申请/专利权人：大陆汽车有限公司

申请日：2017-02-27

公开（公告）日：2022-11-25

公开（公告）号：CN108886091B

主分类号：H01L41/43

分类号：H01L41/43;H01L41/083

优先权：["20160316 DE 102016204308.0"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.11.25#授权;2018.12.18#实质审查的生效;2018.11.23#公开

摘要：压电执行器元件和用于制造压电执行器元件的制造方法。本发明涉及一种压电执行器元件（10），该压电执行器元件（10）具有钝化层（26）和接触层（28），用于使电极层（16）电绝缘和电接触电极层（16），其中所述接触层（28）通过烧结型银（34）形成并且至少局部地覆盖所述钝化层（26），其中所述钝化层（26）通过钝化层材料（36）形成，所述钝化层材料（36）在所述烧结型银（34）的烧结温度下是热稳定的。此外，本发明还涉及一种用于制造这种压电执行器元件（10）的制造方法。

主权项：1.一种压电执行器元件（10），其具有：-由压电陶瓷层（14）和电极层（16）构成的层堆叠（12），所述压电陶瓷层（14）和所述电极层（16）交替地沿着纵向轴线（18）相叠堆叠，其中所述层堆叠（12）具有多个平行于所述纵向轴线（18）延伸的侧面（20a-d）；-在所述侧面（20a-d）中的至少一个侧面上的钝化层（26），用于使沿着所述纵向轴线（18）布置的每两个电极层（16）电绝缘；-在所述至少一个侧面（20a-d）上的接触层（28），用于电接触没有通过所述钝化层（26）电绝缘的每两个电极层（16）；其中在每个被电绝缘的电极层（16）上的所述钝化层（26）至少局部地被所述接触层（28）覆盖，其中所述接触层（28）通过烧结型银（34）来形成，并且其中所述钝化层（26）通过钝化层材料（36）来形成，所述钝化层材料（36）在所述烧结型银（34）的烧结温度下是热稳定的，并且所述钝化层（26）通过完全地被酰亚胺化的聚酰亚胺（38）来形成。

