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DE102009017434A1 - Elektronisches Bauelement und Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines elektronischen Bauelements als Stapel - Google Patents

Elektronisches Bauelement und Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines elektronischen Bauelements als Stapel Download PDF

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DE102009017434A1
DE102009017434A1 DE102009017434A DE102009017434A DE102009017434A1 DE 102009017434 A1 DE102009017434 A1 DE 102009017434A1 DE 102009017434 A DE102009017434 A DE 102009017434A DE 102009017434 A DE102009017434 A DE 102009017434A DE 102009017434 A1 DE102009017434 A1 DE 102009017434A1
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electrically conductive
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Application number
DE102009017434A
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English (en)
Inventor
Stefan Denneler
Susanne Kornely
Carsten Dr. Schuh
Willibald Dr. Schürz
Andreas Wolff
Jörg ZAPF
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein als Stapel (1) ausgebildetes elektronisches Bauelement, das eine Mehrzahl von Elektrodenschichten (3, 4) und eine Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten (2) umfasst, wobei jede Werkstoffschicht (2) zwischen zwei der Elektrodenschichten (3, 4) angeordnet ist. Weiterhin umfasst das als Stapel ausgebildete elektronische Bauelement eine strukturierte Isolationsschicht (7), die auf zumindest einen Stapelumfangsbereich (5, 6) des Stapels (1) aufgebracht ist, wobei die Isolationsschicht (7) derart ausgebildet ist, dass jede zweite Elektrodenschicht eines Stapelumfangsbereichs (5, 6) zur elektrischen Kontaktierung freigelegt ist. Schließlich weist das elektronische Bauelement eine strukturierte elektrisch leitende Schicht (8) auf, die den jeweiligen, mit der Isolationsschicht (7) versehenen Stapelumfangsbereich (5, 6) im Wesentlichen ganzflächig bedeckt, wobei die Strukturierung derart ist, dass die elektrisch leitende Schicht (8) eine zumindest zweidimensionale Elastizität in der Ebene des jeweiligen Stapelumfangsbereichs (5, 6) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement und ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines elektronischen Bauelements als Stapel, das aus einer Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten und einer Mehrzahl von Elektrodenschichten gebildet ist, wobei jede Werkstoffschicht zwischen zwei der Elektrodenschichten angeordnet ist.
  • Ein solches Bauelement aus übereinander und alternierend zueinander gestapelten Schichten von Werkstoffschicht und Elektrodenschicht wird allgemein als Stapel bezeichnet. Das heutzutage bekannteste elektronische Bauelement dieser Art ist ein allgemein als Piezoaktor bezeichneter Stapel, der als Betätigungselement in Einspritzventilen der verschiedensten Motortypen für Kraftfahrzeuge zur Anwendung kommt. Die Werkstoffschichten sind bei diesem Piezoaktor Keramikschichten.
  • Üblicherweise weist ein solcher Stapel, in der Draufsicht betrachtet, einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf. Der Stapel wird an zwei sich gegenüberliegenden Umfangsseiten elektrisch kontaktiert. Um dies technologisch sorgfältig durchführen zu können, wurden die Elektrodenschichten in der Vergangenheit geometrisch so ausgelegt, dass sich nur jede zweite Elektrodenschicht seitlich bis zu einer der beiden Umfangsseiten erstreckt, während sich die jeweils anderen Elektrodenschichten nicht bis zu dieser Umfangsseite hin erstrecken. Entsprechendes gilt für die andere Umfangsseite des Stapels analog.
  • Darüber hinaus sind sog. vollaktive Stapel bekannt, bei denen die Elektrodenschichten und die Werkstoffschichten die gleiche Fläche aufweisen, wodurch sich sämtliche Elektroden schichten jeweils bis an die gegenüberliegenden Umfangsseiten erstrecken. Da sich sämtliche Elektrodenschichten des Bauelements bis zu den beiden gegenüberliegenden Umfangsseiten erstrecken, muss die Kontaktierung auf andere Weise erfolgen.
