电构件和用来制造电构件的接触部的方法

摘要

本文给出电构件(1)，尤其压电多层构件，其具有至少一个外接触件(7)，所述外接触件具有第一金属部(8)和第二金属部(9)，其中煅烧金属部(8，9)并且其中第二金属部仅部分遮盖第一金属部。金属部能够构造为框架形。第一金属部和第二金属部能够具有不同的对焊接材料的湿润性。除此以外给出用于制造外接触件的方法。

说明书

技术领域

本文给出具有至少一个金属部（Metallisierung）的电构件。尤其是提供用于接触构件的内电极的金属部。电构件例如构造为压电致动器。此外给出用来制造电构件的接触部的方法。

背景技术

在公布文献WO 2010/020643 A1中描述具有外接触部的压电致动器，在该压电致动器中在基础金属部处固定金属丝织物。在公布文献EP 0844678 B1中给出压电致动器，该压电致动器具有三维结构的、导电的电极，该电极通过局部的接触点与基础金属部连接。

发明内容

待解决的任务是：给出改进的电构件。此外给出用来制造电构件的方法也是待解决的任务。

本文给出电构件。例如构件构造为压电致动器、尤其是用来操控机动车中喷射阀的压电致动器。构件优选地具有基体。基体优选地具有内电极。内电极优选地构造为电极层。

构件优选地构造为多层构件。例如在基体中是功能层和电极层交替上下相互堆叠。功能层例如是压电层，尤其是压电陶瓷层。内电极优选地沿堆叠方向交替延伸至基体的外侧并且与位于对面的外侧间隔开。由电极层和功能层构成的堆叠优选地构造为单块的烧结体。

电构件具有至少一个外接触件，该外接触件具有至少一个金属部。外接触件优选地构造为用于接触基体的内电极。金属部优选地布置在基体的外侧上。金属部优选地构造为层状。金属部优选地接触每个第二内电极。能够提供其他的金属部用于接触其他内电极，所述金属部例如布置在基体的位于对面的外侧上。

根据本发明的第一方面电构件具有带有第一金属部和第二金属部的外接触件，其中第二金属部布置在第一金属部上。第一金属部优选地直接布置在基体的外侧上并且优选地与基体的内电极直接电接触。金属部优选地用于电接触内电极。两个金属部都构造为煅烧的金属部。第一金属部只部分的遮盖第二金属部。

例如在基体的外侧上涂敷金属膏用来制造煅烧的金属部。接着例如在500℃到900℃的范围中的温度时煅烧金属膏。

优选地在基体的外侧上涂敷和煅烧第一金属膏用来制造第一金属部。接着在第一金属部上涂敷和煅烧第二金属膏用来制造第二金属部。在金属部的这种的两级烧固过程时，能够特别好地阻止金属部的金属的混合。尤其能够阻止材料组成部分从某金属部到其他金属部的扩散。

根据实施方式第一和第二金属部具有不同的对焊接材料的湿润性。例如焊接材料为锡-银焊料。

通过不同的湿润性能够实现：应固定在金属部的至少一个处的接触元件，足够牢固地固定在两个金属部的一个处并且较不良好地固定在其他金属部处或者不固定在其他金属部处。因此接触元件的固定区域能够通过带有更高湿润性的金属部的形式确定。

优选地第一金属部具有比第二金属部更低的对焊接材料的湿润性。例如能够给接触元件大面积地配置焊接材料并且放置在金属部上以用来将接触元件固定到第一金属部。备选地能够大面积地在金属部的暴露平面上施加焊接材料。接着执行焊接过程。基于不同的对焊接材料的金属部湿润性，接触元件良好地粘合到第二金属部处并且粘合不良地到第一金属部处或不粘合到第一金属部处。

根据实施方式第一金属部具有玻璃成分并且第二金属部不具有玻璃成分或者相比第一金属部具有更少的玻璃成分。

基于第一金属部中的玻璃成分能够实现第一金属部和基体，尤其是与基体的陶瓷层特别稳固的连接。由于第二金属部缺少或者较少的玻璃成分，优选第二金属部对焊接材料的湿润性相比于第一金属部而提高。

优选地第二金属部具有比第一金属部更小的面。

在此优选地用各个金属部的面标记层状金属部的主面。主面优选地平行于基体的外侧延伸，金属部布置在所述基体的外侧上。

由于第一金属部的大面积能够实现到基体的良好牢系。由于第二金属部较少的面积能够在所期望的、更小的区域中固定接触元件，使得例如通过固定区域只轻微地影响接触元件的柔性。由此尤其能够通过接触元件桥接（überbrückt）基体中的裂缝。

