DE10016428A1

DE10016428A1 - Elektrokeramisches Mehrlagenbauteil

Info

Publication number: DE10016428A1
Application number: DE10016428A
Authority: DE
Inventors: Marianne Hammer; Stefan Henneck; Friederike Lindner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-04-01
Filing date: 2000-04-01
Publication date: 2001-10-18

Abstract

Es wird ein elektrokeramisches Mehrlagenbauteil, insbesondere ein Piezoaktor, ein Kondensator oder Thermistor, vorgeschlagen, der eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Isolierschichten (10) aus einem keramischen Material aufweist, die bereichsweise durch oberflächlich aufgebrachte flächige Innenelektroden (13) voneinander getrennt sind. Weiter ist vorgesehen, dass die nicht von den Innenelektroden (13) eingenommene Oberfläche der Isolierschichten (10) zumindest teilweise von einer Ausgleichsschicht (11) bedeckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrokeramisches Mehrlagenbau teil, insbesondere einen Kondensator, einen Piezoaktor oder einen Thermistor, nach der Gattung des Hauptanspruches.

Stand der Technik

Elektrokeramische Bauteile werden heute zu einem großen Teil als Mehrlagenbauteile (Multilayer-Bauteile) ausgeführt. Da durch ist es möglich, beispielsweise Kondensatoren in extrem kleiner Bauform mit sehr hohen Kapazitäten zu realisieren, oder piezoelektrische Aktorelemente bereits mit relativ mo deraten Spannungen von typischerweise 100 bis 200 Volt zu betreiben.

Ein elektrokeramisches Bauteil in Form eines piezoelektri schen Keramikkörpers ist beispielsweise bereits in der An meldung DE 199 51 016.4 vorgeschlagen worden. Dort wird zu nächst ein keramisches Ausgangsmaterial wie BaTiO₃, PZT oder NiMn₂O₄ zunächst zu einem Schlicker verarbeitet, der dann zu Grünfolien vergossen und mit einer Metallisierung zur Aus bildung von Innenelektroden versehen wird. Die Herstellung der Grünfolie erfolgt dabei im Endlosverfahren während die flächigen Metallisierungen beispielsweise durch Siebdruck aufgebracht werden.

Weiter ist auch bereits das Stapeln und Laminieren der der art bedruckten Grünfolien im sogenannten Mehrfachnutzen be kannt. Dazu werden die bedruckten Grünfolien zunächst gesta pelt und unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur lami niert. Anschließend findet dann ein Vereinzelungsprozess durch Stanzen und Schneiden statt bevor die derart vorberei teten Bauteile gesintert werden, so dass schließlich elek trokeramische Mehrlagenbauteile, insbesondere Piezoaktoren, entstehen, die abschließend zur elektrischen Kontaktierung der Innenelektroden mit Außenmetallisierungen versehen wer den.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße elektrokeramische Mehrlagenbauteil hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass damit Spannungen innerhalb des Mehrlagenbauteils und unerwünschte Verkrümmungen der Innenelektroden vermieden oder zumindest minimiert werden können. Dadurch kann die Ausbeute bei der Herstellung sowie die Zuverlässigkeit des hergestellten elektrokeramischen Mehrlagenbauteils deutlich erhöht werden.

Im Einzelnen wird durch die zusätzlich aufgebrachten Aus gleichsschichten, insbesondere bei Piezoaktoren, mit typi scherweise 300 bis 800 Einzellagen vorteilhaft vermieden, dass es nach dem Sintern zu Höhenunterschieden innerhalb des erhaltenen elektrokeramischen Mehrlagenbauteils kommt, die dadurch verursacht werden, dass nicht die gesamte Oberfläche der Isolierschichten mit Innenelektroden versehen ist, und es in den nicht mit Innenelektroden versehenen Bereichen der Oberfläche der Isolierschichten zu dadurch verursachten Spannungen kommt. Durch den Einsatz von Ausgleichsschichten kann somit verhindert werden, dass in dem zunächst herge stellten Laminat von keramischen Grünfolien mit dazwischen befindlichen aufgedruckten Innenelektroden Druckgradienten entstehen, die beim Sintern und dem damit verbundenen diffe rentiellen Schwinden zu Spannungen führen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ausgleichsschich ten aus einem Material bestehen, welches dem Material der Isolierschichten entspricht. Es ist jedoch ebenfalls vor teilhaft möglich, ein von dem Material der Isolierschichten verschiedenes Material zu verwenden, welches mit diesem Ma terial verträglich ist und vergleichbare Schwindungseigen schaften bzw. Sintereigenschaften aufweist.

Das Aufbringen der Ausgleichsschicht auf die nicht von den Innenelektroden eingenommenen Bereiche der Oberfläche der Isolierschichten erfolgt besonders vorteilhaft durch Auf drucken der Ausgleichsschichten in einem Siebdruckverfahren. Dadurch ist es möglich, alle nicht mit dem Innenelektroden material bedruckten Bereiche der Oberfläche der Isolier schichten auch bei komplizierten Geometrien der Innenelek troden auszufüllen.

Im Übrigen ist vorteilhaft, wenn die Dicke der aufgedruckten Ausgleichsschicht zumindest annähernd gleich der Dicke der Innenelektroden nach dem Sintern ist.

Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nach folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ei ne Draufsicht auf eine keramische Grünfolie, die mit Innene lektroden und einer Ausgleichsschicht bedruckt ist. Fig. 2 zeigt Fig. 1 im Schnitt.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird anhand der Herstellung eines piezoelek trischen Keramikkörpers erläutert, wie er in ähnlicher aus der Anmeldung DE 199 51 016.4 bekannt ist.

Dazu wird zunächst eine keramische Grünfolie hergestellt, die eine PZT-Keramik der Zusammensetzung Pb (Ti_xZr_1-x)O₃ mit 0,4 < x < 0,6 enthält. Auf diese keramische Grünfolie werden dann mittels Siebdruck flächige Innenelektroden 12 aufge druckt, die nicht die gesamte Oberfläche der keramischen Grünfolie bedecken. Das zur Herstellung dieser Innenelektro den 12 eingesetzte Material liegt dabei zunächst in bekann ter Weise als Paste vor, die eine AgPd-Legierung im Massen verhältnis 85 zu 15 enthält. Schließlich wird danach mög lichst weitgehend auf den nicht von den Innenelektroden 12 eingenommenen Bereichen der Oberfläche der Isolierschicht 10 bzw. der als Isolierschicht 10 eingesetzten keramischen Grünfolie eine Ausgleichsschicht 11 aufgedruckt, deren Zu sammensetzung zumindest weitgehend dem Material der kerami schen Grünfolie entspricht. Gegebenenfalls kann dem Material für die Ausgleichsschicht 11 zusätzlich ein gegenüber dem Material für die Isolierschicht 10 höherer Lösungsmittelan teil zugesetzt werden, um diese für den Siebdruck leichter verarbeitbar zu machen.

Die Fig. 1 zeigt eine in der erläuterten Weise bedruckte keramische Grünfolie als Isolierschicht 10 die oberflächlich bereichsweise mit rechteckigen Innenelektroden 12 bedruckt wurde, und bei der die nicht von den Innenelektroden 12 ein genommene Oberfläche der Isolierschicht 10 von einer Aus gleichsschicht 11 bedeckt wird. Die Fig. 2 zeigt Fig. 1 im Schnitt.

Dabei ist zu erkennen, dass die Dicke der Ausgleichsschicht 11 bevorzugt gleich der Dicke der Innenelektroden 12 gewählt ist.

Nach dem Bedrucken der keramischen Grünfolie erfolgt ein Stapeln der derart vorbereiteten Folien und anschließend ein Laminieren. Danach werden die derart laminierten Foliensta pel geschnitten und zu einem elektrokeramischen Mehrlagen bauteil gesintert. Weitere Details zu diesem Verfahren sind der Anmeldung DE 196 51 016.4 zu entnehmen.

Es ist offensichtlich, dass anstelle eines Piezoaktors gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel in völlig analoger Wei se auch ein Kondensator oder auch ein Thermistor erzeugt werden kann.

Claims

1. Elektrokeramisches Mehrlagenbauteil, insbesondere Piezoaktor, Thermistor oder Kondensator, mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Isolierschichten (10) mit ei nem keramischen Material, die bereichsweise durch oberfläch lich aufgebrachte flächige Innenelektroden (12) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht von den Innenelektroden (12) eingenommene Oberfläche der Iso lierschichten (10) zumindest teilweise von einer Ausgleichs schicht (11) bedeckt ist.

2. Keramisches Mehrlagenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektroden (12) und/oder die Ausgleichsschicht (11) vor einem Sintern auf die Isolier schichten (10) aufgedruckt worden sind.

3. Keramisches Mehrlagenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Ausgleichsschicht (11) und das Materials der Isolierschichten gleich sind.

4. Keramisches Mehrlagenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Ausgleichsschicht (11) zumindest annähernd gleich der Dicke der Innenelektroden (13) ist.