  • Aus der DE 101 53 770 A1 ist ein Verfahren zur Kontaktierung einer gestapelten piezoelektrischen Vorrichtung bekannt. Bei diesem Verfahren wird beidseitig abwechselnd jede zweite Elektrodenschicht mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen. Anschließend werden die freiliegenden Elektrodenschichten jeder Umfangsseite über eine leitende Schicht miteinander verbunden. Als leitende Schicht wird ein Harz verwendet, das leitfähige Partikel enthält.
  • Aus der DE 10 2006 003 070 B3 ist ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines als Stapel gebildeten Bauelements bekannt, welches aus Werkstoffschichten und Elektrodenschichten besteht. Zur Ankontaktierung wird auf zwei gegenüberliegenden Seiten eine Isolationsschicht aufgebracht. Anschließend wird jede Isolationsfolie durch Laserstrukturierung an der Position jeder zweiten Elektrodenschicht geöffnet. Anschließend werden die Elektrodenschichten auf jeder Umfangsseite mit einem elektrisch leitenden Material miteinander verbunden.
  • Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren besteht darin, dass das selektive Aufbringen der isolierenden Schicht bzw. das Freilegen von Elektrodenschichten einer vollflächig aufgebrachten isolierenden Schicht mit einem hohen Arbeitsaufwand und damit hohen Kosten verbunden ist.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Bauelement und ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren des als Stapel ausgebildeten Bauelements anzugeben, welche aufgrund ihrer Kontaktierung eine verbesserte Langzeit-Zuverlässigkeit des Stapels ermöglichen.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch ein elektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Die Erfindung schafft ein als Stapel ausgebildetes elektronisches Bauelement. Dieses umfasst eine Mehrzahl von Elektrodenschichten sowie eine Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten, wobei jede Werkstoffschicht zwischen zwei der Elektrodenschichten angeordnet ist. Eine strukturierte Isolationsschicht ist auf zumindest einem Stapelumfangsbereich des Stapels aufgebracht, wobei die Isolationsschicht derart ausgebildet ist, dass jede zweite Elektrodenschicht eines Stapelumfangsbereichs zur elektrischen Kontaktierung freigelegt ist. Das Bauelement umfasst weiter eine strukturierte elektrisch leitende Schicht, die den jeweiligen, mit der Isolationsschicht versehenen Stapelumfangsbereich im Wesentlichen ganzflächig bedeckt, wobei die Strukturierung derart ist, dass die elektrisch leitende Schicht eine zumindest zweidimensionale Elastizität in der Ebene des jeweiligen Stapelumfangsbereichs aufweist.
  • Die Erfindung schafft ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines elektronischen Bauelements als Stapel, das aus einer Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten und einer Mehrzahl von Elektrodenschichten gebildet ist, wobei jede Werkstoffschicht zwischen zwei der Elektrodenschichten angeordnet ist. Bei dem Verfahren wird auf zumindest einem Stapelumfangsbereich des Stapels jeweils eine strukturierte Isolationsschicht aufgebracht, wodurch jede zweite Elektrodenschicht eines Stapelumfangsbereichs zur elektrischen Kontaktierung freigelegt ist. Der zumindest eine mit der Isolationsschicht versehene Stapelumfangsbereich wird im Wesentlichen ganzflächig mit einer derart strukturierten elektrisch leitenden Schicht bedeckt, dass durch die Strukturierung eine zumindest zweidimensionale Elastizität der elektrisch leitenden Schicht in der Ebene des jeweiligen Stapelumfangsbereichs gegeben ist.
  • Durch die strukturierte elektrisch leitende Schicht wird ihre Dauerdehnbarkeit und Dauerschwingbelastbarkeit signifikant erhöht. Durch die Elastizitätserhöhung der Metallschicht wird die Bewegung des Stapels bei dessen Ansteuerung erleichtert. Insbesondere kann auch durch die Strukturierung der elektrisch leitenden Schicht das Auftreten von Rissen in der elektrisch leitenden Schicht vermindert werden. Hierdurch kann ein im Ergebnis zuverlässigeres Bauelement bereitgestellt werden.