第一金属部例如全平面地构造。这意味着：第一金属部构造为连续的面并且不具有空隙。例如第二金属部具有至少一个空隙。

在实施方式中第二金属部构造为框架形。第二金属部尤其能构造为包围空隙的闭合框架。备选地框架形状还能够具有开口。例如框架形状具有一个或多个缺口。优选地第二金属部的区域不位于框架形状内。尤其是第一金属部在框架形状内能够完全不被第二金属部遮盖。

在实施方式中第二金属部具有至少两个部分区域。在部分区域间优选地构造为缝隙。例如部分区域构造为条状。部分区域优选地平行于上下互相堆叠的电极层和功能层的堆叠方向延伸。第二金属层例如能够只具有两个平行的、条状的部分区域。第二金属部也能够备选地构造为U形。在该情况中两个平行布置的部分区域在部分区域的端处通过第三部分区域相互连接。U形状也能够视作框架形状，其中在此构造框架形状的开口。

在实施方式中接触元件在金属部的至少一个处固定。优选地接触元件在第二金属部处固定。

优选地柔性构造接触元件。通过这种方式接触元件在机械负荷下能够松弛而不拉断。接触元件尤其能够桥接出现在基体中的裂缝并且因此保证构件可靠的电接通。优选地接触元件具有至少一个空隙。

接触元件能够具有网状或织物结构。接触元件例如具有多个金属丝。尤其是接触元件能够构造为金属丝织物或金属丝网。备选地接触元件也能够构造为金属板。在金属板中能够设置一个或者多个空隙，例如圆形空隙。

接触元件优选地焊接在金属部的至少一个处。优选地接触元件焊接在第二金属部处。接触元件能够额外地也焊接在第一金属部处。在如下情况中，即第一金属部具有对焊接材料的低湿润性，接触元件例如不与第一金属部焊接或者只以小的粘合力与第一金属部焊接。

优选地接触元件的至少一个侧边缘区域直接固定在第二金属部处。尤其是没有边缘区域的部分超出第二金属部。通过这种方式能够避免：边缘区域的未固定的部分导致接触元件的损坏。例如在框架形的第二金属部的情况下接触元件在框架处固定并且侧面上不超出框架。尤其在U形的第二金属部的情况下接触元件在第三侧边缘区域处能够固定在第二金属部处。优选地接触元件不侧面地突出第一金属部。

在实施方式中附加接触部在接触元件处固定。附加接触部优选地用来电接通构件到电压源。例如附加接触部具有一个金属丝或者多个金属丝。优选地附加接触部构造为接触针。

附加接触部优选地不布置在第二金属部的上方。在此用概念“上方”表示设置有第二金属部的基体的外侧的面法线的方向。尤其是附加接触部不布置在金属部之一处的接触元件的固定区域的上方。通过这种方法附加接触部能够特别良好地在接触元件处固定，而不会出现构件的损坏。

例如将附加接触部熔接在接触元件处。附加接触部能够在固定步骤时贴牢在接触元件处。当接触元件在该区域中不直接固定在金属部处时，例如接触元件能够松弛，由此实现接触元件和附加接触部的良好接触。此外在这种情况中在固定步骤时，尤其在熔接或者焊接过程时，不损坏基础金属部。

附加接触部优选地至少部分布置在第一金属部上方。例如附加金属部在第二金属部U形设计的情况下通过U形区域的开口延伸进入U形区域内部。

根据本发明的另一个方面给出带有至少一个外接触件（其具有至少一个金属部）的电构件，其中金属部构造为框架形。该构件能够具有上面描述的构件的全部功能和结构特性。尤其是构件能够具有如上面所描述的第一和第二金属部。在这种情况中金属部中的至少一个构造为框架形。备选地构件也能够具有仅一个金属部。

尤其是金属部具有空隙，该空隙通过框架限定。金属部的框架形状能够具有开口。例如框架形状能够构造为U形。框架形状也能够构造为闭合框架。金属部优选地构造为煅烧的金属部。

在实施方式中如上面所描述的那样将接触元件固定在框架形金属部处。优选地接触元件的至少一个侧边缘区域直接固定在框架处。此外尤其以接触针的形式的附加接触部能够固定在接触元件处。