全文数据：压电执行器元件和用于制造压电执行器元件的制造方法技术领域[0001]本发明涉及一种压电执行器元件Aktuatorbauelement以及一种用于制造这种压电执行器元件的制造方法。背景技术[0002]压电执行器元件例如用作执行器单元中的电子部件，用于将燃料喷射到内燃机的汽缸的燃烧室中。[0003]执行器元件具有至少一个层堆叠（Schichtstapel，所述层堆叠包括多个压电陶瓷层和多个电极层，所述压电陶瓷层和电极层交替地沿着纵向轴线相叠地堆叠，使得在两个陶瓷层之间分别布置有电极层并且因此形成所谓的内电极。从外部来电接触这些内电极，以便施加电压，使得陶瓷层经由压电效应能够沿着纵向轴线扩展和收缩。这样的压电执行器元件特别频繁地用作压电执行器，以便作为操作元件而应用在机动车的各种各样的发动机类型的喷射阀中。[0004]随着对执行器元件的要求的提高，诸如要求更高的占主导地位的vorherschende温度、更短时间内更大的喷射次数、更高的机械负荷等，电极层作为这种执行器元件的内电极的电接触承受越来越重的热学的、电气的和机械的负荷。在此，这些提高的要求和负荷不仅在沿着纵向轴线使每两个电极层电绝缘的钝化层上产生影响，而且在没有被电绝缘的每两个电极层的带电的接触结合部Ankontaktierung上产生影响。[0005]迄今已知的是，经由导电粘合剂实现电极层的这种接触结合部。导电粘合剂总体上具有低的载流能力和相对差的导热能力。此外，在所使用的导电粘合剂与电极层之间存在相对高的过渡电阻。[0006]由此，其中经由导电粘合剂接触电极层的执行器元件可能会越来越差地经受越来越高的要求和负荷。发明内容[0007]本发明的任务因而是建议了一种压电执行器元件和一种相对应的制造方法，其中可以克服这些缺点。[0008]该任务利用具有独立权利要求1的特征的压电执行器元件来解决。[0009]用于制造这种压电执行器元件的制造方法是并列的权利要求的主题。[0010]本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。[0011]压电执行器元件具有由压电陶瓷层和电极层构成的层堆叠，所述压电陶瓷层和电极层交替地沿着纵向轴线相叠堆叠，其中所述层堆叠具有多个平行于纵向轴线延伸的侧面。此外，在所述侧面的至少一个侧面上设置有钝化层，用于使沿着纵向轴线布置的每两个电极层电绝缘，并且在至少一个侧面上设置有接触层，用于电接触没有通过钝化层电绝缘的每两个电极层，其中在每个被电绝缘的电极层上的钝化层至少局部地被接触层覆盖，并且其中接触层通过烧结型银Sintersilber来形成，而且其中钝化层通过钝化层材料来形成，所述钝化层材料在烧结型银的烧结温度下是热稳定的。[0012]因此建议了，通过经过烧结的银来替换到目前为止所使用的导电粘合剂，所述经过烧结的银相较于导电粘合剂具有更好的导热性以及更好的导电性，由此在层堆叠中的接触层与电极层之间的过渡电阻（Uebergangswiderstand和经过接触层的绝缘电阻率①urchgangswiderstand得以改善。通过使用即使在烧结型银的烧结温度下也热稳定的钝化层，压电执行器元件也可以以工业规模大量grosstechnisch加工。[0013]在有利的设计方案中，钝化层通过如下钝化层材料来形成:该钝化层材料直至为350°C的温度都是热稳定的，其中钝化层尤其是通过完全地被酰亚胺化的聚酰亚胺来形成。[0014]通过使用例如特定的添加剂，银已经可以在350°C之下的温度下被烧结并且因此被处理。因而，如果例如即使在350°C下完全酰亚胺化时还是热稳定的聚酰亚胺有利地被用作钝化层材料，那么得到了有利的温度窗口，在该温度窗口中，钝化层材料和接触层材料可以一起被处理。[0015]优选地，层堆叠构成为完全活性的（vollaktive层堆叠，其中沿着纵向轴线布置的所有电极层至少在至少一个侧面上基本上延伸直至层堆叠的表面。[0016]完全活性的层堆叠在压电执行器元件的操作、空间要求和整个运行特性方面具有大的优点，因为有利地在与部分活性的层堆叠的情况下相同的空间要求的情况下可以实现陶瓷层的更均匀的纵向伸展。[0017]在优选的设计方案中，层堆叠在至少一个侧面上的表面基本上通过彼此齐平地排列如下端面来构成:所述端面为相叠堆叠的电极层和陶瓷层的布置在至少一个侧面上的端面，其中没有延伸至层堆叠中的沟槽地来构成所述表面尤其是在钝化层的区域中的表面。[0018]因此，钝化层有利地直接处于层堆叠的表面上，使得不存在由于在钝化层的区域中形成沟槽而损害层堆叠的完全活性的特性，因为可以充分利用整个电极面。