  • Zweckmäßigerweise weist die elektrisch leitende Schicht eine Vielzahl von Leiterbahnen auf, die sich im Wesentlichen quer zu den Elektrodenschichten erstrecken. Insbesondere sind die Leiterbahnen zumindest abschnittsweise elektrisch voneinander isoliert. Hierdurch ergibt sich die bezweckte zumindest zweidimensionale Elastizität der elektrisch leitenden Schicht in der Ebene des jeweiligen Stapelumfangsbereichs, wodurch die Dauerdehnbarkeit und Dauerschwingbelastbarkeit des Stapels verbessert ist.
  • Zweckmäßigerweise sind die Leiterbahnen zumindest abschnittsweise parallel zueinander angeordnet. Auf diese Weise ist die erhöhte Elastizität gewährleistet. Die Gestalt der Leiterbahnen kann prinzipiell beliebig sein. Insbesondere können diese mäanderförmig und/oder wellenförmig und/oder zick-zack-förmig und/oder als konzentrische Kreise und/oder als konzentrische Rechtecke oder Trapeze ausgebildet sein. In den zuletzt genannten Fällen können die Leiterbahnen segmentweise nebeneinander angeordnet sein.
  • Zur Erstellung der strukturierten elektrisch leitenden Schicht wird elektrisch leitendes Material z. B. zunächst ganzflächig auf den zumindest einen mit der Isolationsschicht versehenen Stapelumfangsbereich aufgebracht und dann Material der ganzflächigen Schicht abschnittsweise subtraktiv entfernt. Die elektrisch leitende Schicht kann beispielsweise aus Kupfer, Nickel, Zink, Silber, Gold, Palladium oder Legierungen davon, gefertigt werden. Das subtraktive Entfernen von Teilen der ganzflächigen Schicht kann beispielsweise durch Laserablation erfolgen.
  • Alternativ kann die Struktur der elektrisch leitenden Schicht auch bereits beim Aufbringen des Materials der Schicht erzeugt werden. Die Erzeugung der elektrisch leitenden Schicht kann durch ein Sprühverfahren oder ein Siebdruckverfahren erfolgen. Als Sprühverfahren kommen insbesondere die unter dem Namen „InkJet” oder „ColdSpray” bekannten Verfahren in Betracht. Ebenso kommen physikalische Abscheideverfahren, wie Sputtern oder Aufdampfen, und eine eventuell sich anschließende galvanische Verstärkung in Betracht. Im Rahmen eines Siebdruckverfahrens können insbesondere Nanopasten verarbeitet werden, auch wenn die Erzeugung einer Metallschicht bevorzugt ist. Die Schichtdicke der elektrisch leitenden Schicht hängt im Wesentlichen von der notwendigen Stromtragfähigkeit ab und beträgt vorzugsweise zwischen 3 μm und 15 μm.
  • Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Isolationsschicht durch einen Schrumpfschlauch gebildet, der alle Stapelumfangsbereiche umfänglich vollständig bedeckt. Zweckmäßigerweise ist der Schrumpfschlauch auf der den Stapelumfangsbereichen zugewandten Seiten mit einer Kleberschicht versehen. Hierdurch kann die Haftung des Schrumpfschlauchs an dem Stapel verbessert werden.
  • Zweckmäßigerweise ist die Isolationsschicht durch eine Folie gebildet, die den zumindest einen Stapelumfangsbereich des Stapels bedeckt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Folie über Seitenkanten des zumindest einen Stapelumfangsbereichs gezogen ist, die an weitere Stapelumfangsbereiche grenzen, an denen insbesondere keine Elektrodenschichten zugänglich sind oder elektrisch kontaktiert sind.
  • Die Verwendung eines Schrumpfschlauchs oder einer Folie, insbesondere einer Laminierfolie ermöglicht eine weitere Verbesserung der Dauerdehnbarkeit und Dauerschwingbelastbarkeit des Stapels, da die Materialien von Haus aus elastische Eigenschaften aufweisen. Die Verwendung eines Schrumpfschlauchs weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass der Stapel auch an den nicht elektrisch kontaktierten Stapelumfangsbereichen passiviert und geschützt ist.
