WO2015028192A1 - Verfahren zur herstellung von keramischen vielschichtbauelementen - Google Patents

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Marion Ottlinger
Robert Krumphals
Alexander Glazunov
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Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • An object to be solved is to provide an improved ceramic multilayer component and a method for the same
  • the method comprises providing green sheets for the ceramic
  • the green sheets are preferably layers of a raw material, which is not sintered, for example, for the ceramic
  • the method further comprises providing the green sheets with internal electrodes.
  • Internal electrodes can have copper (Cu).
  • the internal electrodes are made of copper.
  • the green sheets are preferably each coated with at least one inner electrode or inner electrode layer.
  • the method further comprises stacking the with the
  • the method comprises pressing the stack into a block.
  • the method further comprises separating the block into sub-blocks, each sub-block comprising a
  • a sub-block of the block may be a latch.
  • the longitudinal direction of the block may refer in the present application to a main direction of extension of the block. End faces of the block may in particular run parallel to the longitudinal direction.
  • the longitudinal direction preferably continues to be perpendicular to a depth or width of the block. Said end faces preferably designate side surfaces of the block to which the internal electrodes can be contacted with external electrodes or an external contact.
  • the block is for
  • the number of subblocks can be between 2 and 10.
  • the block is cut several times for the separation transversely to the longitudinal direction.
  • the number of subblocks can be between 2 and 10.
  • the block for separating parallel to the longitudinal direction is cut more often than transverse to the longitudinal direction of the block.
  • Process costs in particular the thermal treatment and the mechanical processing can be reduced, because a smaller number of parts or sub-blocks, especially on surfaces where the sub-blocks are provided with external electrodes (see below), must be treated or processed.
  • side surfaces which run parallel to the longitudinal direction of the block can advantageously be processed or processed in parallel in subsequent method steps.
  • a surface normal of these side surfaces can be oriented perpendicular to the longitudinal direction.
  • the method further comprises, preferably according to
  • the thermal treatment comprises decarburizing the sub-blocks.
  • the decarburization can, for example, to expel carbon from the
  • Subblocks continue to expose the subblocks special, for example, low-oxygen, atmosphere include.
  • the sub-blocks are sintered during the thermal treatment.
  • the sintering is expediently carried out after decarburization.
  • the method further comprises the thermal
  • the mechanical processing can be a removal of material from the surfaces of the sub-blocks.
  • Partial blocks preferably to loops act.
  • the method further comprises, preferably after mechanical processing, providing the sub-blocks with external electrodes.
  • the sub-blocks are preferably on
  • the inner electrodes expediently contacted the inner electrodes, that is, electrically conductively connected to the outer electrodes.
  • the method further comprises singulating the sub-blocks in each case transversely to the longitudinal direction into individual ceramic multilayer components.
  • singulating the sub-blocks transversely to the longitudinal direction is in each case a sub-block
  • the partial blocks are each separated transversely to the longitudinal direction after the mechanical processing.
  • Layer stacks for example consisting of ceramic films and internal electrodes are thereby after pressing in actuators by separation process
  • Warp the actuators during sintering, which at
  • Actuators with a small cross-section can be particularly strong. The consequence may be that the ceramic
  • Multi-layer devices or actuators are useless or increased grinding costs with appropriate
  • Another problem may relate to a grinding allowance, a grinding tolerance or a displacement of insulating regions of the respective actuator during the grinding of the side surfaces.
  • Process step is less;
  • Edge breakouts of individual actuators is significantly reduced, because the bars only in a late process step in actuators
  • the surfaces of the sub-blocks are machined on opposite outer or side surfaces on which the sub-blocks, preferably in a later method step, with
  • External electrodes are provided. In the outside or
  • Side surfaces are preferably peripheral surfaces of the block or sub-block and not the surfaces of the top and bottom.
  • Bottom surfaces may also be mechanically treated, for example, to a lesser extent than said peripheral surfaces of the block.
  • the mechanical machining of the surfaces of the sub-blocks comprises four
  • the method comprises providing the subblocks with an external contact, for example by means of a solder or by a soldering process.
  • the external contact can be or have an electrical conductor, which can be electrically conductively connected to the outer electrode via the solder.
  • the sub-blocks are each separated transversely to the longitudinal direction into individual ceramic multilayer components.
