專利名稱：壓電多層元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
說(shuō)明一種壓電多層元件，其具有由燒結(jié)的壓電層和在這些壓電層之間所設(shè)置的內(nèi)電極構(gòu)成的堆疊。這種多層元件例如是壓電致動(dòng)器，該壓電致動(dòng)器可以應(yīng)用在機(jī)動(dòng)車中以操作噴油閥。
背景技術(shù)：
在文獻(xiàn)DE 10307825 Al中描述了一種多層元件，該多層元件具有陶瓷的應(yīng)斷裂層。在文獻(xiàn)DE 10234787 Cl中描述了一種多層致動(dòng)器，其中在致動(dòng)器構(gòu)造中加入了微干擾。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的任務(wù)是說(shuō)明一種壓電多層元件，其具有提高的可靠性。說(shuō)明一種壓電多層元件，其具有由燒結(jié)的壓電層和在這些壓電層之間設(shè)置的內(nèi)電極構(gòu)成的堆疊。該多層元件優(yōu)選地具有單片基體，該基體例如由諸如鋯鈦酸鉛(PZT)的壓電材料的薄膜來(lái)制造。內(nèi)電極可以以電極層的形式來(lái)構(gòu)造，并借助絲網(wǎng)印刷方法作為金屬膏敷設(shè)在薄膜上。所述薄膜接著被堆疊、擠壓并被共同燒結(jié)。在此不必在每個(gè)薄膜上都敷設(shè)電極層。例如可以相疊地設(shè)置一些壓電薄膜，在這些壓電薄膜之間沒(méi)有電極層?！皦弘妼印北硎径询B的一個(gè)片段，該堆疊具有壓電材料，并在堆疊方向上由兩個(gè)相鄰的內(nèi)電極來(lái)限制。壓電層由一個(gè)或多個(gè)壓電層次(Lage)來(lái)構(gòu)造，這些壓電層次沿著堆疊方向相疊設(shè)置。例如壓電層次可以由壓電未燒結(jié)膜來(lái)形成。壓電層也可以僅具有一個(gè)唯一的壓電層次。優(yōu)選地在元件的兩個(gè)相對(duì)外表面上敷設(shè)外電極。外電極例如包括在堆疊上煅燒的基底金屬化部。內(nèi)電極優(yōu)選地沿著元件的堆疊方向交替與外電極連接。為此內(nèi)電極例如交替地引導(dǎo)直至外電極之一，并與第二外電極具有間距。這樣，一個(gè)極性的內(nèi)電極通過(guò)共同的外電極彼此電氣連接。在燒結(jié)和敷設(shè)外電極之后，這些壓電層被極化。為此例如在相鄰的內(nèi)電極之間施加直流電壓并加熱所述堆疊。在不同極性的相鄰內(nèi)電極在堆疊方向上不重疊的所謂無(wú)效區(qū)域中，壓電材料完全不伸展或伸展得比在出現(xiàn)重疊的有效區(qū)域中小。通過(guò)在無(wú)效區(qū)域和有效區(qū)域中壓電層的不同伸展，產(chǎn)生了機(jī)械應(yīng)力，該機(jī)械應(yīng)力在極化期間、在熱處理或在壓電致動(dòng)器運(yùn)行中可能導(dǎo)致裂縫。如果這種裂縫平行于堆疊方向，那么就產(chǎn)生以下危險(xiǎn)，即不同極性的相鄰電極通過(guò)裂縫連接并導(dǎo)致元件的短路。壓電層次的至少一個(gè)作為衰減層次來(lái)構(gòu)造。該衰減層次比至少另一壓電層次具有更小的抗裂強(qiáng)度。優(yōu)選地如此降低抗裂強(qiáng)度，即在元件中出現(xiàn)應(yīng)力時(shí)裂縫以高的概率在衰減層次的區(qū)域中產(chǎn)生，并僅沿著衰減層次來(lái)擴(kuò)展。這樣將防止，裂縫將不同極性的相鄰內(nèi)電極電氣連接并導(dǎo)致短路。優(yōu)選地該衰減層次與鄰接壓電層次的粘附強(qiáng)度小于另一壓電層次與同其鄰接的壓電層次的粘附強(qiáng)度。在這種情況下，裂縫以高的概率在衰減層次和鄰接壓電層次之間產(chǎn)生，并僅在該區(qū)域內(nèi)擴(kuò)展。