21
WO2019234526A1 (de) 2019-12-12
DE102018113190A1 (de) 2019-12-05
JP2021526731A (ja) 2021-10-07
US20210111331A1 (en) 2021-04-15
CN112292766A (zh) 2021-01-29
DE102018113190B4 (de) 2020-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1932191B1 (de) Piezoelektrischer Transformator
DE102009055882A1 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
DE10007455A1 (de) Piezoelektrisches akustisches Bauteil
EP3712972B1 (de) Vorrichtung und bauelement zur erzeugung einer hohen spannung oder hohen feldstärke
DE112018002422T5 (de) Schaltungsanordnung und elektrischer Verteilerkasten
EP1445799A2 (de) Kühleinrichtung für Halbleiter auf Leiterplatte
DE102016120324A1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas
DE202016008999U1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas aufweisend einen piezoelektrischer Transformator
EP3417493B1 (de) Vorrichtung zur erzeugung eines atmosphärendruck-plasmas mittels eines piezoelektrischen transformators
DE102018113190B4 (de) Vorrichtung mit einem elektrokeramischem Bauteil
DE102018204473B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE10120692B4 (de) Montageanordnung von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte
DE102015120160B4 (de) Piezoelektrischer Transformator
CH667947A5 (de) Wellenleiterlaser.
DE102005026233B4 (de) Elektrisches Leistungsmodul
EP3414785B1 (de) Verfahren zur herstellung eines piezoelektrischen transformators
DE102006015980A1 (de) Elektrisches Bauelement
EP1285213A1 (de) Mikrostruktur-wärmetauscher und verfahren zu dessen herstellung
DE102014211524B4 (de) Elektronikmodul mit einer Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch eine in einem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme und Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls
DE69812142T2 (de) Gehäuse für piezoelektrische transformatoranordnung
WO2021037550A1 (de) Vorrichtung aufweisend ein elektrokeramisches bauteil
WO2008049416A1 (de) Piezoelektrischer transformator
DE102018119216B4 (de) Gehäuse für eine elektronische Komponente mit einem Innenbehälter und einer Außenumhüllung
DE102015216732B4 (de) Gehäuse mit einer darin angeordneten Leiterplatte
DE102008039164B4 (de) Motorsteuerungsvorrichtung eines Fahrzeugs und Verfahren zur Herstellung derselben

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20201216

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20211209

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20220317