  • Multilayer component a multilayer capacitor.
  • the presented method comprises providing green sheets for the
  • Greensheets with internal electrodes stacking the greensheets provided with the internal electrodes into a stack and then pressing the stack into a block, the
  • Figure 1 shows schematically a block of
  • FIG. 2 schematically shows a partial block, which consists of the
  • FIG. 3 indicates the separation of a partial block.
  • FIG. 4 indicates a production method for a ceramic multilayer component, by means of which the advantages of the method according to FIGS. 1 to 3 are explained.
  • the figures indicate a production method for ceramic multilayer components.
  • FIG. 1 shows a block 1.
  • the block 1 has preferably been formed or produced by pressing a stack of green sheets 5 stacked on top of each other and provided with internal electrodes (not explicitly shown).
  • the internal electrodes not explicitly shown.
  • Stacking direction corresponds to the direction Z in Figure 1.
  • the green sheets 5 are preferably provided in advance and preferably each with at least one of
  • the green sheets 5 may be foils for a ceramic or ceramic layer to be produced.
  • the internal electrodes can, for example, by
  • the block 1 has a longitudinal direction X. After stacking the green sheets 5 provided with internal electrodes, there is preferably at least one internal electrode layer between two adjacent green sheets 5.
  • the inner electrodes or inner electrode layers can furthermore be arranged laterally offset alternately in the stacking direction, so that, for example, only every second inner electrode layer on one side of the stack is accessible and can be contacted.
  • the block 1 is separated after pressing in sub-blocks 3. Such a sub-block 3 is shown in FIG.
  • Contours of the sub-blocks 3 are indicated in Figure 1 by cuts or cutting directions 2.
  • the singling is preferably carried out by cutting the block 1 into sub-blocks 3.
  • the cuts preferably take place parallel to and perpendicular to the longitudinal direction X.
  • perpendicular to the longitudinal direction X means perpendicular to the longitudinal direction X, perpendicular to the longitudinal direction X.
  • the block 1 is preferably cut only once.
  • the block 1 can be cut several times transverse to the longitudinal direction X.
  • the number of sub-blocks 3, which were cut transversely to the longitudinal direction X can be between 2 and 10.
  • Parallel to the longitudinal direction X the block 1 is preferably cut many times (for example four times in FIG. 1).
  • the number of sub-blocks which have been cut parallel to the longitudinal direction X may, for example, be between 2 and 50 (see Y-direction in FIG.
  • the block is preferably cut more often for the separation parallel to the longitudinal direction X than transverse to the longitudinal direction X of the block 1, since this reduces the manufacturing outlay
  • FIG. 2 shows a partial block 3 or latch by way of example for a large number of the sub-blocks 3 separated from the block 1.
  • the presented method further comprises the
  • the thermal treatment may include decarburizing the sub-blocks 3 to expel carbon from the sub-blocks 3, for example in an oxygen-lean atmosphere.
  • the low-oxygen atmosphere may be an atmosphere of reduced partial pressure of oxygen.
  • oxidation of the internal electrodes, which are made of copper (Cu) for example, can be prevented or restricted by a reduced oxygen partial pressure.
  • the thermal comprises
  • the method further comprises, preferably after the thermal treatment, the mechanical processing of top or side surfaces of the sub-blocks 3.
  • Machining is preferably carried out on the side surfaces 6, 7, 8 and 9 of the part or blocks 3.
  • each individual sub-block 3 is preferably provided with external electrodes (not explicitly shown).
  • External electrodes are preferably attached or deposited on major side surfaces of the sub-blocks 3.
  • Main side surfaces are designated in Figure 2 by the reference numerals 6 and 7.
  • the insulating regions can be formed by the lateral offset of internal electrodes adjacent in the stacking direction, so that, for example, when the subblocks with external electrodes are provided on the side surfaces 6 and 7, only every second internal electrode is contacted and / or electrically conductively connected to the respective external electrode.
  • FIG. 3 illustrates the separation of the sub-blocks transversely to the longitudinal direction X into individual ceramics
  • Multi-layer devices 100 In this case, each sub-block 3 after the accident with the outer electrodes across the
  • the method can be more
  • Process steps for the final completion of the individual ceramic multilayer components 100 include.