  • Um diesen Schutz auch bei der Verwendung einer Folie als Isolierschicht bereitzustellen, ist es zweckmäßig, wenn nicht von der Folie bedeckte Bereiche der weiteren Stapelumfangsbereiche mit einer insbesondere polymeren Passivierungsschicht bedeckt sind. Das Applizieren der Passivierungsschicht kann beispielsweise durch Sprühen, Tauchen, Pinseln, Siebdruck oder ähnliche Verfahren erfolgen.
  • Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist eine jeweilige strukturierte Isolationsschicht auf zwei geometrisch nicht zusammenhängende Stapelumfangsbereiche aufgebracht.
  • Die Isolationsschicht ist zweckmäßigerweise derart strukturiert, dass auf einem ersten der Stapelumfangsbereiche jede zweite Elektrodenschicht eines Stapelumfangsbereichs zur elektrischen Kontaktierung freigelegt ist. Auf einem zweiten der Stapelumfangsbereiche sind die verbleibenden Elektrodenschichten freigelegt. Hierdurch können auf jeden der Stapelumfangsbereiche die Elektrodenschichten mit dem gleichen Potential beaufschlagt werden, wodurch das für den Betrieb des Stapels notwendige elektrische Feld erzeugbar ist.
  • Es ist darüber hinaus zweckmäßig, wenn ein eine jeweilige Elektrodenschicht bedeckender/isolierender Isolationswall aus Isolationsmaterial einen trapez- oder sinusförmigen Quer schnitt aufweist. Die spezifische Kontur des Isolationswalls ermöglicht es, einen Abbau bzw. eine Vergleichmäßigung der bei Ansteuerung und damit Ausdehnung des Stapels auftretenden mechanischen Zugspannungen in der Kontaktierung zu erzielen. In diesem Zusammenhang ist es auch zweckmäßig, wenn die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der aneinander grenzenden Materialien zueinander angepasst sind. Der trapez- oder sinusförmige Querschnitt der Bahn (Isolationswall) aus Isolationsmaterial kann z. B. dadurch erzeugt werden, dass die eine jeweilige Elektrodenschicht bedeckenden/isolierenden Isolationswälle aus dem Isolationsmaterial verrundet oder mit einer Phase versehen werden.
  • Da die Strukturierung der Isolationsschicht aufgrund der bevorzugt zu verwendenden Folie oder des Schrumpfschlauchs substraktiv erfolgt, ist es weiterhin zweckmäßig, wenn nach dem Aufbringen der Isolationsschicht die genaue Position einer jeweiligen der Elektrodenschichten entlang der Stapelumfangsbereiche ermittelt wird. Hierzu kann der Stapel beispielsweise mit Positioniermarken versehen werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Bauelement,
  • 2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bauelements gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante,
  • 3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bauelements gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante, und
  • 4a bis 4d verschiedene Ausführungsbeispiele möglicher elektrisch leitender Schichten eines erfindungsgemäßen Bauelements.
  • Ausgangspunkt ist ein als Stapel 1 ausgebildetes elektronisches Bauelement. Der Stapel 1 ist aus einer Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten 2 und einer Mehrzahl von Elektrodenschichten 3, 4 gebildet. Jede der Werkstoffschichten 2 ist zwischen zwei der Elektrodenschichten 3, 4 angeordnet. Die Elektrodenschichten 3, 4 sind dabei beidseitig bis an die jeweiligen Ränder des Stapels 1 geführt. Eine elektrische Kontaktierung erfolgt im Ausführungsbeispiel auf gegenüberliegenden und geometrisch nicht zusammenhängenden Stapelumfangsbereichen 5, 6, von denen in der Querschnittsdarstellung gemäß 1 lediglich der Stapelumfangsbereich 5 dargestellt ist. Ein derartiger Stapel 1 ist aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt und dient beispielsweise als Piezoaktor für einen Piezoinjektor für einen Verbrennungsmotor.