根据本发明的另一个方面给出带有至少一个外接触件（其具有第一金属部和第二金属部）的电构件，其中第二金属部布置在第一金属部上。第一金属部和第二金属部是煅烧的。第一金属部和第二金属部具有不同的对焊接材料的湿润性。构件可以具有上面描述的所有功能和结构特性。尤其是能够通过不同的玻璃成分产生不同的湿润性。第二金属部能够只部分遮盖第一金属部。备选地第二金属部也能够完全遮盖第一金属部。

根据本发明的另一个方面给出用来制造电构件的电接触部的方法。提供电构件的基体并且施加第一金属膏在基体外侧上。接着煅烧第一金属膏用来构造第一金属部。然后施加第二金属膏在第一金属部上并且接着煅烧第二金属膏。通过该方法能够制造上面描述的构件。尤其是在该方法中使用的组成部分能够具有上面描述的构件的组成部分的所有功能和结构特性。

接触元件能够在金属部的至少一个处固定，尤其是焊接。因此接触元件例如大规模地以焊接材料涂覆。第一和第二金属部能够具有不同的对焊接材料的湿润性。通过这种方式能够实现：接触元件只在金属部之一处固定并且在其他金属部处不固定或不良好地固定。此外附加接触部能够如上面描述地固定（例如熔接）在接触元件处。

附图说明

接下来根据示意性而不一定按真实比例的实施例进一步解释在此描述的主题。其中：

图1示出电构件的俯视图，

图2示出来自图1的构件的截面图，

图3示出具有接触元件的电构件的俯视图，

图4A、4B、4C、4D示出在制造电构件的接触部时的方法步骤，

图5在图表中示出根据施加的力的外接触件的抽出（Abzug）的频率。

具体实施方式

优选地在下列附图中相同的附图标记指的是不同实施方式的功能或结构相应部分。

图1示出电构件1的俯视图。图2示出来自图1的构件的截面图。

电构件1优选地是压电构件，尤其是压电致动器。构件1构造为多层构件。

电构件1具有基体2，在所述基体中第一内电极3和第二内电极4以及功能层5沿着堆叠方向S交替上下相互堆叠。

内电极3、4交替延伸至基体2的外侧并且与位于对面的外侧（未绘出）间隔开。例如内电极3、4包含铜、银、或银-钯。

功能层5例如构造为绝缘层，尤其是构造为压电层。功能层5能够由陶瓷材料构成，尤其能构造为压电陶瓷层。优选地构件1在在内电极3、4之间加以电压时延展。例如在堆叠方向5进行延展。

在基体2的外侧6上布置外接触件7用来接触第一内电极3。外接触件7具有第一金属部8和第二金属部9。第一金属部8与功能层5和第一内电极3直接接触。第二金属部9布置在第一金属部8上并且与第一金属部8直接接触。金属部8、9构造为层状。第二金属部9仅部分遮盖其上布置第二金属部9的第一金属部8的外侧，也就是，第一金属部8的背离基体2的外侧，并且让第一金属部8外侧的部分区域不被遮盖。

两个金属部8、9都构造为烧固金属部。尤其是通过涂敷和煅烧金属膏制造金属部8、9。优选地第一金属部8首先例如通过丝网印刷施加和煅烧。接着第二金属部9例如通过丝网印刷施加和煅烧。

两个金属部8、9都包含金属。优选地金属部8、9的至少一个包含铜。备选地或者额外地金属部8、9能够包含银或者银-钯。金属部8、9也能够包含不同的金属，例如金属部之一能包含铜并且其他金属部能包含银。

第一金属部8包含玻璃成分，尤其是玻璃粉。玻璃成分优选地保证在基体2的外侧6上的金属部8，例如与基体2的陶瓷材料的粘合强度。优选地第一金属部8中的玻璃成分重量比例（重量-%）位于3%到10%之间。例如玻璃成分占重量比例为6%左右。第一金属部8中的玻璃成分导致，第一金属部8对焊接材料的湿润性低。

第二金属部9不具有玻璃成分或者比具有第一金属部8更少的玻璃成分。然而在煅烧第二金属部9时少量来自第一金属部8的玻璃成分能够扩散进第二金属部9，使得，也当使用无玻璃成分的膏用来制造第二金属部9时，更少的玻璃成分能够在煅烧之后存在第二金属部9中。通过金属部8、9的两级煅烧能够完全或很大程度上避免这种类型的扩散。第一金属部8能够比第二金属部9具有更高的多孔性。