  • the proposed method can be used in the manufacture of multilayer piezoelectric actuators with Cu internal electrodes. You can also continue
  • Devices or actuators with other types of electrodes e.g. from Ag or AgPd are processed or prepared in the same way.
  • this technology can be applied to other products, such as multilayer ceramic capacitors, where the multi-layered components or multilayer devices are processed over many process steps as a part of the block or as a whole block and not sporadically.
  • multi-layer devices or sub-blocks have been manufactured or produced, for example with the dimensions 3.4 x 3.4 x 27 mm 3 to 5.2 x 5.2 x 60 mm 3 .
  • FIG. 1 a block 1 according to FIG. 1 is shown.
  • Contours of the sub-blocks 3, in which the block 1 is isolated are, as described above, indicated by cuts or cutting directions 2.
  • the right image shows a partial block 3 or bar exemplified for a variety of isolated from the block 1 sub-blocks 3.
  • the cuts 2 done or run here for the separation parallel and transverse to the longitudinal direction X.
  • Transverse to the longitudinal direction X the block 1 in this process -
  • Multilayer component (as described above).

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Vielschichtbauelementen (100) angegeben. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen von Grünschichten (5) für die keramischen Vielschichtbauelemente (100), das Stapeln der Grünschichten (5) zu einem Stapel und das anschließende Pressen des Stapels zu einem Block (1). Weiterhin umfasst das Verfahren das Vereinzeln des Blocks (1) in Teilblöcke (3) mit jeweils einer Längsrichtung (X), das thermisches Behandeln der Teilblöcke (3) und das anschließende mechanische Bearbeiten von Oberflächen der Teilblöcke (3) sowie das Versehen der Teilblöcke (3) mit Außenelektroden und das Vereinzeln der Teilblöcke (3) jeweils quer zu der Längsrichtung (X) in einzelne keramische Vielschichtbauelemente (100).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von keramischen
VielSchichtbauelementen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung von keramischen Vielschichtbauelementen und ein keramisches Vielschichtbauelement .
Eine zu lösende Aufgabe ist es, ein verbessertes keramisches Vielschichtbauelement sowie ein Verfahren zu dessen
Herstellung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung von keramischen
Vielschichtbauelemeten angegeben. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen von Grünschichten für die keramischen
Vielschichtbauelemente . Bei den Grünschichten handelt es sich vorzugsweise um Schichten aus einem Rohmaterial, welches beispielsweise nicht gesintert ist, für die keramischen
Vielschichtbauelemente. Das Verfahren umfasst weiterhin das Versehen der Grünschichten mit Innenelektroden. Die
Innenelektroden können Kupfer (Cu) aufweisen.
In einer Ausgestaltung sind die Innenelektroden aus Kupfer.
Die Grünschichten werden vorzugsweise jeweils mit mindestens einer Innenelektrode oder Innenelektrodenschicht beschichtet.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Stapeln der mit den
Innenelektroden versehenen Grünschichten zu einem Stapel. Das Stapeln erfolgt vorzugsweise derart, dass die Innenelektroden jeweils zwischen zwei benachbarten Grünschichten angeordnet werden . In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Verfahren nach dem Stapeln der Grünschichten das Pressen des Stapels zu einem Block. Das Verfahren umfasst weiterhin das Vereinzeln des Blocks in Teilblöcke, wobei jeder Teilblock eine
Längsrichtung aufweist. Ein Teilblock des Blocks kann ein Riegel sein.
Die Längsrichtung des Blocks kann sich in der vorliegenden Anmeldung auf eine Haupterstreckungsrichtung des Blocks beziehen. Stirnseiten des Blocks können insbesondere parallel zu der Längsrichtung verlaufen. Die Längsrichtung verläuft vorzugsweise weiterhin senkrecht zu einer Tiefe oder Breite des Blocks. Die genannten Stirnseiten bezeichnen vorzugsweise Seitenflächen des Blocks, an welchen die Innenelektroden mit Außenelektroden oder einer Außenkontaktierung kontaktiert werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Block zum
Vereinzeln des Blocks geschnitten. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Block,
insbesondere für das Vereinzeln, quer zur Längsrichtung und/oder entlang der Längsrichtung des Blocks nur einmal geschnitten, vorzugsweise zur Bildung zweier oder mehrerer gleichlanger Teilblöcke. Die Anzahl der Teilblöcke kann zwischen 2 und 10 liegen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Block
beziehungsweise die bereits geschnittenen Teile des Blocks entlang einer Tiefe parallel zur Längsrichtung mehrfach oder vielfach geschnitten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Block für das Vereinzeln quer zu der Längsrichtung mehrfach geschnitten. Die Anzahl der Teilblöcke kann dabei zwischen 2 und 10 liegen .