  • Wie der schematischen Querschnittsdarstellung der 1 zu entnehmen ist, ist auf dem Stapelumfangsbereich 5 eine strukturierte Isolationsschicht 7 aufgebracht. Auf der Isolationsschicht 7 ist eine elektrisch leitende Schicht 8 angeordnet, welche jede zweite Elektrodenschicht 4 auf der Stapelumfangsseite 5 elektrisch kontaktiert. Die auf dem in 1 nicht dargestellten Stapelumfangsbereich 6 aufgebrachte Isolationsschicht ist derart strukturiert, dass die Elektrodenschichten 3 freigelegt und durch eine elektrisch leitende Schicht elektrisch kontaktiert sind.
  • Die Erzeugung der in 1 bereits strukturierten Isolationsschicht 7 erfolgt z. B. durch ein subtraktives Verfahren. Aus diesem Grund wird zunächst der Stapel 1 mit Positioniermarken (nicht dargestellt) versehen. Anschließend wird der Stapel 1 bezüglich der Lage der Elektrodenschichten 3, 4 ver messen. Anschließend wird ganzflächig auf die Stapelumfangsbereiche 5 und 6 ein Isoliermaterial aufgebracht.
  • Hierzu wird der Stapel 1 beispielsweise vollständig mit einem Schrumpfschlauch umhüllt. Dies ist in der perspektivischen Darstellung der 2 gezeigt. Der Schrumpfschlauch 11 ist vorzugsweise zur Verbesserung der Haftung an dem Stapel 1 auf der allen Stapelumfangsbereichen 5, 6, 15, 16 zugewandten Seiten mit einer nicht dargestellten Kleberschicht versehen. Durch die Verwendung eines Schrumpfschlauchs 11 als Isolationsmaterial werden vorteilhafterweise an die Stapelumfangsbereiche 5, 6 angrenzende weitere Stapelumfangsbereiche 15, 16 passiviert.
  • Alternativ kann auf die Stapelumfangsbereiche 5, 6 eine Folie, insbesondere eine Laminierfolie aufgebracht werden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Folie 12 zumindest über diejenigen Seitenkanten der Stapelumfangsbereiche 5, 6 gezogen wird, welche an die weiteren Stapelumfangsbereiche 15, 16 angrenzen. Von der Folie 12 nicht bedeckte Bereiche der weiteren Stapelumfangsbereiche 15, 16 werden vorzugsweise zu deren Passivierung mit einer polymeren Passivierungsschicht 13 bedeckt. Die Applikation der Passivierungsschicht 13 kann durch Sprühen, Tauchen, Pinseln oder Siebdruck erfolgen. Die Passivierungsschicht kann aus Silikon, Epoxy, Polyurethan oder Polyimid bestehen.
  • Das Aufbringen der Passivierungsschicht oder das Vorhandensein des Schrumpfschlauchs an den weiteren Stapelumfangsbereichen ist dann von Vorteil, wenn der Auftrag der späteren elektrisch leitenden Schicht 8 galvanisch erfolgen soll, um eine elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenschichten 3 und den Elektrodenschichten 4 des Stapels zu verhindern.
  • In einem sich daran anschließenden Verfahrensschritt wird die durch den Schrumpfschlauch 11 oder die Folie 12 gebildete, noch vollflächige Isolationsschicht im Bereich der späteren Kontaktierung durch Laserablation, Fotolithographie, mechanischen Abtrag und dergleichen strukturiert. Dies erfolgt – wie erläutert – derart, dass auf dem ersten Stapelumfangsbereich 5 jede zweite Elektrodenschicht 4 freigelegt ist. Auf dem zweiten, gegenüberliegenden Stapelumfangsbereich 6 sind die verbleibenden Elektrodenschichten 3 freigelegt.
