JP6064044B2 - 外部接続部を有する多層デバイス、および外部接続部を有する多層デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、外部接続部を有する多層デバイスおよび外部接続部を有する多層デバイスの製造方法に関する。

たとえばこのデバイスは、自動車における噴射バルブの駆動に使用することができる圧電アクチュエータである。代替として、この多層デバイスは、たとえば多層コンデンサまたは多層バリスタとすることができる。外部接続部を有する多層構造の圧電アクチュエータは、たとえば特許文献１に記載されている。

多層デバイスの接続には、たとえばこの多層デバイスの外部接続部が延長接続部とはんだ付けされる。

独国特許公開公報第１０２００９０１３１２５Ａ１号明細書

本発明の課題は、改善された外部接続部を有する多層デバイス、および多層デバイスの改善された外部接続部の製造方法を提供することである。

本発明は、誘電体層（複数）と内部電極層（複数）とから成る積層体を備える基体を有する多層デバイスを提供する。この多層デバイスは、さらにこれらの内部電極層との電気的接続のための外部接続部を備え、この外部接続部は、第１の層と第２の層とを備え、この第１の層および第２の層は焼成されている。

これらの第１および第２の層は、金属材料を含んでよく、または金属材料から成っていてよい。この第１の層は、好ましくは銅を含み、または銅から成っている。代替として、この第１の層は、銀−パラジウムを含み、または銀−パラジウムから成っている。この第２の層は、好ましくは銀を含み、または銀から成っている。代替として、この第２の層は、銀−パラジウムを含み、または銀−パラジウムから成っている。

好ましくは、上記の誘電体層および内部電極層は、積層方向に沿って積層される。この積層方向は、好ましくは基体の長手方向に対応する。好ましくは、上記の誘電体層と上記の内部電極層は、交互に積層されている。

好ましくは、これらの内部電極層は、銅を含み、または銅から成っている。代替として、これらの内部電極層は、銀−パラジウムを含み、または銀−パラジウムから成っている。

これらの誘電体層は、圧電材料を含んでよい。たとえばこれらの誘電体層は、セラミック材料を含んでよく、とりわけ圧電セラミックを含んでよい。上記の基体の製造には、グリーンシート（複数）が用いられてよく、これらのグリーンシート上に内部電極層を形成するために、たとえば金属ペーストが塗布される。たとえばこの金属ペーストは、シルクスクリーン印刷処理で塗布される。この金属ペーストは銅を含んでよい。代替としてこの金属ペーストは、銀または銀−パラジウムを含んでよい。この金属ペーストを塗布した後、好ましくはこのグリーンシートは積層され、押圧されてまとめて焼結され、モノリシック焼結体が生成される。好ましくは、デバイスの基体はモノリシック焼結体から形成され、たとえば上記のように製造された焼結体から形成される。

たとえば、本発明による多層デバイスは、圧電デバイスとして形成され、たとえば圧電アクチュエータとして形成される。圧電アクチュエータでは、内部電極層に電圧を印加すると、これらの内部電極層の間に配設された圧電層が伸張し、アクチュエータのストロークが生成される。この多層デバイスは、他のデバイスとして形成することができ、たとえば多層コンデンサとして形成することができる。

好ましくは上記の外部接続部は、積層方向に隣接した内部電極層の間に電圧を印加するために用いられる。たとえば、２つの外部電極は、基体の互いに反対側にある外側面に配設されている。好ましくは、これらの内部電極層は積層方向で交互に、これらの外部電極の１つと接続され、また他の１つの外部電極から電気的に絶縁されている。

上記の電極ペーストは、たとえば、積層方向で見て上記の電極層が交互にこの積層体の外側面まで達し、かつこの積層体の反対側にある外側面から離間しているように塗布される。このようにしてこれらの電極層は、上記の外部接続部の１つと交互に電気的に接続される。