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Block für das Vereinzeln parallel zur Längsrichtung öfter geschnitten als quer zu der Längsrichtung des Blocks. Durch diese
Ausgestaltung kann mit Vorteil der Herstellungs- oder
Prozessaufwand, insbesondere die thermische Behandlung und das mechanische Bearbeiten, reduziert werden, weil eine geringere Anzahl von Teilen oder Teilblöcken, insbesondere an Oberflächen, an denen die Teilblöcke mit Außenelektroden versehen werden (siehe unten) , behandelt oder bearbeitet werden muss. Mit anderen Worten können Seitenflächen, welche parallel zu der Längsrichtung des Blocks verlaufen, in anschließenden Verfahrensschritten mit Vorteil parallel prozessiert oder bearbeitet werden.
Eine Oberflächennormale dieser Seitenflächen kann dabei senkrecht zu der Längsrichtung orientiert sein.
Das Verfahren umfasst weiterhin, vorzugsweise nach dem
Vereinzeln des Blocks in die Teilblöcke, das thermische
Behandeln der Teilblöcke. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das thermische Behandeln ein Entkohlen der Teilblöcke. Das Entkohlen kann beispielsweise zum Austreiben von Kohlenstoff aus den
Teilblöcken weiterhin das Aussetzen der Teilblöcke einer speziellen, beispielsweise sauerstoffarmen, Atmosphäre umfassen .
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Teilblöcke während des thermischen Behandeins gesintert. Die Sinterung erfolgt zweckmäßigerweise nach dem Entkohlen.
Das Verfahren umfasst weiterhin nach dem thermischen
Behandeln das mechanische Bearbeiten von Oberflächen der Teilblöcke. Bei dem mechanischen Bearbeiten kann es sich um eine Abtragung von Material von den Oberflächen der
Teilblöcke, vorzugsweise um Schleifen, handeln.
Das Verfahren umfasst weiterhin, vorzugsweise nach dem mechanischen Bearbeiten, das Versehen der Teilblöcke mit Außenelektroden. Die Teilblöcke werden vorzugsweise an
Seitenflächen, welche parallel zu der Längsrichtung sind, mit den Außenelektroden versehen. Insbesondere werden bei dem Versehen der Teilblöcke mit den Außenelektroden
zweckmäßigerweise die Innenelektroden kontaktiert, das heißt elektrisch leitfähig mit den Außenelektroden verbunden.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Vereinzeln der Teilblöcke jeweils quer zu der Längsrichtung in einzelne keramische Vielschichtbauelemente . Bei dem Vereinzeln der Teilblöcke quer zu der Längsrichtung wird jeweils ein Teilblock
vorzugsweise quer zu der Längsrichtung vielfach geschnitten, um einzelne keramische Vielschichtbauelemente zu bilden. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Teilblöcke nach dem mechanischen Bearbeiten jeweils quer zu der Längsrichtung vereinzelt. Dadurch kann bei der Herstellung der keramischen Vielschichtbauelemente mit Vorteil auf eine aufwändige und serielle Prozessierung von bereits fertig vereinzelten
Bauteilen oder Grundkörpern für die Bauteile verzichtet werden. Üblicherweise werden vielschichtige keramische, beispielsweise piezoelektrische, Vielschichtbauelemente, beispielsweise Aktuatoren, bereits vereinzelt über viele
Prozessschritten prozessiert. Schichtstapel, beispielsweise bestehend aus Keramikfolien und Innenelektroden werden dabei nach dem Pressen in Aktuatoren durch Trennverfahren
vereinzelt. Diese werden danach als einzelne Bauteile
entkohlt, gesintert, geschliffen und metallisiert oder kontaktiert .