  • Hierdurch ergeben sich die in der Querschnittsdarstellung der 1 dargestellten Isolationswälle 9. Bevorzugt erfolgt die Strukturierung der Isolierschicht 7 dergestalt, dass Flanken 10 der Isolationswälle 9 verrundet oder mit wenigstens einer Phase versehen werden, so dass sich beispielsweise der in 1 gezeigte trapezförmige Querschnitt eines jeweiligen Isolationswalls 9 ergibt. Alternativ können die Isolationswälle im Querschnitt auch sinusförmig oder ähnlich ausgestaltet sein. Die Anpassung der spezifischen Kontur der Isolationswälle 9 ermöglicht einen Abbau bzw. eine Vergleichmäßigung der bei Ansteuerung und damit Ausdehnung des Piezoaktors 1 auftretenden mechanischen Zugspannungen in der auf der Isolierschicht 7 aufgebrachten leitenden Schicht 8. In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls vorteilhaft, das Material der Isolationsschicht 7 hinsichtlich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf die Materialien der Werkstoffschichten 2 sowie der Elektrodenschichten 3, 4 hin anzupassen.
  • Auf die derart vorbereitete Isolationsstruktur wird die elektrisch leitende Schicht 8 aufgebracht. Dies kann durch einen PVD(Physical Vapor Deposition)- oder einen CVD(Chemical Vapor Deposition)-Prozess, eine galvanische oder stromlose Abscheidung, Jetten, Sprühen, Direktschreiben, Siebdruck usw. erfolgen. Um eine zweidimensionale Elastizität der elektrisch leitenden Schicht 8 in der Ebene des jeweiligen Stapelumfangsbereichs zu erzielen und dadurch die Dauerdehnbarkeit und Dauerschwingbelastbarkeit des Bauelements zu erhöhen, wird die elektrisch leitende Schicht 8 nicht ganzflächig auf der strukturierten Isolationsschicht 7 belassen, sondern ebenfalls strukturiert. Ausführungsbeispiele für mögliche Strukturierungsvarianten sind in den 4a bis 4d dargestellt.
  • In 4a ist die Elektrodenschicht 8 in Gestalt einer Mehrzahl an rautenförmigen Segmenten ausgebildet. Jedes rautenförmige Segment besteht aus einer Mehrzahl an elektrisch voneinander isolierten konzentrischen Trapezen. Der relative Verlauf der durch die elektrisch leitende Schicht 8 kontaktierten Elektrodenschichten ist schematisch durch die mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnete Elektrodenschicht dargestellt.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß 4b ist die elektrisch leitende Schicht 8 durch eine Mehrzahl an im Wesentlichen parallel verlaufenden, wellenförmigen Leiterbahnen 14 gebildet. Die elektrischen Leiterbahnen 14 weisen zueinander keinen Kontakt auf, was jedoch nicht zwingend ist.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß 4c ist die elektrisch leitende Schicht 8 durch eine Mehrzahl an parallel verlaufenden, zick-zack-förmigen Leiterbahnen 14 gebildet, welche ebenfalls elektrisch voneinander isoliert sind. Ein ähnliches Ausführungsbeispiel zeigt 4d, in welcher die Mehrzahl an parallel verlaufenden Leiterbahnen 14 der elektrisch leitenden Schicht 8 gewinkelt ist.
  • Das erfindungsgemäße Bauelement zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und einen kostengünstigen Herstellungsprozess aus. Insbesondere ist die Verwendung einer im Hinblick auf die elektrische Kontaktierung nachteiligen Leitkleber-Schicht vermieden. Das Vorsehen einer strukturierten Metallschicht erlaubt die Weiterkontaktierung durch einen Löt- und Schweißprozess, direkt auf die Metallschicht.
  • Die Verwendung eines Schrumpfschlauchs als Isoliermaterial oder einer Folie ermöglicht in Verbindung mit der strukturierten Metallschicht eine gute Dauerdehnbarkeit und Dauer schwingbelastbarkeit. Darüber hinaus ist eine vollständige elektrische Passivierung auf einfache Weise möglich.