代替として、上記の多層デバイスは、全体が活性な多層デバイスであってよい。全体が活性な多層デバイスでは、内部の電極層は基体の全断面に渡って延在している。これらの内部電極層の１つの外部接続部との交互の接続のため、これらの内部電極層は、１つの外側面上で電気的絶縁材料によって交互に覆われる。好ましくは、これらの内部電極層は積層方向で交互に、これらの外部電極の１つと接続され、また他の１つの外部電極から電気的に絶縁されている。

この外部接続部は、好ましくは帯状に形成されている。この外部接続部は、好ましくは上記の基体の積層方向に沿って延在している。たとえばこの外部接続部は、この基体の外側面を部分的にのみ覆っている。代替として、この外部接続部は、この基体の外側面を完全に覆ってよい。

この外部接続部は、第１の層および第２の層を含み、あるいは第１の層または第２の層からなっている。これらの第１および第２の層は、金属材料を含んでよく、または金属材料から成っていてよい。この第１の層は、銅を含んでよく、または銅から成っていてよい。代替として、この第１の層は、銀−パラジウムを含んでよく、または銀−パラジウムから成っていてよい。この第２の層は、銀を含んでよく、または銀から成っていてよい。代替として、この第２の層は、銀−パラジウムを含んでよく、または銀−パラジウムから成っていてよい。この外部接続部は、たとえば銅を含む１つの第１の層と銀を含む１つの第２の層とを備えてよく、または銅を含む１つの第１の層と銀を含む１つの第２の層とから成っていてよい。代替として、この外部接続部は、たとえば銀−パラジウムを含む１つの第１の層と銀を含む１つの第２の層とを備えてよく、または銀−パラジウムを含む１つの第１の層と銀を含む１つの第２の層とから成っていてよい。好ましくはこの第１の層は、この第２の層と異なる材料を含む。

１つの好ましい実施形態においては、上記の第１の層は、シルクスクリーン印刷処理を用いて、上記の基体の外側面の１つに塗布される。上記の第２の層も同様にシルクスクリーン印刷処理を用いて、この基体の１つの外側面上に塗布されてよい。上記の第１の層上に追加のシルクスクリーン印刷層を塗布することによって、スパッタリング層の取り付けを不要とすることができる。これによって上記の外部接続部を取り付けるための安価な方法が実現される。

１つの好ましい実施形態においては、上記の第２の層は上記の第１の層上に配設される。たとえばこの第１の層は、下層（Grundschicht）として形成され、この第２の層はカバー層（Deckschicht）として形成される。たとえばこの第１の層はこの第２の層によって完全覆われている。代替として、この第１の層は、この第２の層によって部分的にのみ覆われている。好ましくは、この第１の層は、少なくとも１つの領域で、この第２の層によって覆われており、この１つの領域には、はんだ付け部が配設されている。

好ましくは、上記の第１の層は、上記の内部電極層の接続の観点から最適化されている。好ましくは、上記の第２の層は、良好なはんだ付け性の観点から最適化されている。たとえば銅を含む第１の層上に、たとえば銀を含む第２の層を塗布することによって、酸化物形成を低減することができる。このような酸化物形成は、銅ではしばしば起こることである。低減された酸化物形成によって、はんだ付け性がより良好になり、このはんだ付け部の信頼性が向上する。さらに、このデバイスの信頼性およびはんだ部位の寿命に対し良くない影響のある活性化用のフラックス(Flussmitteln)の使用を不要とすることができる。

１つの好ましい実施形態においては、上記の第１の層は、上記の内部電極層（複数）と直接接続するように配設されている。たとえばこの第１の層は、上記の基体の１つの外側面に直接配設されている。好ましくはこの第１の層は、これらの内部電極層と同じ材料を含むか、またはこれらの内部電極層と同じ材料から成っている。代替として、この第１の層およびこれらの内部電極層の材料は異なっていてよい。たとえばこれらの内部電極層および第１の層の熱的特性が、互いに一致するようになっていてよい。

好ましくは、上記の外部接続部の接続のための延長接続部が設けられる。この延長接続部は、たとえばハープ状ワイヤ（Drahtharfe）または金属メッシュ（Metallsieb）として形成されていてよい。

好ましくはこの延長接続部は、上記の外部接続部とはんだ付けされている。特にこの延長接続部は、上記の第２の層とはんだ付けされている。

さらに、本発明は多層デバイスの製造方法を提供し、この多層デバイスでは、誘電体層（複数）と内部電極層（複数）とから成る積層体を含む基体上に外部接続部が取り付けられ、この外部接続部の取り付けにおいては、まず第１の層が塗布され、次いで第２の層が塗布され、この第１の層および第２の層は焼成される。

この方法は、好ましくは上記に記載した多層デバイスの製造のために用いられる。

好ましくは上記の第１および第２の層は、異なる材料を含み、または異なる材料から成っている。たとえばこの第１の層は、銅を含み、または銅から成っている。代替として、この第１の層は、銀−パラジウムを含み、または銀−パラジウムから成っている。たとえばこの第２の層は、銀を含み、または銀から成っている。代替として、この第２の層は、銀−パラジウムを含み、または銀−パラジウムから成っている。

好ましくは、上記の第１の層および第２の層は、シルクスクリーン印刷処理を用いて塗布される。

たとえばまず上記の第１の層が塗布されて焼成され、この後上記の第２の層が塗布されて焼成される。代替としてまず上記の第１の層が塗布され、次に第２の層が塗布される。これに続くさらなるステップにおいて、これら２つの層が焼成される。

以下に上記の多層デバイス多層およびこのデバイスの製造方法を、概略的かつ寸法が正確でない図を参照して説明する。

多層デバイスの側面図である。 多層デバイスの上面図である。

図１は、内部電極層（複数）３ａ，３ｂと外部接続部４ａとを有する基体１を有する多層デバイスを側面図で示す。第１の内部電極層（複数）３ａおよび第２の内部電極層（複数）３ｂは、積層方向Ｓに沿って交互に配設されている。これらの内部電極層３ｂは、この側面図においては見ることは出来ないが、理解を助けるためにこれらは点線で示されている。これの第１の内部電極層３ａは、上記の基体の第１の外側面２ａまで延在している。第２の内部電極層３ｂは、この基体の第２の外側面２ｂまで延在している。これらの外側面２ａおよび２ｂのレイアウトは、図２に明示されている。これらの内部電極層３ａ，３ｂは、たとえば銅を含み、または銅から成っている。代替としてこれらの内部電極層３ａ，３ｂは、銀または銀−パラジウムを含み、あるいは銀または銀−パラジウムから成っている。

上記の外部接続部４ａは、上記の基体１の外側面２ａ上に配設されている。この基体１の反対側にある外側面２ｂ上には、もう１つの外部接続部４ｂが配設されている（図２参照）。

この第１の外部接続部４ａは、上記の第１の内部電極層（複数）３ａと直接接続されている。同様に、この第２の外部接続部４ｂは、上記の第２の内部電極層（複数）３ｂと直接接続されている。これらの外部接続部４ａ，４ｂによって上記の内部電極層３ａ，３ｂは電気的に接続されている。この外側面２ａ上の外部接続部４ａによって、上記の第１の内部電極層（複数）３ａが接続されている。この外側面２ｂ上の外部接続部４ｂによって、上記の第２の内部電極層（複数）３ｂが接続されている（不図示）。

この外部接続部４ａ，４ｂの電気的接続のために、延長接続部５が設けられる。この延長接続部５は、この外部接続部４ａ，４ｂとはんだ付けされる。この延長接続部５は、たとえば導電性ワイヤである。代替として、この延長接続部５は、ハープ状ワイヤまたは金属メッシュとして形成されていてよい。

図２は、図１の多層デバイスを上面図で示す。ここで上記の外部接続部４ａ，４ｂが２つの層から成っていることが分かる。銅を含む第１の層６は、上記基体１と直接接続されており、詳細には上記の内部電極層３ａ，３ｂ（不図示）と直接接続されている。銀を含む第２の層７は、この銅を含む層６上に取り付けられている。たとえば、この銅を含む層６は、銅を含み、または銅から成っている。たとえば、この銀を含む層７は、銀を含み、または銀から成っている。延長接続部５（図１参照）は、この銀を含む層７とはんだ付けされている。

上記の銅を含む第１の層６、および銀を含む第２の層７は、シルクスクリーン印刷を用いて塗布されて焼成される。たとえばまず上記の銅を含む層６が塗布されて焼成され、これに続いて上記の銀を含む層７が塗布されて焼成される。代替として、これらの銅を含む層６および銀を含む層７は、続いて塗布され、この後一緒に焼成される。

１ 基体
２ａ 第１の外側面
２ｂ 第２の外側面
３ａ 第１の内部電極層
３ｂ 第２の内部電極層
４ａ 第１の外部接続部
４ｂ 第２の外部接続部
５ 延長接続部
６ 第１の層
７ 第２の層
Ｓ 積層方向

Claims (11)

1. 誘電体層（複数）と内部電極層（複数）（３ａ，３ｂ）とからなる積層体を備える基体（１）を備え、前記内部電極層（３ａ，３ｂ）との電気的接続のための外部接続部（４ａ，４ｂ）を備えた多層デバイスであって、
   前記外部接続部（４ａ，４ｂ）は、前記基体（１）の互いに反対側にある外側面にそれぞれ配置され、
   焼結された状態の第１の層（６）と前記第１の層（６）とは個別に焼結された状態の第２の層（７）とを備え、
   前記内部電極層（複数）（３ａ，３ｂ）と電気的に接続され、
   帯状に形成されていることを特徴とする、
   圧電アクチュエータとして形成される多層デバイス。
2. 前記第１の層（６）は、銅を含み、または銅から成り、前記第２の層（７）は、銀を含み、または銀から成ることを特徴とする、請求項１に記載の多層デバイス。
3. 前記第１の層（６）は、前記内部電極層（３ａ，３ｂ）と直接接続されて配設されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の多層デバイス。
4. 前記第２の層（７）は、前記第１の層（６）上に形成されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多層デバイス。
5. 前記多層デバイスは、前記外部接続部（４ａ，４ｂ）の接続のための延長接続部（５）を備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の多層デバイス。
6. 前記延長接続部（５）は、前記第２の層（７）とはんだ付けされていることを特徴とする、請求項５に記載の多層デバイス。
7. 前記内部電極層（３ａ，３ｂ）は、銅を含むことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の多層デバイス。
8. 誘電体層（複数）と内部電極層（複数）（３ａ，３ｂ）とから成る積層体を備えた基体（１）の互いに反対側にある外側面のそれぞれに、帯状に形成された外部接続部（４ａ，４ｂ）が取り付けられ、前記内部電極層（複数）（３ａ，３ｂ）と電気的に接続され、この外部接続部の取り付けにおいて、まず第１の層（６）が塗布されて焼結され、次いで第２の層（７）が塗布されて前記第１の層（６）とは個別に焼結されることを特徴とする、圧電アクチュエータとして形成される電子多層デバイスの製造方法。
9. 前記第１の層（６）および前記第２の層（７）は、シルクスクリーン印刷処理を用いて塗布されていることを特徴とする、請求項８に記載の電子多層デバイスの製造方法。
10. 前記第２の層（７）は、前記第１の層（６）上に塗布されることを特徴とする、請求項８または９に記載の電子多層デバイスの製造方法。
11. 前記第１の層（６）は、銅を含み、または銅から成り、前記第２の層（７）は、銀を含む、または銀から成ることを特徴とする、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の電子多層デバイスの製造方法。

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