Eine solche Prozessierung benötigt einerseits viel Aufwand, weil jeder Aktuator einzeln bearbeitet wird, und anderseits ist dies mit technischen Problemen verbunden. Zu diesen gehören ein möglicher Verzug, beispielsweise eine
Verkrümmung, der Aktuatoren beim Sintern, welcher bei
Aktuatoren mit kleinem Querschnitt besonders stark ausfallen kann. Die Folge kann sein, dass die keramischen
Vielschichtbauelemente oder Aktuatoren unbrauchbar sind oder ein erhöhter Schleifaufwand mit entsprechendem
Materialverlust notwendig ist. Ein weiteres Problem kann ein Schleifaufmaß , eine Schleiftoleranz oder einen Versatz von isolierenden Bereichen des jeweiligen Aktuators während des Schleifens der Seitenflächen betreffen.
Insbesondere kann für eine ordnungsgemäße Kontaktierung der Innenelektroden ein großes Schleifaufmaß von Nachteil sein, da durch das Schleifen die Breiten der genannten isolierenden Bereiche verringert werden und ab einem gewissen
Schleifaufmaß somit Kurzschlüsse zwischen den Innenelektroden auftreten könnten, insbesondere im Betrieb der keramischen Vielschichtbauelemente . Die Bearbeitung von Teilblöcken oder Riegeln anstatt von einzelnen Aktuatoren bringt die folgenden Vorteile:
- Der Herstellungs- oder Prozessaufwand, insbesondere von der thermischen Behandlung bis zum mechanischen Bearbeiten, wird reduziert, weil die Anzahl von Teilen bei jedem
Prozessschritt geringer ist;
- Materialverlust, z.B. durch Schleifaufmaß wird reduziert;
- Verzug von Bauteilen mit kleinem Querschnitt (z.B. 3 x 3 mm) wird reduziert
- Die Schnittfläche erfüllt Anforderungen an die
Oberflächenqualität, und so wird keine weitere Bearbeitung (z.B. Schleifen) von, beispielsweise 2 Seiten jedes Aktuators benötigt ;
- Die Symmetrie von Isolierbereichen kann durch die
Einstellung von Schnittposition im fertig prozessierten
Riegel erhöht werden;
- Das Risiko von mechanischen Beschädigungen (z.B. von
Kantenausbrüchen) von einzelnen Aktuatoren wird erheblich reduziert, weil die Riegel erst bei einem spät angelegten Prozessschritt in Aktuatoren
vereinzelt werden; dies kann mit Vorteil zu einer Erhöhung der Ausbeute der Aktuatoren führen;
- Zusätzlich besteht die Möglichkeit, neue Prozesse wie Ätzen von Innenelektroden in oder an isolierenden Bereichen der keramischen Schichten oder Grünschichten für die Herstellung von Aktuatoren mit verbesserten elektrischen Eigenschaften und/oder erhöhter Lebensdauer bei einem verhältnismäßig geringen Herstellungsaufwand einzuführen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Oberflächen der Teilblöcke an gegenüberliegenden Außen- oder Seitenflächen mechanisch bearbeitet, an welchen die Teilblöcke, vorzugsweise in einem späteren Verfahrensschritt, mit
Außenelektroden versehen werden. Bei den Außen- oder
Seitenflächen handelt es sich vorzugsweise um umfängliche Flächen des Blocks oder Teilblocks und nicht um die Flächen der Ober- und Unterseite. Die Flächen der Ober- und
Unterseite können ebenfalls mechanisch behandelt werden, beispielsweise in einem geringeren Ausmaß als die genannten umfänglichen Flächen des Blocks. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das mechanische Bearbeiten von den Oberflächen der Teilblöcke vier
Außenflächen jeweils eines Teilblocks.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Verfahren nach dem Versehen der Teilblöcke mit Außenelektroden das Versehen der Teilblöcke mit einer Außenkontaktierung, beispielsweise durch ein Lot oder durch einen Lötprozess. Beispielsweise kann die Außenkontaktierung ein elektrischer Leiter sein oder einen solchen aufweisen, welcher über das Lot elektrisch leitfähig mit der Außenelektrode verbunden werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Teilblöcke nach dem Versehen der Teilblöcke mit den Außenelektroden und nach dem Versehen der Teilblöcke mit der Außenkontaktierung jeweils quer zu der Längsrichtung in einzelne keramische Vielschichtbauelemente vereinzelt .
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das keramische
Vielschichtbauelement ein piezoelektrisches
Vielschichtbauelement beziehungsweise ein piezoelektrischer Aktuator . In einer Ausgestaltung ist das keramische
Vielschichtbauelement ein Vielschichtkondensator .
Es wird weiterhin ein keramisches, beispielsweise
piezoelektrisches Vielschichtbauelement angegeben, welches mittels des hier beschriebenen Verfahrens herstellbar oder hergestellt ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das vorgestellte Verfahren das Bereitstellen von Grünschichten für die
keramischen Vielschichtbauelemente, das Versehen der
Grünschichten mit Innenelektroden, das Stapeln der mit den Innenelektroden versehenen Grünschichten zu einem Stapel und anschließendes Pressen des Stapels zu einem Block, das
Vereinzeln des Blocks in Teilblöcke mit jeweils einer
Längsrichtung, das thermisches Behandeln der Teilblöcke und anschließendes mechanisches Bearbeiten von Oberflächen der Teilblöcke, das Versehen der Teilblöcke mit Außenelektroden, und das Vereinzeln der Teilblöcke jeweils quer zu der
Längsrichtung in einzelne keramische Vielschichtbauelemente.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausgestaltungen und
Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Figur 1 zeigt schematisch einen Block von mit
Innenelektroden versehenen Grünschichten. Figur 2 zeigt schematisch einen Teilblock, welcher aus dem
Block vereinzelt wurde.
Figur 3 deutet das Vereinzeln eines Teilblocks an. Figur 4 deutet ein Herstellungsverfahren für ein keramisches Vielschichtbauelement an, anhand dessen die Vorteile des Verfahrens gemäß den Figuren 1 bis 3 erläutert werden.
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren
Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figuren deuten ein Herstellungsverfahren für keramische Vielschichtbauelemente an.
Figur 1 zeigt einen Block 1. Der Block 1 ist vorzugsweise durch Pressen eines Stapels aus aufeinander geschichteten und mit Innenelektroden (nicht explizit dargestellt) versehenen Grünschichten 5 gebildet oder hergestellt worden. Die
Stapelrichtung entspricht der Richtung Z in Figur 1. Dazu sind die Grünschichten 5 vorzugsweise vorher bereitgestellt und vorzugsweise jeweils mit mindestens einer der
Innenelektroden versehen worden. Die Grünschichten 5 können Folien für eine herzustellende Keramik oder Keramikschicht sein. Die Innenelektroden können, beispielsweise durch
Siebdruck, auf die Keramikfolien gedruckt werden.
Der Block 1 weist eine Längsrichtung X auf. Nach dem Stapeln der mit Innenelektroden versehenen Grünschichten 5 befindet sich vorzugsweise zwischen zwei benachbarten Grünschichten 5 mindestens eine Innenelektrodenschicht . Die Innenelektroden oder Innenelektrodenschichten können weiterhin in Stapelrichtung alternierend lateral versetzt angeordnet werden, so dass beispielsweise nur jede zweite Innenelektrodenschicht auf einer Seite des Stapels zugänglich ist und kontaktiert werden kann.
Der Block 1 wird nach dem Pressen in Teilblöcke 3 vereinzelt. Ein solcher Teilblock 3 ist in Figur 2 dargestellt. Die
Konturen der Teilblöcke 3 sind in Figur 1 durch Schnitte oder Schnittrichtungen 2 angedeutet. Bei dem Vereinzeln handelt es sich vorzugsweise um Schneiden des Blocks 1 in Teilblöcke 3. Die Schnitte erfolgen während des Vereinzeins vorzugsweise parallel und senkrecht zur Längsrichtung X. Insbesondere bedeutet „senkrecht zur Längsrichtung X" vorzugsweise quer zur Längsrichtung. Senkrecht oder quer zur Längsrichtung X wird der Block 1 vorzugsweise nur einmal geschnitten.
Alternativ kann der Block 1 quer zur Längsrichtung X mehrfach geschnitten werden. Die Anzahl der Teilblöcke 3, welche quer zur Längsrichtung X geschnitten wurden, kann zwischen 2 und 10 liegen. Parallel zur Längsrichtung X wird der Block 1 vorzugsweise vielfach (in der Figur 1 beispielsweise viermal) geschnitten. Die Anzahl der Teilblöcke, welche parallel zur Längsrichtung X geschnitten wurden, kann beispielsweise zwischen 2 und 50 liegen (vgl. Y-Richtung in Figur 1) . Der Block wird für das Vereinzeln parallel zur Längsrichtung X vorzugsweise öfter geschnitten als quer zu der Längsrichtung X des Blocks 1, da hierdurch der Herstellungsaufwand
reduziert werden kann (siehe oben) . Die Schnittflächen der Teilblöcke erfüllen dabei bevorzugt bereits die Anforderungen an die gewünschte Oberflächenqualität, beispielsweise in Bezug auf die Rauigkeit. Figur 2 zeigt einen Teilblock 3 oder Riegel beispielhaft für eine Vielzahl der aus dem Block 1 vereinzelten Teilblöcke 3.
Das vorgestellte Verfahren umfasst weiterhin nach dem
Vereinzeln des Blocks 1 in die Teilblöcke 3 das thermische
Behandeln der Teilblöcke 3. Das thermische Behandeln kann ein Entkohlen der Teilblöcke 3 zum Austreiben von Kohlenstoff aus den Teilblöcken 3, beispielsweise in einer sauerstoffarmen Atmosphäre, umfassen. Die sauerstoffarme Atmosphäre kann eine Atmosphäre mit reduziertem Sauerstoffpartialdruck sein. Durch einen reduzierten Sauerstoffpartialdruck kann insbesondere eine Oxidation der Innenelektroden, welche beispielsweise aus Kupfer (Cu) sind, verhindert oder eingeschränkt werden.
Vorzugsweise nach dem Entkohlen umfasst das thermische
Behandeln eine Sinterung der Grünschichten zu keramischen Schichten .
Das Verfahren umfasst weiterhin, vorzugsweise nach dem thermischen Behandeln, das mechanische Bearbeiten von Ober- oder Seitenflächen der Teilblöcke 3. Die mechanische
Bearbeitung erfolgt vorzugsweise an den Seitenflächen 6, 7, 8 und 9 des oder der Teilblöcke 3.
Anschließend wird jeder einzelne Teilblock 3 vorzugsweise mit Außenelektroden (nicht explizit dargestellt) versehen. Die
Außenelektroden werden vorzugsweise an Hauptseitenflächen der Teilblöcke 3 angebracht oder abgeschieden. Diese
Hauptseitenflächen sind in Figur 2 mit den Bezugszeichen 6 und 7 bezeichnet.
In Bezug auf die mechanische Bearbeitung der Seitenflächen 6 und 7 werden, wegen der oben erwähnten Problematik des
Schleifaufmaßes wegen möglicher isolierender Bereiche an den Seitenflächen 6 und 7, besonders hohe Anforderungen gestellt. Die isolierenden Bereiche können durch den lateralen Versatz von in Stapelrichtung benachbarten Innenelektroden gebildet sein, so dass beispielsweise bei dem Versehen der Teilblöcke mit Außenelektroden jeweils auf den Seitenflächen 6 und 7 nur jede zweite Innenelektrode mit der jeweiligen Außenelektrode kontaktiert und/oder elektrisch leitfähig verbunden wird.
Figur 3 veranschaulicht das Vereinzeln der Teilblöcke quer zu der Längsrichtung X in einzelne keramische
Vielschichtbauelemente 100. Dabei wird jeder Teilblock 3 nach dem Versehen mit den Außenelektroden quer zu der
Längsrichtung X vereinzelt oder geschnitten. Eine
nachträgliche (nach dem Vereinzeln) thermische und/oder mechanische Behandlung zumindest der Seitenflächen 6 und 7 des keramischen Vielschichtbauelements 100 (rechts in Figur 3) ist durch das vorgestellte Verfahren mit Vorteil nicht mehr erforderlich. Nach dem Vereinzeln der Teilblöcke in die keramischen
Vielschichtbauelemente 100 kann das Verfahren weitere
Prozessschritte zur endgültigen Fertigstellung der einzelnen keramischen Vielschichtbauelemente 100 umfassen. Das vorgestellte Verfahren kann bei der Herstellung von vielschichtigen piezoelektrischen Aktuatoren mit Cu- Innenelektroden angewandt werden. Weiterhin können auch
Bauelemente oder Aktuatoren mit anderen Elektrodentypen z.B. aus Ag oder AgPd auf die gleiche Weise prozessiert oder hergestellt werden.
Auch kann diese Technologie bei anderen Produkten angewandt werden, z.B. bei vielschichtigen Keramikkondensatoren, wobei die vielschichtigen Bauteile oder Vielschichtbauelemente über viele Prozessschritte als ein Teil des Blocks oder als ein ganzer Block und nicht vereinzelt bearbeitet werden. Es wurden mehrere Bauformen von Vielschichtbauelementen oder Teilblöcken hergestellt oder produziert, beispielsweise mit den Abmessungen 3,4 x 3,4 x 27 mm3 bis 5,2 x 5,2 x 60 mm3.
In Figur 4 ist ein Herstellungsverfahren eines keramischen Vielschichtbauelements angedeutet, anhand dessen die Vorteile des Verfahrens gemäß den Figuren 1 bis 3 erläutert sind.
Speziell ist ein Block 1 gemäß der Figur 1 gezeigt. Die
Konturen der Teilblöcke 3, in die der Block 1 vereinzelt wird (siehe rechts in Figur 4) sind, wie oben beschrieben, durch Schnitte oder Schnittrichtungen 2 angedeutet. Das rechte Bild zeigt einen Teilblock 3 oder Riegel beispielhaft für eine Vielzahl von aus dem Block 1 vereinzelten Teilblöcken 3. Die Schnitte 2 erfolgen oder verlaufen hier für das Vereinzeln parallel und quer zur Längsrichtung X. Quer zur Längsrichtung X kann der Block 1 in diesem Verfahren - im Gegensatz zum oben beschriebenen Verfahren - genauso oder annähernd so oft geschnitten werden, wie parallel zur Längsrichtung X. Das in den Figuren 1 bis 3 beschriebene Verfahren bietet gegenüber dem Verfahren aus Figur 4 die Vorteile einer deutlich
vereinfachten Herstellung des keramischen
Vielschichtbauelements (wie oben beschrieben) .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
1 Block
2 Schnittrichtung
3 Teilblock
5 Grünschicht
6, 7, 8, 9 Seitenfläche
100 Keramisches Vielschichtbauelement X Längsrichtung
Y, Z Richtungen

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von keramischen
Vielschichtbauelementen (100) umfassend die folgenden
Schritte:
- Bereitstellen von Grünschichten (5) für die keramischen Vielschichtbauelemente (100),
- Stapeln der Grünschichten (5) zu einem Stapel und
anschließendes Pressen des Stapels zu einem Block (1),
- Vereinzeln des Blocks (1) in Teilblöcke (3) mit jeweils einer Längsrichtung (X) ,
- thermisches Behandeln der Teilblöcke (3) und anschließendes mechanisches Bearbeiten von Oberflächen (6, 7, 8, 9) der Teilblöcke (3),
- Versehen der Teilblöcke (3) mit Außenelektroden,
- Vereinzeln der Teilblöcke (3) jeweils quer zu der
Längsrichtung (X) in einzelne keramische
Vielschichtbauelemente (100).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Innenelektroden aus Kupfer (Cu) sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Block (1) für das Vereinzeln quer zu einer Längsrichtung (X) des Blocks (1) nur einmal geschnitten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Block (1) für das Vereinzeln quer zu einer Längsrichtung (X) des Blocks (1) mehrfach geschnitten wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Block (1) für das Vereinzeln parallel zu einer Längsrichtung (X) des Blocks (1) öfter geschnitten wird als quer zu der Längsrichtung (X) des Blocks (1) .
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Oberflächen (6, 7, 8, 9) der Teilblöcke (3) an gegenüberliegenden Seitenflächen (6,7) mechanisch bearbeitet werden, an welchen die Teilblöcke (3) mit
Außenelektroden versehen werden.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei das Verfahren nach dem Versehen der
Teilblöcke (3) mit Außenelektroden, das Versehen der
Teilblöcke (3) mit einer Außenkontaktierung, beispielsweise durch ein Lot oder durch einen Lötprozess, umfasst.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei das keramische Vielschichtbauelement (100) ein piezoelektrisches Vielschichtbauelement, beziehungsweise ein piezoelektrischer Aktuator, ist.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das keramische Vielschichtbauelement (100) ein
Vielschichtkondensator ist.
10. Piezoelektrisches Vielschichtbauelement (100), welches mittels des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche herstellbar oder hergestellt ist.
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