  • Bei Verwendung eines Schrumpfschlauchs oder einer Folie als Isolationsmaterial mit einem ausreichenden Elastizitätsmodul im Bereich von größer 10 GPa kann das Bauelement auch unter erhöhten Umgebungsdrücken, wie diese beispielsweise in Dieselmotoren auftreten, eingesetzt werden. Dies resultiert daraus, dass die Komprimierung der Isolationsschicht und damit die Deformation der Metallschicht ausreichend gering bleibt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10153770 A1 [0005]
    • - DE 102006003070 B3 [0006]

Claims (26)

  1. Als Stapel (1) ausgebildetes elektronisches Bauelement, umfassend: – eine Mehrzahl von Elektrodenschichten (3, 4); – eine Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten (2), wobei jede Werkstoffschicht (2) zwischen zwei der Elektrodenschichten (3, 4) angeordnet ist; – eine strukturierte Isolationsschicht (7), die auf zumindest einem Stapelumfangsbereich (5, 6) des Stapels (1) aufgebracht ist, wobei die Isolationsschicht (7) derart ausgebildet ist, dass jede zweite Elektrodenschicht eines Stapelumfangsbereichs (5, 6) zur elektrischen Kontaktierung frei gelegt ist; – eine strukturierte elektrisch leitende Schicht (8), die den jeweiligen, mit der Isolationsschicht (7) versehenen Stapelumfangsbereich (5, 6) im Wesentlichen ganzflächig bedeckt, wobei die Strukturierung derart ist, dass die elektrisch leitende Schicht (8) eine zumindest zweidimensionale Elastizität in der Ebene des jeweiligen Stapelumfangsbereichs (5, 6) aufweist.
  2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die elektrisch leitende Schicht (8) eine Vielzahl von Leiterbahnen (14) aufweist, die sich im Wesentlichen quer zu den Elektrodenschichten erstrecken.
  3. Bauelement nach Anspruch 2, bei dem die Leiterbahnen (14) zumindest abschnittsweise elektrisch voneinander isoliert sind.
  4. Bauelement nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Leiterbahnen (14) zumindest abschnittsweise parallel zu einander angeordnet sind.
  5. Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Leiterbahnen (14) mäanderförmig und/oder wellenförmig und/oder zick-zack-förmig und/oder als konzentrische Kreise und/oder als konzentrische Rechtecke oder Trapeze ausgebildet sind.
  6. Bauelement nach einem vorherigen Ansprüche, bei dem die Isolationsschicht (7) durch einen Schrumpfschlauch (11) gebildet ist, der alle Stapelumfangsbereiche (5, 6) umfänglich vollständig bedeckt.
  7. Bauelement nach Anspruch 6, bei dem der Schrumpfschlauch (11) auf der den Stapelumfangsbereichen (5, 6) zugewandten Seiten mit einer Kleberschicht versehen ist.
  8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Isolationsschicht (7) durch eine Folie (12), insbesondere eine Laminierfolie, gebildet ist, die den zumindest einen Stapelumfangsbereich (5, 6) des Stapels (1) bedeckt.
  9. Bauelement nach Anspruch 8, bei dem die Folie (12) über jeweilige Seitenkanten des zumindest einen Stapelumfangsbereichs (5, 6) gezogen ist, die an weitere Stapelumfangsbereiche (15, 16) grenzen, an denen insbesondere keine Elektrodenschichten (3, 4) zugänglich sind oder elektrisch kontaktiert sind.
  10. Bauelement nach Anspruch 9, bei dem nicht von der Folie (12) bedeckte Bereiche der weiteren Stapelumfangsbereiche (15, 16) mit einer insbesondere polymeren Passivierungsschicht (13) bedeckt sind.
  11. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine jeweilige strukturierte Isolationsschicht (7) auf zwei geometrisch nicht zusammenhängende Stapelumfangsbereiche (5, 6) aufgebracht ist.
