[發(fā)明專利]帶有作為金屬的、多孔的、可拉伸的導(dǎo)電層的外電極的多層執(zhí)行器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980154814.8
• 申請日: 2009-11-19
• 公開（公告）號: CN102388474A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R.賓迪希
• 申請（專利權(quán)）人: 陶瓷技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01L41/047
• 分類號: H01L41/047
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 胡莉莉;盧江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單片多層執(zhí)行器，所述單片多層執(zhí)行器由壓電陶瓷所構(gòu)成的薄膜的燒結(jié)過的堆疊構(gòu)成，所述單片多層執(zhí)行器具有被插入的金屬內(nèi)電極，其中一個極性的所有內(nèi)電極通過涂敷在堆疊上的基本金屬化部（Grundmetallisierung）而電并聯(lián)，并且為了進行電接觸，外電極與基本金屬化部導(dǎo)電連接。

背景技術(shù)

壓電陶瓷的多層執(zhí)行器（參見圖1、2和3）由壓電活性材料2（例如鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽（PZT））的所堆疊的薄層構(gòu)成，所述壓電陶瓷的多層執(zhí)行器具有布置在其間的導(dǎo)電的內(nèi)電極7，這些內(nèi)電極7交替地被引向執(zhí)行器表面。基本金屬化部3、4連接這些內(nèi)電極7。由此，內(nèi)電極電并聯(lián)并且組合成表示執(zhí)行器的兩個連接極的兩個組。如果在連接極施加電壓，則該電壓并行地被傳輸?shù)剿袃?nèi)電極，并且在所有活性材料層中引起電場，該活性材料由此以機械方式變形。所有這些機械變形之和在執(zhí)行器的端面上可用作可用的拉伸和/或力20。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，壓電陶瓷的多層執(zhí)行器被實施為單片，也就是說，活性材料2作為所謂的綠膜在燒結(jié)之前通過絲網(wǎng)印刷方法被配備有內(nèi)電極，被擠壓成執(zhí)行器堆疊，被熱解并且然后被燒結(jié)，由此形成單片的執(zhí)行器。

在被引出的內(nèi)電極7的區(qū)域中，例如通過電流（galvanisch）方法或者金屬漿料（Paste）的絲網(wǎng)印刷將基本金屬化部3、4涂敷到執(zhí)行器堆疊1上。基本金屬化部3、4通過如下方式來加固：例如通過焊接結(jié)構(gòu)化的板或者金屬絲網(wǎng)對于每個由金屬材料構(gòu)成的基本金屬化部涂敷外電極5。電連接線6被焊接到該外電極5上。

這樣的多層執(zhí)行器和外電極的結(jié)構(gòu)和制造例如在WO?98/20721、US?5?281?885、US?4?845?399、US?5?406?164和JP?07-226541?A中予以詳細(xì)描述。

這樣構(gòu)造的執(zhí)行器具有如下缺點：在工作期間，強的拉應(yīng)力作用于位于基本金屬化部3、4之下的絕緣區(qū)域11（參見圖3）。因為該絕緣區(qū)域11與基本金屬化部3、4一起形成均質(zhì)（homogen）單元，所以該均質(zhì)單元在超過最弱的元件的抗拉強度時失靈，形成裂紋。裂紋在最大拉應(yīng)力的區(qū)域9中開始并且朝向基本金屬化部3、4延伸。在圖3中示出了多個這些典型的裂紋13、14。

為了使這些裂紋不切斷承載電流的層或外電極5（這會導(dǎo)致部件故障），例如通過相對應(yīng)地結(jié)構(gòu)化地來實施該層，必須使得該層是可拉伸的。該行為方式在EP?0?844?678?A1或者WO?98/20721中予以詳細(xì)描述。

這些行為方式的基礎(chǔ)分別是作為外電極的復(fù)雜結(jié)構(gòu)化的金屬部分（板、線、織品）：這些金屬部分通過焊接或者膠粘導(dǎo)電地被涂敷到基本金屬化部上。

不利的是，金屬部分必須高成本地來制造并且必須通過昂貴的而且在技術(shù)上要求極高的且易發(fā)生故障的工藝被安置在基本金屬化部上。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于以下任務(wù)：改進根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的單片多層執(zhí)行器，使得外電極可以利用簡單且成本低廉的手段被涂敷到基本金屬化部上，并且該外電極是可拉伸的來使得該外電極在在此不被切斷的情況下減小在執(zhí)行器中形成的裂紋的開裂能量。此外，說明了一種用于制造這樣的多層執(zhí)行器的方法。

根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)在多層執(zhí)行器方面通過權(quán)利要求1的特征來解決。

通過外電極為金屬的、多孔的、可拉伸的導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層由燒結(jié)在一起的金屬顆粒構(gòu)成并且被涂敷到基本金屬化部上，從執(zhí)行器本體出來通過基本金屬化部而延伸到導(dǎo)電層中的裂紋并不切斷外電極，因為裂紋尖端上的開裂能量在導(dǎo)電層的多孔構(gòu)造中被減小。

在優(yōu)選的實施形式中，金屬顆粒球形地和/或線形地被構(gòu)造。線形的金屬顆粒在燒結(jié)時得到氈狀的結(jié)構(gòu)，該氈狀的結(jié)構(gòu)是極其可拉伸的，因為機械應(yīng)力被轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。

必須恰當(dāng)選擇基本金屬化部，該基本金屬化部負(fù)責(zé)在陶瓷本體上的附著強度并且同時是導(dǎo)電層的支承體。

優(yōu)選地，基本金屬化部的金屬部分由銀或者銀合金構(gòu)成，并且給基本金屬化部混合有一種或多種形成玻璃的物質(zhì)。在優(yōu)選的實施形式中，形成玻璃的物質(zhì)是PbO、BiO₂或者SiO₂，因為這些物質(zhì)在PZT陶瓷中不引起特性變化。

導(dǎo)電層的金屬顆粒優(yōu)選地由銀、銅、銀合金或者銅合金構(gòu)成，其中以下材料是特別優(yōu)選的：Ag、Pd的比例直至30%?的AgPd、Cu、Ni的比例直至50%的CuNi。CuNi合金比純金屬更耐氧化并且可以以更簡單且更成本低廉的方法來燒結(jié)。