[0019]有利地，钝化层构成为平行于纵向轴线布置的贯穿层①urchgangsschicht，为了露出要接触的电极层，所述贯穿层在沿着纵向轴线布置的每两个电极层处具有尤其是通过激光结构化形成的接触沟槽。可替选地，钝化层也可以由如下单个钝化层形成:所述单个钝化层布置在沿着纵向轴线布置的每两个电极层处。[0020]因此，通过结构化所述钝化层，在至少一个侧面上可以特别简单地将单个层施加到层堆叠的表面上，并且接着可以简单地例如通过激光结构化来使要接触的电极层露出。在此，电极层可以露出，使得仅仅露出要接触的电极层的部分区域，并且除了这样形成的接触沟槽之外，钝化层此外还形成连贯的贯穿层;然而也可能的是，使电极层完全露出，使得在所述电极层中的每个要被电绝缘的电极层处都形成单个纯化层。[0021]优选地，电极层利用银、尤其是利用银合金来形成。[0022]如果利用银例如银合金形成或者由银例如银合金形成的电极层有利地被用作内电极，那么可以在接触层的烧结型银与内电极之间实现非常好的连接。[0023]用于制造压电执行器元件的制造方法具有如下步骤：-提供由压电陶瓷层和电极层构成的层堆叠，所述压电陶瓷层和电极层交替地沿着纵向轴线相叠堆叠，其中所述层堆叠具有多个平行于纵向轴线延伸的侧面；-在所述侧面中的至少一个侧面上由钝化层材料形成进行电绝缘的钝化层；-在至少一个侧面上结构化、尤其是激光结构化所述钝化层，用于使沿着纵向轴线布置的每两个电极层露出；-给经过结构化的钝化层涂覆有烧结型银；-将烧结型银烧结。[0024]优选地，聚酰亚胺被用作钝化层材料，其中在给至少一个侧面涂覆有烧结型银之前，尤其是完全地使聚酰亚胺酰亚胺化。[0025]在有利的设计方案中，作为层堆叠提供完全活性的层堆叠，其中沿着纵向轴线布置的所有电极层至少在至少一个侧面上基本上延伸直至层堆叠的表面。[0026]如果给经过结构化的钝化层涂覆有烧结型银来使得所述经过结构化的钝化层整面地利用烧结型银来覆盖，则有利的是，钝化层完全在至少一个侧面的表面上方延伸，使得有利地在执行器元件运行时不发生闪络。[0027]有利地，在钝化层上的烧结型银形成没有中断和没有结构化的整面的接触层，使得在那里有利地例如通过安置集电极而可能简单地进行进一步接触。附图说明[0028]随后参照所附的附图更详细地阐述了本发明的有利的设计方案。在附图中：图1示出了压电执行器元件的纵向剖视图；图2示出了图1中的执行器元件的转动了90°的视图；图3示出了图1和图2中的执行器元件的透视图；以及图4示出了示意性流程图，该示意性流程图表示用于制造图1至图3中的压电执行器元件的制造步骤。具体实施方式[0029]图1示出了压电执行器元件10的纵向剖视图，该压电执行器元件10具有层堆叠12，该层堆叠12由压电陶瓷层14和电极层16构造，所述压电陶瓷层14和电极层16沿着纵向轴线18交替地彼此重叠堆叠，使得每个电极层16都布置在两个压电陶瓷层14之间。[0030]层堆叠12具有多个侧面20a-20d，所述侧面20a-20d平行于纵向轴线18延伸。[0031]在两个对置的侧面20a、20c上，通过如下方式形成层堆叠12的表面22:相叠堆叠的电极层16和陶瓷层14的端面24沿着纵向轴线18彼此齐平地排列。[0032]总之，层堆叠12构成为完全活性的层堆叠12,即电极层16垂直于纵向轴线18整面地覆盖分别相邻的陶瓷层14,使得这些层在层堆叠12的侧面20a-20d上延伸直至表面22,并且因此从层堆叠12伸出。完全活性的层堆叠12具有如下优点:在较小的空间要求的情况下，可以实现至少与在不是完全活性的层堆叠12的情况下相同的扩展特性，或者甚至还可以实现比在不是完全活性的层堆叠12的情况下更大的扩展特性，不是完全活性的层堆叠12即在其中，交替地从层堆叠12的表面22开始回缩到层堆叠12中地布置有电极层16。[0033]为了避免在从外部接触电极层16时在具有不同电势的相邻的电极层16之间的闪络，在两个对置的侧面20a、20c上，钝化层26布置在表面22上，经由该钝化层26,沿着纵向轴线18布置的每两个电极层16与外部电绝缘。为了电接触在两个侧面20a、c上的电极层16,在钝化层26上施加接触层28。[0034]为了接触层28可以接触所述接触层28要接触的电极层16，在钝化层26中（例如通过激光结构化）引入接触沟槽3〇,使得要接触的这些电极层16露出。[0035]在图1和图2中的纵向剖视图中，能从侧面看到这些接触沟槽30，在图3中在透视图中看到这些接触沟槽30。