另外說(shuō)明一種多層構(gòu)造的壓電致動(dòng)器，該壓電致動(dòng)器具有由燒結(jié)的壓電層和在這些壓電層之間設(shè)置的電極層組成的堆疊。該堆疊包含至少一個(gè)壓電衰減層次 (Sctwkhimgslage)，該衰減層次與鄰接的壓電層之間具有相對(duì)于在其他壓電層之間的粘附強(qiáng)度減小了的粘附強(qiáng)度。減小的粘附強(qiáng)度由于在燒結(jié)過(guò)程中較小的壓電層活性而產(chǎn)生。優(yōu)選地該衰減層次的厚度明顯小于至少另一壓電層次的厚度。例如該衰減層次僅是另一壓電層次的一半厚。優(yōu)選地該衰減層次薄于另一壓電層次，該另一壓電層次位于與衰減層次相同的壓電層中。例如該衰減層次的厚度處于內(nèi)電極的厚度范圍內(nèi)。在這種情況下該衰減層次例如在絲網(wǎng)印刷方法中被敷設(shè)到壓電未燒結(jié)膜上。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述衰減層次的厚度大于內(nèi)電極的厚度。例如衰減層次至少是內(nèi)電極的兩倍厚。優(yōu)選地衰減層次明顯薄于另一壓電層次并厚于內(nèi)電極，例如至少是內(nèi)電極的兩倍厚。比內(nèi)電極厚的衰減層次例如以未燒結(jié)膜的形式來(lái)制造。由于衰減層次的小厚度，裂縫的伸展被限定于在堆疊方向上緊密限定的范圍中。 這樣實(shí)現(xiàn)了由裂縫對(duì)元件的盡可能小的損害。此外，由于衰減層次在堆疊方向上的小伸展， 也將由于存在衰減層次而對(duì)元件功能的可能損壞保持為小的。衰減層次的較小粘附強(qiáng)度例如由衰減層次的材料的較小燒結(jié)活性而引起。優(yōu)選地，一些壓電層次由第一材料制造，并且衰減層次由第二材料來(lái)制造，其中第二材料的燒結(jié)活性小于第一材料的燒結(jié)活性。第二材料尤其可以在燒結(jié)過(guò)程期間具有相對(duì)于第一材料減小的擴(kuò)散速率。在該情況下，與壓電層次的第一材料與同其鄰接的壓電層次的第一材料共生相比，衰減層次的第二材料與鄰接層次的材料沒(méi)有那么好地共生。這在燒結(jié)的多層元件中導(dǎo)致衰減層次與相鄰壓電層次的粘附強(qiáng)度減小，并因此導(dǎo)致衰減層次區(qū)域中的應(yīng)斷裂處。對(duì)于在堆疊中衰減層次的設(shè)置，存在不同的可能性。在一個(gè)實(shí)施方式中，衰減層次設(shè)置在壓電層次和內(nèi)電極之間，并與所述壓電層次和內(nèi)電極鄰接。在另一實(shí)施方式中，衰減層次設(shè)置在壓電層內(nèi)。優(yōu)選地在該情況下所述衰減層次設(shè)置在壓電層的兩個(gè)壓電層次之間，并與這些層次鄰接。這種設(shè)置所具有的優(yōu)點(diǎn)是，裂縫不沿著電極層而生成。優(yōu)選地，所述元件具有多個(gè)衰減層次。這些衰減層次可以在堆疊上分布設(shè)置。例如可以在每個(gè)通常的、即其粘附強(qiáng)度未降低的壓電層次上都鄰接一個(gè)衰減層次。在另一實(shí)施方式中，僅在一些通常的壓電層次上鄰接衰減層次。優(yōu)選地所述衰減層次等距離地設(shè)置。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述衰減層次被結(jié)構(gòu)化地構(gòu)造在與堆疊的堆疊方向垂直的平面中。優(yōu)選地所述衰減層次具有空缺。例如在衰減層次中的所述空缺限制到堆疊的有效區(qū)域，從而所述衰減層次穿過(guò)無(wú)效區(qū)域而構(gòu)造。在這種情況下，衰減層次構(gòu)造在無(wú)效區(qū)域中以實(shí)現(xiàn)盡可能最佳的裂縫形成和裂縫控制。