  12. Bauelement nach Anspruch 11, bei dem – die Isolationsschicht (7) derart strukturiert ist, dass auf einem ersten der Stapelumfangsbereiche (5) jede zweite Elektrodenschicht eines Stapelumfangsbereichs (5, 6) zur elektrischen Kontaktierung frei gelegt ist; und – auf einem zweiten der Stapelumfangsbereiche (6) die verbleibenden Elektrodenschichten frei gelegt sind.
  13. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein eine jeweilige Elektrodenschicht bedeckender/isolierender Isolationswall aus Isolationsmaterial einen trapez- oder sinusförmigen Querschnitt aufweist.
  14. Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines elektronischen Bauelements als Stapel (1), das aus einer Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten (2) und einer Mehrzahl von Elektrodenschichten (3, 4) gebildet ist, wobei jede Werkstoffschicht (2) zwischen zwei der Elektrodenschichten (3, 4) angeordnet ist, bei dem – auf zumindest einem Stapelumfangsbereich (5, 6) des Stapels (1) eine strukturierte Isolationsschicht (7) aufgebracht wird, wodurch jede zweite Elektrodenschicht eines Stapelumfangsbereichs (5, 6) zur elektrischen Kontaktierung frei gelegt ist; – der zumindest eine mit der Isolationsschicht (7) versehene Stapelumfangsbereich (5, 6) im Wesentlichen ganzflächig mit einer derart strukturierten elektrisch leitenden Schicht (8) bedeckt wird, dass durch die Strukturierung eine zumindest zweidimensionale Elastizität der elektrisch leitenden Schicht (8) in der Ebene des jeweiligen Stapelumfangsbereichs (5, 6) gegeben ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem zur Erstellung der strukturierten elektrisch leitenden Schicht (8) elektrisch leitendes Material zunächst ganzflächig auf den zumindest einen mit der Isolationsschicht (7) versehenen Stapelumfangsbe reich aufgebracht und dann Material der ganzflächigen Schicht (8) abschnittsweise subtraktiv entfernt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Struktur der elektrisch leitenden Schicht (8) beim Aufbringen des Materials der Schicht (8) erzeugt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die Isolationsschicht (7) auf jedem des zumindest einen Stapelumfangsbereichs (5, 6) derart strukturiert wird, so dass jede zweite Elektrodenschicht eines Stapelumfangsbereichs (5, 6) zur elektrischen Kontaktierung frei gelegt ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem Flanken von eine jeweilige Elektrodenschicht (3, 4) bedeckende/isolierende Isolationswällen aus Isolationsmaterial verrundet oder mit einer Phase versehen werden.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem vor dem Aufbringen der Isolationsschicht (7) die genaue Position einer jeweiligen der Elektrodenschichten (3, 4) entlang des jeweiligen Stapelumfangsbereichs ermittelt wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem als Isolationsschicht (7) ein Schrumpfschlauch (11) verwendet wird, der alle Stapelumfangsbereiche (5, 6) umfänglich vollständig bedeckt.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Schrumpfschlauch (11) zur Verbesserung der Haftung an dem Stapel auf der den Stapelumfangsbereichen (5, 6) zugewandten Seiten mit einer Kleberschicht versehen wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem als Isolationsschicht (7) eine Folie (12), insbesondere eine Laminierfolie, verwendet wird, die den zumindest einen Stapelumfangsbereich (5, 6) des Stapels (1) bedeckt.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Folie (12) über Seitenkanten des zumindest einen Stapelumfangsbereichs (5, 6) gezogen wird, die an weitere Stapelumfangsbereiche (15, 16) grenzen, an denen insbesondere keine Elektrodenschichten (3, 4) zugänglich sind oder elektrisch kontaktiert werden.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem nicht von der Folie (12) bedeckte Bereiche der weiteren Stapelumfangsbereiche (15, 16) mit einer insbesondere polymeren Passivierungsschicht (13) bedeckt werden.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Passivierungsschicht (13) durch Sprühen, Tauchen, Pinseln, Siebdruck appliziert wird.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, bei dem eine jeweilige strukturierte Isolationsschicht (7) auf zwei geometrisch nicht zusammenhängende Stapelumfangsbereiche (5, 6) aufgebracht wird.
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