可能的是，如这在图3中所示出的图示中所示出的那样，接触沟槽30被结构化在形成为贯穿层似的钝化层26中，然而也可能的是，钝化层26不是形成为连贯的贯穿层32,而是在每个要绝缘的电极层16上施加自己的单个钝化层，所述单个钝化层不与相邻的单个钝化层有关联。[0036]如在图3中能看到的那样，接触层28精确地在如下区域中施加到钝化层26上:在该区域中，布置有用于使要接触的电极层16露出的接触沟槽3〇。钝化层26因而至少局部地被接触层28覆盖。[0037]如果如在图3中所示出的那样钝化层26并没有整面地覆盖垂直于纵向轴线18而伸出到表面22上的电极层16,而是使这些电极层16局部露出，则接触层28有利地仅设置在接触沟槽30的区域中，以便这样避免在相邻的电极层16之间的闪络。[0038]稍后，其他接触元件例如接触引脚被放入到接触层28中，经由所述其他接触元件于是可以从外部将电压施加到相应的所接触的电极层16。为了实现特别稳定的接触，通过烧结型银34形成接触层28,所述特别稳定的接触满足对压电执行器元件1〇的增加的要f，如压电执行器元件10例如安装在内燃机的喷射器中，并且在压电执行器元件10中存在高温和高机械负荷。烧结型银34具有如下优点：烧结型银34具有非常好的导热性和非常好的导电性，由此相对电极层16的过渡电阻和经过接触层28的绝缘电阻率可以得以改善。由此，电极层16的接触整体上具有对高负荷的良好的热学的、电学的和机械的耐受力。[0039]烧结型银34流入到接触沟槽30中，并且因此与露出的电极层16直接接触。烧结型银34此后通过烧结步骤来固化，使得构成稳定的接触层28。烧结在此在大多在350°C之下的温度下进行。[0040]由于钝化层26已经在烧结型银34的烧结步骤之前施加到层堆叠12上，所以重要的是，形成钝化层26的钝化层材料36在烧结型银34的烧结温度下是热稳定的。为此，聚酰亚胺38有利地被用作钝化层材料36,该聚酰亚胺38己经在施加烧结型银34之前完全地被酰亚胺化。这意味着：由聚酰亚胺前驱体进行的聚合反应之前己经进行，由所述聚酰亚胺前驱体通过聚合来形成聚酰亚胺38。这种完全地被酰亚胺化的聚酰亚胺38有利地直至为350°C的温度都是热稳定的，并且因此对烧结型银34的烧结温度有足够的热耐受力。[0041]因而可能的是，通过作为接触层材料的烧结型银34与作为钝化层材料36的聚酰亚胺38的有利组合逐层地从内向外构造层堆叠12。[0042]在到目前为止的使用烧结型银34作为有利的接触材料的尝试中，已存在如下问题:到目前为止使用的用于形成钝化层26的材料还不是热稳定的，使得不得不应用费事的工艺步骤，在所述工艺步骤中，例如通过形成相对应的沟槽，在所述层堆叠12中不得不给所施加的烧结型银层从下方涂覆有钝化层材料36,以便防止钝化层材料36遭受烧结型银34的烧结温度。然而由于设置这种沟槽，层堆叠12的完全活性的特性丢失。与此相反，这种完全活性的特性在使用聚酰亚胺38作为钝化层材料36的情况下可以得以保持，因为由于烧结型银34可以在施加聚酰亚胺38之后被烧结，所以钝化层材料36不必在额外形成的沟槽中从下方涂覆烧结型银34。[0043]为了实现在电极层16与作为接触层28的烧结型银34之间的非常好的连接，特别有利的是，电极层16利用银合金40形成或由银合金40形成。[0044]图4示出了如下制造方法的流程图的示意性图示:利用该制造方法产生压电执行器元件10。在此，在第一步骤中提供层堆叠12,该层堆叠12具有沿着纵向轴线18彼此重叠地交替涂覆的陶瓷层14和电极层16。在此，层堆叠12尤其是完全活性的层堆叠12,其中电极层16延伸直至层堆叠12的表面22。[0045]在第二步骤中，接着将钝化层材料36施加到该层堆叠12的至少一个侧面20上，例如施加聚酰亚胺前驱体，由聚酰亚胺前驱体通过聚合反应可以形成聚酰亚胺38。在第三步骤中，接着使钝化层材料36硬化，例如在使用聚酰亚胺38的情况下通过完全酰亚胺化来使钝化层材料36硬化。然而，该步骤只是可选地，也可能的是，使用已完全地被酰亚胺化的涂层，使得不必强制进行酰亚胺化步骤。[0046]此后，钝化层26被结构化，例如通过激光结构化来结构化，使得沿着纵向轴线18布置的每两个电极层16露出，以便能够从外部接触所述电极层16。此后在另一步骤中，给这样结构化的钝化层26涂覆有烧结型银34,更确切地说，使得烧结型银M进入钝化层26中的经过结构化的接触沟槽3〇中。最后，于是将烧结型银34烧结，以便使接触层28硬化并且因此形成接触层28。

