[發明專利]壓電多層器件

有效

• 申請號: 200880015667.1
• 申請日: 2008-05-09
• 公開（公告）號: CN101730944A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: B·多爾加斯特;A·格拉朱諾夫;O·德諾夫塞克
• 申請（專利權）人: 埃普科斯股份有限公司
• 主分類號: H01L41/083
• 分類號: H01L41/083
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 胡莉莉;李家麟

說明了一種壓電多層器件，其在機械載荷下構成受控的裂縫。?

在DE?10?2004?031?404?A1中公開了一種具有執行體(Aktorkoerper)的壓電部件，其中該執行體具有期望斷裂部位(Sollbruchstelle)，所述期望斷裂部位被構造為使得通過期望斷裂部位所允許的裂縫將執行體劃分成至少兩個分堆(Teilstapel)。?

待解決的任務在于說明一種壓電多層器件，其在持續的機械載荷下保持功能正常(funktionstuechtig)。?

說明了一種壓電多層器件，其具有交替相疊布置的壓電陶瓷層和電極層的堆，其中該堆的相鄰層承受朝橫向方向傾斜的相互的機械應力。該堆的層相應地彼此張緊，其中應力或張力垂直于堆方向走向(verlaufen)。?

優選的是，在相鄰的壓電層之間存在相互的張緊。然而，該相互的張緊也可以在相鄰的壓電陶瓷層與電極層之間形成。?

借助相鄰層之間的機械應力，多層器件可以在其工作期間在一定的機械載荷下構成裂縫，所述裂縫基本上平行于層走向。換言之，堆可以部分地在橫向方向上被劃分或者該堆由于沿著相鄰層之間的至少一個平面存在的機械應力而在橫向方向上破裂。如果相鄰層彼此脫開或開始彼此脫開，則這些相鄰層基本上在橫向方向上彼此滑離。?

這種壓電多層器件有減小的如下危險：裂縫或縫隙不受控地且垂直于層走向并且因此例如形成多層器件的電極層之間的短路。由此，多層器件可以在持續載荷下較長時間間隔地保持功能正常。?

以下優選的方式允許實現相鄰層之間的所希望的橫向機械應力。?

根據多層器件的一個實施形式，堆的相鄰的層例如具有不同的燒結收縮特性。在燒結多層器件時，由于這些層的不同的燒結收縮特性而在層之間形成了所希望的機械應力。?

根據壓電多層器件的一個實施形式，該堆的不同層具有不同的燒結收縮特性。例如，第一層會在第一溫度下比相鄰層在同樣的溫度下具有更高的燒結收縮。在此，層的尺寸相比于時間變化過程的改變可以被理解為燒結收縮。這意味著：在一定的溫度下的時間窗內(其中?該時間窗可以非常小)，一個層比另一層收縮更多。如果層的尺寸由于燒結收縮而改變，則在此涉及該層的體積改變。?

根據多層器件的一個實施形式，相鄰的壓電陶瓷層可以具有不同的燒結收縮特性。相鄰的電極層和壓電陶瓷層也可以彼此間張緊，其中例如電極層除了包含導電的電極材料之外附加地包含具有與相鄰的壓電陶瓷層不同的燒結收縮特性的材料。在此，可能會涉及陶瓷材料，尤其是涉及壓電陶瓷材料，其中用于每個電極層的材料的量與電極層的金屬材料相比是比較小的。?

優選地，相鄰層具有不同的橫向燒結收縮特性。在此，相鄰層在燒結過程期間橫向不同地收縮。由垂直的和橫向的燒結收縮特性構成的組合同樣能夠達到所希望的機械應力。?

已以試驗方式確定：在層內的不同的粒度分布或包含在層中的顆粒的大小的不同分布有助于或引起所希望的效應。在此，涉及陶瓷顆粒，其中所述陶瓷顆粒不僅可以被包含在壓電陶瓷層中而且也可以被包含在電極層中。?

根據壓電多層器件的一個實施形式，該堆的相鄰層的材料具有不同的煅燒溫度。已確定的是，該特性有助于達到所希望的機械應力。尤其是已被觀察到的是：相鄰層的材料的不同煅燒溫度影響其相應的燒結收縮。?

根據一個實施形式，相鄰層包含不同的摻雜物，這些摻雜物有助于達到所希望的在其之間的機械應力。尤其是已被觀察到的是，不同的摻雜物影響其相應的燒結收縮特性。此外，相鄰的層可以包含不同的燒結輔助劑。例如，以所描述的方式相對相鄰的層張緊的層會包含包括PbO或者SnO的材料作為燒結輔助劑或作為摻雜。該層例如也會包含包括PbO或者SnO的材料以及例如SiO₂或所述材料之一的可固化的液相或材料組合。?

此外，說明了一種用于制造壓電多層器件的方法，其中準備優選地分別包含PZT陶瓷的不同的陶瓷混合物。陶瓷混合物以不同大小的陶瓷顆粒來準備。顆粒的粒度或直徑在此優選地彼此相差數倍。因此，提供了具有不同的粒度分布的陶瓷混合物。?

為了簡化地成型為膜，陶瓷混合物可以包含有機粘結劑，所述有機粘結劑稍后可以在脫離過程(Entbinderungsprozess)中被去除。此外，陶瓷混合物可以混合有不同的摻雜物或摻雜物濃度，由此陶瓷混合物的燒結收縮特性進一步受到影響。