優(yōu)選地，所述衰減層次的材料至少部分地從無(wú)效區(qū)域到達(dá)有效區(qū)域。優(yōu)選地， 與衰減層次鄰接的壓電層次或內(nèi)電極的材料到達(dá)有效區(qū)域中的空缺中，使得在所述空缺內(nèi)周圍的壓電層次或鄰接的壓電層次與內(nèi)電極固定地?zé)Y(jié)在一起。所述空缺優(yōu)選地如此來(lái)設(shè)置，即使得所述空缺防止了裂縫從一個(gè)外電極完全擴(kuò)展到另外的外電極。這樣能夠防止在外電極之間的短路。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述壓電層次包含陶瓷材料。例如為了制造一些壓電層次而采用第一陶瓷材料，并為了制造衰減層次而采用第二陶瓷材料。優(yōu)選地，第一陶瓷材料在其組成方面與第二陶瓷材料僅微小不同，或甚至相同。例如第二陶瓷材料包含一種陶瓷粉末，該陶瓷粉末具有比第一陶瓷材料中的陶瓷粉末大的顆粒。這導(dǎo)致在第二陶瓷材料中陶瓷顆粒的擴(kuò)散速率降低，并從而導(dǎo)致衰減層次與鄰接層次的粘附強(qiáng)度降低。在另一實(shí)施方式中，第二陶瓷材料包含一種陶瓷粉末，該陶瓷粉末在比第一陶瓷材料中的陶瓷粉末更高的溫度下被焙燒。這樣可以降低第二材料的燒結(jié)活性。在另一實(shí)施方式中，第二陶瓷材料包含一種陶瓷粉末，其中包含比在第一陶瓷材料的陶瓷粉末中更少的鉛。例如，所述第二陶瓷材料包含更少份額的氧化鉛。這同樣導(dǎo)致第二材料的燒結(jié)活性的降低。陶瓷粉末的上述實(shí)施方式也可以相組合。例如，所述第二材料可以包含一種陶瓷粉末，在該陶瓷粉末的情況下不僅提高了焙燒溫度，而且提高了顆粒大小。另外還說(shuō)明一種用于制造壓電多層元件的方法。在此提供包含第一壓電材料的壓電未燒結(jié)膜。此外還提供第二壓電材料，該第二壓電材料在其燒結(jié)活性方面與第一壓電材料不同。由所述壓電未燒結(jié)膜和第二壓電材料構(gòu)成堆疊。該堆疊具有包含第二壓電材料的至少一個(gè)層次。包含第二壓電材料的所述層次的厚度在此如此來(lái)選擇，即使得所述層次在燒結(jié)狀態(tài)下明顯比由壓電未燒結(jié)膜制造的至少另一燒結(jié)壓電層次要薄。接著對(duì)所述堆疊進(jìn)行燒結(jié)。包含第二壓電材料的層次例如可以作為原本的未燒結(jié)膜來(lái)提供。在構(gòu)造所述堆疊時(shí)，該未燒結(jié)膜可以敷設(shè)到包含第一壓電材料的未燒結(jié)膜上。在一個(gè)替代實(shí)施方式中，第二壓電材料借助絲網(wǎng)印刷敷設(shè)到包含第一壓電材料的
未燒結(jié)膜之一上。


下面借助示意的并且不是比例正確的附圖來(lái)解釋所說(shuō)明的元件及其有利的擴(kuò)展。 其中
圖IA示出了壓電多層元件的縱剖面， 圖IB示出了圖IA的放大片段，
圖2A示出了壓電多層元件的一部分的縱剖面，其中裂縫垂直于內(nèi)電極延伸， 圖2B示出了壓電多層元件的一部分的縱剖面，其中裂縫平行于內(nèi)電極延伸， 圖3示出了具有壓電衰減層次的壓電多層元件的第一實(shí)施方式的一部分的縱剖面， 圖4示出了具有壓電衰減層次的壓電多層元件的第二實(shí)施方式的一部分的縱剖面，圖5A示出了壓電多層元件中的壓電衰減層次的第一實(shí)施方式的俯視圖， 圖5B示出了壓電多層元件中的壓電衰減層次的第二實(shí)施方式的俯視圖， 圖5C示出了壓電多層元件中的壓電衰減層次的第三實(shí)施方式的俯視圖， 圖5D示出了壓電多層元件中的壓電衰減層次的第四實(shí)施方式的俯視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了壓電致動(dòng)器形式的壓電多層元件1的縱剖面。