权利要求：1.一种压电执行器元件（10，其具有：-由压电陶瓷层（14和电极层（16构成的层堆叠（12，所述压电陶瓷层（14和所述电极层（16交替地沿着纵向轴线（18相叠堆叠，其中所述层堆叠（12具有多个平行于所述纵向轴线（18延伸的侧面20a-d;-在所述侧面20a-d中的至少一个侧面上的纯化层（26，用于使沿着所述纵向轴线18布置的每两个电极层（16电绝缘；-在所述至少一个侧面（20a-d上的接触层（28，用于电接触没有通过所述钝化层26电绝缘的每两个电极层16;其中在每个被电绝缘的电极层（16上的所述钝化层（26至少局部地被所述接触层28覆盖，其中所述接触层28通过烧结型银34来形成，并且其中所述钝化层26通过钝化层材料36来形成，所述钝化层材料36在所述烧结型银34的烧结温度下是热稳定的。2.根据权利要求1所述的压电执行器元件（10，其特征在于，所述钝化层26通过如下钝化层材料36来形成:所述钝化层材料36直至为350°C的温度都是热稳定的，其中所述钝化层26尤其是通过完全地被酰亚胺化的聚酰亚胺38来形成。3.根据权利要求1或2所述的压电执行器元件（10，其特征在于，所述层堆叠（12构成为完全活性的层堆叠（12，其中沿着所述纵向轴线（18布置的所有电极层16至少在所述至少一个侧面20a-d上基本上延伸直至所述层堆叠12的表面22。4.根据权利要求1至3之一所述的压电执行器元件（10，其特征在于，所述层堆叠（12在所述至少一个侧面20a-d上的表面22基本上通过彼此齐平地排列如下端面24来构成:所述端面24为相叠堆叠的电极层和陶瓷层（16,14的布置在所述至少一个侧面20a-d上的端面24，其中没有延伸到所述层堆叠（12中的沟槽地来构成所述表面22、尤其是在所述钝化层26的区域中的表面22。5.根据权利要求1至4之一所述的压电执行器元件（10，其特征在于，所述钝化层（26构成为平行于所述纵向轴线（18布置的贯穿层32，所述贯穿层32为了露出要接触的电极层16而在沿着所述纵向轴线（18布置的每两个电极层16处具有接触沟槽30、尤其是通过激光结构化形成的接触沟槽30;或者所述钝化层26由布置在沿着所述纵向轴线18布置的每两个电极层16处的单个钝化层形成。6.根据权利要求1至5之一所述的压电执行器元件（10，其特征在于，利用银、尤其是利用银合金40来形成所述电极层16。7.—种用于制造压电执行器元件（10的制造方法，所述压电执行器元件（1〇尤其是根据权利要求1至6之一所述的压电执行器元件10，所述制造方法具有如下步骤：-提供由压电陶瓷层（14和电极层（16构成的层堆叠（12，所述压电陶瓷层（14和所述电极层（16交替地沿着纵向轴线（18相叠堆叠，其中所述层堆叠（12具有多个平行于所述纵向轴线（18延伸的侧面20a-d;-在所述侧面20a-d中的至少一个侧面上由钝化层材料36形成进行电绝缘的钝化层26;_在所述至少一个侧面20a-d上结构化、尤其是激光结构化所述钝化层26，用于使沿着所述纵向轴线（18布置的每两个电极层16露出；-给经过结构化的钝化层26涂覆有烧结型银34;-将所述烧结型银34烧结。8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，聚酰亚胺（38被用作钝化层材料26，其中在给所述至少一个侧面20a-d涂覆有所述烧结型银34之前，尤其是完全地使所述聚酰亚胺38酰亚胺化。9.根据权利要求7或8之一所述的制造方法，其特征在于，作为层堆叠（I2提供完全活性的层堆叠12，其中沿着所述纵向轴线（1S布置的所有电极层16至少在所述至少一个侧面20a-d上基本上延伸直至所述层堆叠（I2的表面22。

百度查询： 大陆汽车有限公司 压电执行器元件和用于制造压电执行器元件的制造方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD