WO2009156403A1 - Verfahren zur herstellung eines vielschichtbauelements, vielschichtbauelement und schablone - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines vielschichtbauelements, vielschichtbauelement und schablone Download PDF

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    • H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes

Definitions

  • An object to be solved is to provide a method for producing a multilayer component, in which the multilayer component can be produced efficiently and inexpensively, with a low manufacturing tolerance of the multilayer component is ensured.
  • the object is achieved by a method for producing a multilayer component according to claim 1. Furthermore, the object is achieved by a multilayer component according to claim 7 with the aid of a template for a screen printing method according to claim 10.
  • Specified multilayer component are printed in the provided on green sheets by means of a screen printing process electrodes.
  • a template is used, wherein the template has at least one mirror-symmetrical recess.
  • the recess has an interruption along the mirror axis at a first end. At a second end, the recess is continuous along the mirror axis.
  • Green sheets are stacked on top of each other so that the printed electrodes of each second layer are 180 ° apart rotated to the electrodes of the underlying green sheet are positioned.
  • the printed electrodes have a U-shaped form.
  • the U-shaped electrodes have a closed end in the region of the yoke and in the region of the legs of the U-shaped electrodes, the mold is open.
  • the closed end of the recess along the mirror axis has such a large one
  • the green sheets are superimposed in such a way that the printed electrodes of two green sheets arranged one above another form a closed ring in plan view.
  • the arms of the U-shaped electrodes thus overlap two layers, so that a closed frame is preferably formed in the plan view.
  • the printed green sheets are arranged one above the other in such a way that the legs of the mirror-symmetrical or U-shaped electrodes overlap in such a way that the largest possible overlapping area is formed.
  • the stacking process is monitored optically. Due to the optical monitoring during the stacking process can be very quickly and accurately detected deviations and subsequently corrected or avoided.
  • the finished stack is preferably divided in a further method step along the mirror axis of the electrodes into two ideally symmetrical components.
  • the electrodes of the individual components are arranged such that the electrodes can be contacted on the cut edge from the outside.
  • the multilayer component produced by the method described above has a plurality of layers of internal electrodes.
  • An external contact of the internal electrodes is arranged in a surface which is rotated by 90 ° with respect to the surface of the internal electrodes.
  • the multilayer component preferably has a plurality of internal electrodes, which are in each case assigned alternately to at least one of the regions via which contacting of the electrodes takes place from the outside.
  • Component arranged on a common side of the device. - A -
  • the multilayer component is preferably a piezoceramic multilayer component.
  • a stencil for a screen printing method which has at least one or more recesses.
  • the recess of the template is preferably mirror-symmetrical and has an interruption along the mirror axis at a first end and is recessed continuously at a second end along the mirror axis of the recess.
  • the design of the template allows simultaneous printing of both external connections. By using a single template thus very low manufacturing tolerances are achieved, whereby a shift in the tolerance frequency of the finished component can be kept as low as possible.
  • FIG. 1 shows a detail of a stencil used for printing the green sheets
  • FIG. 2 shows a single recess of the template from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the multilayer component.
  • FIG. 1 shows a section of a stencil 3 which is used for printing green sheets.
  • the template 3 has a plurality of recesses 4, which have a U-shaped configuration in the illustrated embodiment.
  • the recesses 4 may also have any other shape, wherein the recess 4 is preferably mirror-symmetrical.
  • the template 3 has a plurality of U-shaped recesses 4, which are preferably arranged regularly.
  • the recesses 4 can also be distributed almost arbitrarily over the template 3. By a regular arrangement of the recesses 4, however, a maximum number of recesses 4 is achieved for a given template size.
  • the recesses 4 are arranged in the illustrated embodiment, all with the same orientation on the template 3.
  • the recesses 4 may also have columns and / or rows have a different orientation. By an identical orientation, however, it is possible to stack rows or columns of electrodes by means of the template 3 with a plurality of recesses 4, using a rotation method in which every other layer of the electrodes is rotated by 180 ° on the underlying layer of the electrodes is to stack several multilayer components in one step. The components are then still isolated. The finished stack can then be divided accordingly in a later manufacturing step.
  • the recess 4 has a U-shaped configuration.
  • the recess 4 preferably has a recessed or closed region at a first end 6 along the mirror axis 5.
  • the recess 4 preferably has an interruption.
  • the thickness of the first, closed end 6 is preferably at most half as large as the entire longitudinal extent of the recess 4 along the mirror axis 5.
  • FIG. 3 shows a schematic view of a singulated multilayer component 1.
  • the multilayer component 1 has a plurality of layers of electrodes 2 arranged one above the other inside of the device 1 are arranged.
  • the electrodes 2 extend in at least two regions which correspond to the yoke or the closed ends of the recess of the template, as far as the outer edge of the component 1 to which they can be contacted from outside.
  • the electrodes 2 are preferably arranged such that the electrodes 2 are assigned alternately to one of the two contacting regions 8.
  • the outer contacts, not shown, of the electrodes are preferably arranged on one side of the component 1, wherein the two outer contact regions 8 are spaced apart from one another.
  • the electrodes 2 each have an active surface 9, wherein the active surfaces 9 of two electrodes 2 arranged one above the other overlap in the interior of the component 1.
  • the external contact of the electrodes 2 is preferably arranged at an angle of 90 ° to the main extension direction of the active surface 9 of the electrodes 2 on the end face of the component 1.
  • the external contact areas 8 are arranged in the illustrated embodiment on the same side of the device 1. However, it is also possible for the electrodes 2 to have more than one outwardly reaching region, so that the component 1 can have further regions for external contacting.
  • the invention is not limited to these. It is in principle possible for the recess to have any desired shape that is mirror-symmetrical and has a closed end and an open end along the mirror axis. The invention is not limited to the number of elements shown.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements (1) angegeben, bei dem auf bereitgestellte Grünfolien mittels eines Siebdruckverfahrens Elektroden (2) aufgedruckt werden. Zur Bedruckung der Grünfolien wird eine Schablone (3) verwendet, die wenigstens eine spiegelsymmetrische Aussparung (4) aufweist, wobei die Aussparung (4) entlang der Spiegelachse (5) an einem ersten Ende (6) eine Unterbrechung aufweist und an einem zweiten Ende (7) geschlossen ist. Die bedruckten Grünfolien werden derart übereinander gestapelt, dass die Elektroden (2) jeder zweiten Schicht um 180° gedreht zu den Elektroden (2) der darunter liegenden Grünfolie positioniert werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements, Vielschichtbauelement und Schablone
Aus der Druckschrift DE 102004038103 Al ist ein Vielschichtbauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt .
Eine zu lösende Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements anzugeben, bei dem das Vielschichtbauelement effizient und kostengünstig hergestellt werden kann, wobei eine geringe Fertigungstoleranz des Vielschichtbauelements gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements nach Anspruch 1 gelöst. Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Vielschichtbauelement nach Anspruch 7 unter Zuhilfenahme einer Schablone für ein Siebdruckverfahren nach Anspruch 10 gelöst.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines
Vielschichtbauelements angegeben, bei dem auf bereitgestellte Grünfolien mittels eines Siebdruckverfahrens Elektroden aufgedruckt werden. Zur Bedruckung der Grünfolien wird eine Schablone verwendet, wobei die Schablone wenigstens eine spiegelsymmetrische Aussparung aufweist. Die Aussparung weist entlang der Spiegelachse an einem ersten Ende eine Unterbrechung auf. An einem zweiten Ende ist die Aussparung entlang der Spiegelachse durchgehend. Die bedruckten
Grünfolien werden derart übereinander gestapelt, dass die aufgedruckten Elektroden jeder zweiten Schicht um 180° gedreht zu den Elektroden der unterliegenden Grünfolie positioniert werden.
In einer Ausführungsform weisen die aufgedruckten Elektroden eine U-förmige Form auf. Die U-förmigen Elektroden weisen im Bereich des Jochs ein geschlossenes Ende auf und im Bereich der Schenkel der U-förmigen Elektroden ist die Form offen.
In einer Ausführungsform weist das geschlossene Ende der Aussparung entlang der Spiegelachse eine derart große
Abmessung auf, dass die Dicke des geschlossenen Endes nahezu der Hälfte der Längenausdehnung der Aussparung entlang der Spiegelachse entspricht.
In einer Ausführungsform werden die Grünfolien derart übereinander gelegt, dass die aufgedruckten Elektroden zweier übereinander angeordneter Grünfolien in der Draufsicht einen geschlossenen Ring bilden.
Bei der Ausführungsform der U-förmigen Elektroden überlappen somit die Arme der U-förmigen Elektroden zweier Lagen, sodass in der Draufsicht vorzugsweise ein geschlossener Rahmen gebildet wird.
In einer Ausführungsform werden die bedruckten Grünfolien derart übereinander angeordnet, dass sich die Schenkel der spiegelsymmetrischen beziehungsweise U-förmigen Elektroden derart überlappen, dass ein möglichst großer Überlappungsbereich gebildet wird.
Zur Überwachung der Genauigkeit des Stapeins der bedruckten Grünfolien wird der Stapelvorgang optisch überwacht. Durch die optische Überwachung beim Stapelvorgang können sehr schnell und exakt Abweichungen detektiert und in weiterer Folge korrigiert beziehungsweise vermieden werden.
Nach dem Stapelvorgang und eventueller weiterer herstellungsbedingter Zwischenschritte, wie beispielsweise dem Sintern der Grünfolien, wird der fertige Stapel in einem weiteren Verfahrensschritt vorzugsweise entlang der Spiegelachse der Elektroden in zwei im Idealfall symmetrische Bauelemente zerteilt.
Nach dem Zerteilen des Grünfolienstapels sind die Elektroden der einzelnen Bauelemente derart angeordnet, dass die Elektroden an der Schnittkante von außen kontaktiert werden können .
Das nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellte Vielschichtbauelement weist mehrere Schichten von Innenelektroden auf. Eine Außenkontaktierung der Innenelektroden ist in einer Fläche angeordnet, die um 90° gegenüber der Fläche der Innenelektroden gedreht ist.
Das Vielschichtbauelement weist vorzugsweise mehrere Innenelektroden auf, die jeweils abwechselnd wenigstens einem der Bereiche zugeordnet sind, über die eine Kontaktierung der Elektroden von außen erfolgt. Dazu sind die
Außenkontaktierungsbereiche an wenigstens einer Seitenfläche des Bauelements angeordnet und die Innenelektroden in unterschiedlichen Hauptflächen des Bauelements angeordnet.
Bevorzugt sind die Außenkontaktierungsbereiche des
Bauelements auf einer gemeinsamen Seite des Bauelements angeordnet . - A -
Bei dem Vielschichtbauelement handelt es sich bevorzugt um ein piezokeramisches Vielschichtbauelement.
Zur Herstellung des Vielschichtbauelements wird eine Schablone für ein Siebdruckverfahren verwendet, die wenigstens eine oder mehrere Aussparungen aufweist. Die Aussparung der Schablone ist vorzugsweise spiegelsymmetrische und weist entlang der Spiegelachse an einem ersten Ende eine Unterbrechung auf und ist an einem zweiten Ende entlang der Spiegelachse der Aussparung durchgehend ausgespart.
Durch das zuvor beschriebene Verfahren ist es möglich, Vielschichtbauelemente mit sehr geringen Fertigungstoleranzen herzustellen. Beim Stapeln von Grünfolien ist die Genauigkeit der abzustapelnden Innenelektroden im Hinblick auf die
Verteilung der Resonanzfrequenz von großer Bedeutung. Durch das zuvor beschriebene Verfahren ist somit ein effizientes Verstapeln der Folien möglich. So sind unterschiedliche Bauelemente mit gleichen oder eng tolerierten Resonanzfrequenzen möglich.
Durch das Design der Schablone können beide für die Kontaktierung nach außen vorgesehenen Anschlüsse gleichzeitig gedruckt werden. Durch die Verwendung einer einzelnen Schablone werden somit sehr geringe Fertigungstoleranzen erreicht, womit eine Verschiebung der Toleranzfrequenz des fertigen Bauteils möglichst gering gehalten werden kann.
Somit ist es möglich, ein Vielschichtbauelement mit hoher Effizienz und Genauigkeit herzustellen, wobei die Kosten für die Herstellung möglichst gering gehalten sind. Die oben beschriebenen Verfahren und Gegenstände werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert .
Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen. Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein. Elemente, die einander gleichen oder die die gleichen Funktionen übernehmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Schablone, die für das Bedrucken der Grünfolien verwendet wird,
Figur 2 zeigt eine einzelne Aussparung der Schablone aus Figur 1,
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des Vielschichtbauelements .
In Figur 1 ist ein Ausschnitt einer Schablone 3 gezeigt, die zum Bedrucken von Grünfolien eingesetzt wird. Die Schablone 3 weist mehrere Aussparungen 4 auf, die in der dargestellten Ausführungsform eine U-förmige Gestalt aufweisen. Die Aussparungen 4 können auch jede beliebige andere Gestalt aufweisen, wobei die Aussparung 4 vorzugsweise spiegelsymmetrisch ist. In der dargestellten Ausführungsform weist die Schablone 3 mehrere U-förmige Aussparungen 4 auf, die vorzugsweise regelmäßig angeordnet sind. Die Aussparungen 4 können jedoch auch nahezu beliebig über die Schablone 3 verteilt sein. Durch eine regelmäßige Anordnung der Aussparungen 4 wird jedoch eine größtmögliche Anzahl an Aussparungen 4 für eine vorgegebene Schablonengröße erreicht. Die Aussparungen 4 sind in der dargestellten Ausführungsform alle mit der gleichen Ausrichtung auf der Schablone 3 angeordnet. Die Aussparungen 4 können jedoch auch Spalten und/oder Reihenweise eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen. Durch eine identische Ausrichtung ist es jedoch möglich, beim Stapeln von Reihen oder Spalten von Elektroden mittels der Schablone 3 mit mehreren Aussparungen 4, unter Verwendung eines Rotationsverfahrens, bei dem jede zweite Lage der Elektroden um 180° gedreht auf der darunter liegenden Lage der Elektroden angeordnet wird, mehrere Vielschichtbauelemente in einem Schritt zu stapeln. Die Bauelemente werden anschließend noch vereinzelt. Die fertigen Stapel können dann in einem späteren Fertigungsschritt entsprechend zerteilt werden.
Die Figur 2 zeigt eine einzelne Aussparung 4 der Schablone 3 aus Figur 1. In der dargestellten Ausführungsform weist die Aussparung 4 eine U-förmige Gestalt auf. Die Aussparung 4 weist vorzugsweise an einem ersten Ende 6 entlang der Spiegelachse 5 einen durchgehend ausgesparten beziehungsweise geschlossenen Bereich auf. An einem zweiten Ende 7 entlang der Spiegelachse 5 weist die Aussparung 4 vorzugsweise eine Unterbrechung auf. Die Dicke des ersten, geschlossenen Endes 6 ist vorzugsweise maximal halb so groß wie die gesamte Längenausdehnung der Aussparung 4 entlang der Spiegelachse 5. Somit kommt es bei zwei übereinander positionierten und um 180° gedrehten Grünfolien vorzugsweise zu keiner Überlappung der geschlossenen Bereiche der aufgedruckten Elektroden.