該元件1具有堆疊2，該堆疊由相疊設(shè)置的壓電層3和位于這些壓電層之間的內(nèi)電極fe、5b組成。內(nèi)電極fe、5b作為電極層來(lái)構(gòu)造。壓電層3和內(nèi)電極5ajb沿著堆疊方向20相疊設(shè)置，其中該堆疊方向?qū)?yīng)于堆疊2的縱方向。壓電層3包含有諸如鋯鈦酸鉛(PZT)的陶瓷材料或無(wú)鉛陶瓷。該陶瓷材料也可以包含摻雜物質(zhì)。內(nèi)電極fedb例如包含銀-鈀或銅。內(nèi)電極fedb尤其可以包含由純銅、 銅和鈀的混合物或合金、純銀、銀和鈀的混合物或合金、純鉬或鉬和銀的混合物的集合所構(gòu)成的材料，或由這些材料之一構(gòu)成的材料。為了制造堆疊2，例如通過(guò)薄膜拉制法或薄膜澆注法來(lái)制造未燒結(jié)膜，該未燒結(jié)膜包含陶瓷粉末、有機(jī)粘結(jié)劑和溶劑。在一些未燒結(jié)膜上， 為了形成內(nèi)電極如、恥而借助絲網(wǎng)印刷來(lái)敷設(shè)電極膏。該未燒結(jié)膜沿著縱向20相疊堆疊并擠壓。從該薄膜堆疊中以所期望的形式分割出該元件的初級(jí)產(chǎn)品。最后對(duì)由壓電未燒結(jié)膜和電極層所構(gòu)成的堆疊進(jìn)行燒結(jié)。圖IB示出了按照?qǐng)DIA的由壓電層3和內(nèi)電極5ajb構(gòu)成的堆疊2的一個(gè)片段。壓電層3在此表示堆疊的如下區(qū)域該區(qū)域包含壓電材料并在縱向上由兩個(gè)相鄰的內(nèi)電極如、513限制。一個(gè)壓電層3可以具有多個(gè)壓電層次(Lage) 34。例如由未燒結(jié)膜來(lái)制造壓電層次34。在此所示的實(shí)施例中，一個(gè)壓電層3分別具有兩個(gè)壓電層次34。在其他實(shí)施方式中，一個(gè)壓電層3也可以具有僅一個(gè)壓電層次34或多于兩個(gè)壓電層次34。在堆疊2中，壓電層3也可以在其壓電層次34的數(shù)量上相互不同。如在圖IA中所示，元件1具有兩個(gè)外電極6a、6b，這些外電極設(shè)置在堆疊2的外側(cè)。在此所示的實(shí)施方式中，外電極6a、6b設(shè)置在元件1的相對(duì)的側(cè)面上，并沿堆疊方向20 條狀地延伸。外電極6a、6b例如包含銀-鈀或銅，并可以作為金屬膏敷設(shè)并煅燒到堆疊2 上。內(nèi)電極fe、5b沿著堆疊方向20交替引導(dǎo)直至外電極6a、6b之一，并與第二外電極 6a、6b相間隔。這樣，外電極6a、6b沿著堆疊方向20交替地與內(nèi)電極^1、513電氣連接。為了制造電接線端子，可以例如通過(guò)焊接將接線端子元件(在此未示出)敷設(shè)到外電極6a、6b 上。元件1在外電極6a、6b之間施加電壓時(shí)在縱向20上伸展。在所謂的有效區(qū)域M 中——其中在該有效區(qū)域中在堆疊方向20上重疊相鄰的內(nèi)電極fe、5b，在外電極6a、6b上施加電壓時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng)，使得壓電層3在縱向20上伸展。在無(wú)效區(qū)域中——其中在該區(qū)域中相鄰的電極層5ajb不重疊，該壓電致動(dòng)器僅微小地伸展。由于在有效區(qū)域M和無(wú)效區(qū)域^a 中元件1的不同伸展，在堆疊2中出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力。這種應(yīng)力可導(dǎo)致堆疊2中的裂縫。
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圖2A示出了由壓電層3和內(nèi)電極fe、5b組成的堆疊2的一個(gè)片段，其中在堆疊2 中產(chǎn)生裂縫22。該裂縫22在無(wú)效區(qū)域26a中平行于內(nèi)電極5a、恥延伸，在過(guò)渡到有效區(qū)域 24中時(shí)彎折，并在該有效區(qū)域M中穿過(guò)不同極性的相鄰內(nèi)電極fe、5b。這可能導(dǎo)致內(nèi)電極 5a、5b的短路。圖2B示出了由壓電層3和內(nèi)電極5ajb組成的堆疊2的一個(gè)片段，其中同樣產(chǎn)生裂縫22。在此裂縫22不僅在無(wú)效區(qū)域中而且也在有效區(qū)域M中平行于內(nèi)電極 5a,5b而延伸。在裂縫22如此延伸的情況下，降低了短路的危險(xiǎn)。為了促進(jìn)裂縫22的這種延伸，在堆疊2中引入壓電衰減層次，該壓電衰減層次與鄰接的壓電層次具有降低的粘附強(qiáng)度。通過(guò)降低的粘附強(qiáng)度，裂縫22特別容易地在衰減層次與鄰接的壓電層次之間的界面上產(chǎn)生，并特別容易地沿著該界面擴(kuò)展。圖3示出了由壓電層3和內(nèi)電極5ajb組成的堆疊2的縱剖面，其中在該堆疊2 的多個(gè)位置處設(shè)置有壓電衰減層次4。堆疊2例如是壓電致動(dòng)器的部分。壓電衰減層次4與壓電層3的鄰接的壓電層次34c具有降低的粘附強(qiáng)度。衰減層次4的粘附強(qiáng)度尤其小于另一壓電層次3 與同其鄰接的壓電層次34b的粘附強(qiáng)度。該壓電衰減層次4在此分別設(shè)置在壓電層次3 與內(nèi)電極5a、恥之間，并與內(nèi)電極5a、恥和壓電層次3 鄰接。該壓電衰減層次4沿縱向20看可以設(shè)置在鄰接的內(nèi)電極fe、5b的上面或下面。該壓電衰減層次4的厚度40明顯小于其他壓電層次34a、34b、34c的厚度30。例如該壓電衰減層次4的厚度在1與IOym之間。具有這種厚度的衰減層次例如可以借助絲網(wǎng)印刷來(lái)制造。在其他實(shí)施方式中，壓電衰減層次的厚度在1與IOOym之間。在10至 100 μ m范圍中的衰減層次例如可以通過(guò)薄膜拉制來(lái)制造。通過(guò)衰減層次4的構(gòu)造，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)了裂縫盡可能在平行于堆疊方向20的平面中延伸。此外，由于微小的厚度40，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)了該壓電元件1在其功能上盡可能小地受到損害。為了制造具有衰減層次4的這種堆疊2，例如提供了包含第一壓電材料的未燒結(jié)膜。在一些未燒結(jié)膜上借助絲網(wǎng)印刷來(lái)敷設(shè)電極膏。接著借助絲網(wǎng)印刷來(lái)敷設(shè)第二壓電材料，該第二壓電材料相對(duì)于第一壓電材料具有降低的燒結(jié)活性。該第二壓電材料也可以敷設(shè)到未燒結(jié)膜上，然后再敷設(shè)電極膏。之后這些未燒結(jié)膜相疊地堆疊、擠壓，并分割出該元件的未燒結(jié)的初級(jí)產(chǎn)品。替代于此地，可以由包含第二壓電材料的壓電未燒結(jié)膜來(lái)制造壓電衰減層次4，其中這些未燒結(jié)膜然后與其他未燒結(jié)膜一起被設(shè)置并擠壓為一個(gè)堆疊。該堆疊最后例如在800與1500° C之間的范圍內(nèi)的燒結(jié)溫度下被燒結(jié)成單片燒結(jié)體。在燒結(jié)過(guò)程期間，在這些壓電層次以及在內(nèi)電極中微粒的擴(kuò)散過(guò)程導(dǎo)致在這些壓電層次與內(nèi)電極之間的緊密結(jié)合。來(lái)自電極層的金屬微粒尤其與來(lái)自陶瓷層的顆粒形成固定的接觸。同樣在燒結(jié)時(shí)由于壓電層次中微粒的擴(kuò)散過(guò)程還在一個(gè)壓電層的各個(gè)層次之間形成固定的機(jī)械連接。不同層次的陶瓷微粒共生，并在兩個(gè)層次的界面上形成固定的連接。第二壓電材料在燒結(jié)過(guò)程期間比第一壓電材料具有明顯更小的擴(kuò)散速率。減小的擴(kuò)散速率導(dǎo)致，來(lái)自第二壓電材料和第一壓電材料的陶瓷微粒僅微弱地共生。在微觀上觀察，在這些微粒之間的接觸優(yōu)選地僅減弱到形成瓶頸。第二壓電材料的擴(kuò)散速率尤其在高溫下、即在燒結(jié)過(guò)程中存在的800至1500° C范圍內(nèi)的溫度下明顯小于第一壓電材料的擴(kuò)
散速率。優(yōu)選地，第二壓電材料的組成與第一壓電材料的組成僅微小不同，或者相同。例如在第一壓電材料中陶瓷粉末的份額在未燒結(jié)狀態(tài)下處于30與70體積％之間，優(yōu)選地在45與60體積％之間。剩余的體積份額例如由粘結(jié)劑和孔隙來(lái)占據(jù)。優(yōu)選地，在第二壓電材料中有機(jī)粘結(jié)劑的體積份額盡可能地接近于第一壓電材料中的體積份額。這樣就能夠避免在除膠過(guò)程(Entbinderungsprozess)期間出現(xiàn)問(wèn)題。
在一個(gè)實(shí)施方式中，第二壓電材料的燒結(jié)活性可以通過(guò)采用比在第一壓電材料中具有更大顆粒的陶瓷粉末而被降低。例如，第二壓電材料包含一種陶瓷粉末，其中顆粒大小的分布中間值d50比第一壓電材料中陶瓷粉末顆粒大小的分布中間值大至少0. 3 μ m，優(yōu)選至少0. 6 μ m。例如，對(duì)于其他壓電層，陶瓷粉末的顆粒大小的中間值d50在0. 3與1. 0 μ m之間，優(yōu)選在0. 4與0. 7 μ m 之間。優(yōu)選地在該衰減層次中陶瓷材料的組成與在其他壓電層次中的組成相同。在另一實(shí)施方式中，第二壓電材料包含一種陶瓷粉末，該陶瓷粉末在比第一壓電材料中的陶瓷粉末更高的溫度下被焙燒。焙燒溫度中的差別優(yōu)選至少為20° C，尤其優(yōu)選地為至少50° C。優(yōu)選地在衰減層次中陶瓷材料的組成與在其他壓電層次中的組成相同。在另一實(shí)施方式中，第二壓電材料包含一種陶瓷粉末，其中包含比第一壓電材料的陶瓷粉末中更少的例如氧化鉛形式的鉛。優(yōu)選地在這種情況下該陶瓷粉末包含鋯鈦酸鉛 (PZT)0優(yōu)選地，差別為至少0. 5mol%的鉛，尤其優(yōu)選為至少1. 5mol%的鉛。如在圖3中所示，在堆疊2中設(shè)置多個(gè)衰減層次4。在元件1的其他實(shí)施方式中， 在堆疊2中僅存在一個(gè)唯一的衰減層次4。在另一實(shí)施方式中，也可以在每個(gè)內(nèi)電極5ajb 上鄰接一個(gè)衰減層次4。圖4示出了堆疊2的另一實(shí)施方式，其中壓電衰減層次4設(shè)置在壓電層3中。這些壓電衰減層次4與壓電層3的兩個(gè)層次3k、34d鄰接。這種堆疊2的制造與根據(jù)圖3的堆疊2的制造類似地進(jìn)行，其中在此第二壓電材料與電極層不鄰接地被敷設(shè)。在此所示的實(shí)施例中，在堆疊2中分布設(shè)置有多個(gè)壓電衰減層次4。在其他實(shí)施方式中，在堆疊2中可以存在僅僅一個(gè)唯一的壓電衰減層次4。替代于此地，也可以在壓電層 3的所有層次34之間設(shè)置壓電衰減層次4。在其他實(shí)施方式中，也可以將根據(jù)圖3和圖4的壓電衰減層次4的設(shè)置組合為，使得在堆疊2中一些壓電衰減層次4與內(nèi)電極5ajb鄰接，并且其他的壓電衰減層次4設(shè)置在壓電層3內(nèi)。圖5A至5D示出了結(jié)構(gòu)化的壓電衰減層次4的不同實(shí)施方式。利用壓電衰減層次 4的俯視圖可以分別看到元件1的橫截面。外電極6A、6b設(shè)置在堆疊2的相對(duì)的側(cè)面上，并作為窄條沿著縱向20在成對(duì)角的縱棱區(qū)域中延伸。電極層(在此不能看到)交替引導(dǎo)直至外電極6A、6b之一，并與另一外電極6A、6b相間隔。無(wú)效區(qū)域^a、26b在狹窄區(qū)域內(nèi)在成對(duì)角的縱棱區(qū)域中延伸。圖5A示出了一個(gè)實(shí)施方式，其中壓電衰減層次4覆蓋了堆疊2的整個(gè)橫截面。圖5B示出了一個(gè)實(shí)施方式，其中壓電衰減層次4具有空缺44，該空缺沿著堆疊2 的一個(gè)對(duì)角線延伸。
在該空缺44中能夠看到位于下面的壓電層的第一壓電材料或者內(nèi)電極5A、5b的材料。優(yōu)選地該壓電衰減層次4借助絲網(wǎng)印刷敷設(shè)到另一壓電層次上。壓電衰減層次4的材料敷設(shè)在無(wú)效區(qū)域^^、2613的區(qū)域中。這樣，在出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力并從而也加劇出現(xiàn)裂縫的該區(qū)域中，衰減層次在其裂縫形成和裂縫引導(dǎo)能力方面被優(yōu)化。 而在位于有效區(qū)域M中的空缺內(nèi)存在提高的粘附強(qiáng)度。從而裂縫以降低的概率在空缺44 的范圍中延伸或穿過(guò)該空缺44。所述空缺44被設(shè)置為，使得裂縫以微小的概率在壓電衰減層次4的平面中從一個(gè)外電極6a延伸到成對(duì)角的外電極6b。這樣避免了在外電極6a、6b 之間短路的危險(xiǎn)。圖5c示出了壓電衰減層次4的另一實(shí)施方式，其中存在空缺44。在此在有效區(qū)域 24中也設(shè)置有空缺44，并且該空缺被如此設(shè)置在無(wú)效區(qū)域^5a、26b之間，即使得裂縫以微小的概率將外電極6a、6b彼此導(dǎo)電連接。該空缺44具有倒圓的輪廓線。這樣可以降低裂縫彎折到空缺44中的概率。圖5D示出了另一實(shí)施方式，其中壓電衰減層次4具有空缺44，該空缺與元件1的相對(duì)外側(cè)平行地延伸，在所述外側(cè)上設(shè)置有外電極6a、6b，并且該空缺連接該堆疊的另外兩個(gè)外側(cè)。壓電衰減層次的可能的實(shí)施方式不局限于在此所示的幾何形狀。所述空缺尤其是可以不僅平行于側(cè)面或沿著堆疊的一個(gè)對(duì)角線延伸，而且也可以具有任意其他的取向。本發(fā)明并不由于借助實(shí)施例的說(shuō)明而局限于此，而是包括每個(gè)新的特征以及每種特征組合。這尤其包含權(quán)利要求書(shū)中的每種特征組合，即使該特征或該組合本身并未在權(quán)利要求書(shū)或?qū)嵤├忻鞔_地說(shuō)明時(shí)也是如此。附圖標(biāo)記列表 1元件
2堆疊 20縱向 22裂縫 24有效區(qū)域 26a,26b無(wú)效區(qū)域 3壓電層 30厚度
34、34a、34b、34c、34d 壓電層次
4衰減層次
40厚度
44空缺
5a,5b內(nèi)電極
6a、6b外電極
10
權(quán)利要求
1.一種壓電多層元件，具有由燒結(jié)的壓電層(3)和在所述壓電層之間設(shè)置的內(nèi)電極 (5a、5b)組成的堆疊(2)，其中壓電層(3)具有至少一個(gè)壓電層次(34)，其中所述壓電層次(34)中的至少一個(gè)作為衰減層次(4)來(lái)構(gòu)造，所述衰減層次具有比至少另一壓電層次(34)更小的抗裂強(qiáng)度，以及其中所述衰減層次(34)的厚度(40)明顯小于至少另一壓電層次(34)的厚度(30)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層元件，其中所述衰減層次(4)與鄰接的壓電層次(3 ，34d)具有粘附強(qiáng)度，該粘附強(qiáng)度小于另一壓電層次(34a)與同其鄰接的壓電層次(34b)的粘附強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層元件，其中所述衰減層次(4)的較低的粘附強(qiáng)度由所述衰減層次(34)的材料的較低燒結(jié)活性引起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的多層元件，其中所述衰減層次(4)的厚度處于1至10 μ m的范圍中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的多層元件，其中所述衰減層次(4)設(shè)置在壓電層次(3 )與內(nèi)電極(5 5b)之間，并與二者 (34c, 5a, 5b)鄰接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的多層元件，其中所述衰減層次(4)設(shè)置在壓電層(3)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的多層元件，其中在所述堆疊(2 )上分布地設(shè)置多個(gè)衰減層次(4 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的多層元件，其中所述衰減層次(4)在垂直于堆疊(2)的堆疊方向(20)的平面中被結(jié)構(gòu)化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層元件，其中所述衰減層次(4)具有空缺(44)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的多層元件，其中所述壓電層次(34)包含陶瓷材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多層元件，其中所述衰減層次(4)的陶瓷材料在以下特征的至少一個(gè)方面與至少另一壓電層次 (34)的陶瓷材料不同顆粒大小、焙燒溫度和氧化鉛含量。
12.一種用于制造壓電多層元件的方法，包括以下步驟A)提供包含第一壓電材料的壓電未燒結(jié)膜，B)提供第二壓電材料，所述第二壓電材料在其燒結(jié)活性方面與第一壓電材料不同，C)由所述壓電未燒結(jié)膜和包含第二壓電材料的至少一個(gè)層次構(gòu)成堆疊(2)，其中將所述層次的厚度選擇為，使得所述層次在燒結(jié)狀態(tài)下明顯比由壓電未燒結(jié)膜所制造的至少另一燒結(jié)層次薄，D)對(duì)所述堆疊(2)進(jìn)行燒結(jié)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在步驟B)中所述第二壓電材料作為未燒結(jié)膜來(lái)提供，并在步驟C)中，所述未燒結(jié)膜被敷設(shè)到包含所述第一壓電材料的未燒結(jié)膜上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在步驟C)中所述第二壓電材料借助絲網(wǎng)印刷被敷設(shè)到包含所述第一壓電材料的未燒結(jié)膜上。
全文摘要
說(shuō)明一種壓電多層元件(1)，其具有由燒結(jié)的壓電層(3)和在所述壓電層之間設(shè)置的內(nèi)電極(5a、5b)組成的堆疊(2)。壓電層(3)包括至少一個(gè)壓電層次(34)。所述壓電層次(34)的至少一個(gè)作為衰減層次(4)來(lái)構(gòu)造，其中所述衰減層次(4)的厚度(40)明顯小于至少另一壓電層次(34)的厚度(30)。
文檔編號(hào)H01L41/083GK102449793SQ201080023635
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月29日
發(fā)明者格拉祖諾夫 A., 德諾夫塞克 O. 申請(qǐng)人:埃普科斯股份有限公司