In der Figur 3 ist eine schematische Ansicht eines vereinzelten Vielschichtbauelements 1 dargestellt. Das Vielschichtbauelement 1 weist mehrere Schichten von übereinander angeordneten Elektroden 2 auf, die im Inneren des Bauelements 1 angeordnet sind. Zur Kontaktierung der Elektroden 2 reichen die Elektroden 2 in wenigstens zwei Bereichen, die dem Joch beziehungsweise den geschlossenen Enden der Aussparung der Schablone entsprechen, bis an die Außenkante des Bauelements 1 an dem sie von außen kontaktiert werden können, heran. Die Elektroden 2 sind vorzugsweise derart angeordnet, dass die Elektroden 2 abwechselnd einem der beiden Kontaktierungsbereiche 8 zugeordnet sind. Die nicht dargestellten Außenkontaktierungen der Elektroden sind vorzugsweise auf einer Seite des Bauelements 1 angeordnet, wobei die beiden Außenkontaktierungsbereiche 8 voneinander beabstandet sind. Die Elektroden 2 weisen jeweils eine aktive Fläche 9 auf, wobei sich die aktiven Flächen 9 zweier übereinander angeordneter Elektroden 2 im Inneren des Bauelements 1 überlappen. Die Außenkontaktierung der Elektroden 2 ist vorzugsweise im Winkel von 90° zur Hauptausdehnungsrichtung der aktiven Fläche 9 der Elektroden 2 an der Stirnseite des Bauelements 1 angeordnet. Die Außenkontaktierungsbereiche 8 sind in der dargestellten Ausführungsform auf der gleichen Seite des Bauelements 1 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Elektroden 2 mehr als einen nach außen reichenden Bereich aufweisen, so dass das Bauelement 1 weitere Bereiche zur Außenkontaktierung aufweisen kann.
Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte Anzahl möglicher Weiterbildung der Erfindung beschrieben werden konnte, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist prinzipiell möglich, dass die Aussparung jede beliebige Form aufweist, die spiegelsymmetrisch ist und entlang der Spiegelachse ein geschlossenes Ende und ein offenes Ende aufweist. Die Erfindung ist nicht auf die Anzahl der dargestellten Elemente beschränkt.
Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen, soweit technisch sinnvoll, beliebig miteinander kombiniert werden .
Bezugszeichenliste
1 Vielschichtbauelement
2 Elektrode 3 Schablone
4 Aussparung
5 Spiegelachse
6 erstes Ende der Aussparung 4
7 zweites Ende der Aussparung 4 8 Außenkontaktierungsbereich
9 Fläche der Elektrode 2

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements
(D, - bei dem auf bereitgestellte Grünfolien mittels eines
Siebdruckverfahrens Elektroden (2) aufgedruckt werden, wobei zur Bedruckung der Grünfolien eine Schablone (3) verwendet wird, die wenigstens eine spiegelsymmetrische Aussparung (4) aufweist, - wobei die Aussparung (4) entlang der Spiegelachse (5) an einem ersten Ende (6) unterbrochen und an einem zweiten Ende (7) geschlossen ist, wobei die bedruckten Grünfolien derart übereinander gestapelt werden, dass die Elektroden (2) jeder zweiten Schicht um 180° gedreht zu den Elektroden (2) der darunter liegenden Grünfolie positioniert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aufgedruckten Elektroden (2) eine U-förmige Form aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Grünfolien derart übereinander gelegt werden, dass die Elektroden
(2) zweier übereinander angeordneter Grünfolien in der Draufsicht einen geschlossenen Ring bilden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Genauigkeit des Stapeins der Grünfolien optisch überwacht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der fertige Stapel entlang der Spiegelachse (5) der Elektroden (2) in zwei nahezu symmetrische Bauelemente (1) zerteilt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Elektroden (2) des Bauelements (1) an der Schnittkante von außen kontaktiert werden.
7. Vielschichtbauelement, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, das mehrere Schichten von Innen angeordneten Elektroden (2) aufweist, wobei die jeweilige Fläche einer Außenkontaktierung der innen liegenden Elektroden (2) zu der Fläche (9) der Elektroden (2) um 90° gedreht angeordnet ist.
8. Vielschichtbauelement nach Anspruch 7, wobei der Außenkontaktierungsbereich (8) auf einer Seite des Bauelements (1) angeordnet ist.
9. Vielschichtbauelement nach Anspruch 7 oder 8, bei dem es sich um ein piezokeramisches Vielschichtbauelement (1) handelt .
10. Schablone für Siebdruckverfahren, die wenigstens eine spiegelsymmetrische Aussparung (4) aufweist.
11. Schablone nach Anspruch 10, wobei die Aussparung (4) der Schablone (3) entlang der Spiegelachse (5) an einem ersten Ende (6) eine Unterbrechung aufweist und an einem zweiten Ende (7) geschlossen ist.
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