第二金属部9例如由金属组成。第二金属部9由于缺少或者少量的玻璃成分具有对焊接材料的良好湿润性。

第一金属部8以矩形面的形式构造。尤其是第一金属部8不具有空隙，因此是全平面地构造。

第二金属部9具有两个条状部分区域10、11，所述部分区域相互平行延伸。部分区域10、11在堆叠方向S延伸。在部分区域10、11之间第二金属部9具有空隙12，穿过该空隙可看见第一金属部8。两个部分区域10、11通过第三部分区域12互相连接。第三部分区域12垂直于堆叠方向S延伸。第二金属部9总体构造为U形。尤其是第二金属部9构造为框架形，其中在框架形状中设置开口17。

在备选的实施方式中第二金属部9只具有两个互相平行布置的部分区域10、11且不具有第三部分区域12。在另一个备选的实施方式中第二金属部9具有第四部分区域，所述部分区域在相反于第三部分区域13安置的端处连接两个平行布置的部分区域10、11。在这种情况中第二金属部9以矩形框架的形式构造。本发明不受限于第二金属部的确切形状。例如也能够在第二金属部9中布置圆形空隙。

优选地第一金属部8在煅烧状态中具有从5μm到30μm范围的厚度d₁（参见图2）。例如厚度d₁为20μm左右。第二金属部9例如具有从10μm到60μm范围的厚度d₂（参见图2）。例如厚度d₂为40μm左右。厚度d₁和厚度d₂也能够相等。例如两个厚度d₁和厚度d₂都为20μm左右。

第一金属部8的面积大于第二金属部9的面积。通过第一金属部8的大面积能够保证外接触件7与外侧6良好的粘合强度。通过第二金属部9的较小面积能够在更小的固定区域内将接触元件固定在第二金属部9处。通过第一金属部8和第二金属部9的湿润性的不同程度，接触元件能够以简单的方式只在第二金属部8处固定并且不固定到第一金属部9处或者以低的程度固定到第一金属部9处。例如这允许只在通过第二金属部9定义的固定区域中固定接触元件。

图3示出带有接触元件14的电构件1的俯视图。

电构件1构造为如图1和图2中描述的构件，其中外接触件7在此额外地具有接触元件14，所述接触元件布置在第二金属部9上。内电极在此出于视线的原因没有绘出。接触元件14具有网状结构，尤其是具有织物结构。尤其是接触元件14具有大量相互交织的金属丝。

接触元件14焊接到第二金属部9处。由于第一金属部8和第二金属部9的不同的对焊接材料的湿润性，焊接材料良好地与第二金属部9粘合，而只是不良地粘合到第二金属部9或者完全不粘合到第二金属部9。因此固定区域15（在所述区域中接触元件14与位于该接触元件下面的金属部8、9焊接）通过第二金属部9的几何形状确定。因此能够大面积地在接触元件14或金属部8、9上施加焊接材料用来在接触区域15中焊接接触元件14。由于第二金属部9良好的湿润性，接触元件14通过焊接材料与第二金属部9稳固地连接。由于第一金属部8不良的湿润性接触元件14不与第一金属部8连接或者仅以低粘合强度与第一金属部8连接。因此接触元件14能够以简单的方式只固定在所期望的固定区域15中。尤其是接触元件14能够只局部地，也就是只在其外表面部分固定，同时在低粘合强度16区域中接触元件14不与基体2连接或以低粘合强度16与基体2连接。例如这可实现在基体2中裂缝的电桥接，所述裂缝可在构件1极化或者在运行期间出现。优选地柔性地构造接触元件14，使得在出现机械压力（其例如通过基体2中的裂缝产生）时，该接触元件延展而不拉断。

附加接触部18（例如接触针）能够固定到外接触件7处用来电接通外接触件7（参见图4D）。优选地附加接触部18在开口17上方延伸进入第二金属部9的框架形状中。优选地附加接触部18不布置在第二金属部9的上方区域中。

图4A、4B、4C和4D示出在制造电构件（例如在图1至图3中示出的构件1）的接触部时的方法步骤。

根据图4A提供构件1的基体2。例如在丝网印刷方法中，在基体2的外侧6上施加第一金属膏19用来构造第一金属部。第一金属膏19以全平面填充的矩形的形式施加。第一金属膏19包含金属（例如铜）和玻璃成分。接着煅烧第一金属膏19。例如烧固步骤在760℃的温度的情况下在N₂环境中进行。

在这样获得的第一金属部8上根据图4B例如在丝网印刷方法中施加第二金属膏20用来构造第二金属部9。第二金属部8构造为U形。第二金属膏8包含金属，例如铜，而不包含玻璃成分。接着煅烧第二金属膏20。同样地例如烧固步骤在760℃的情况下进行。

在获得的第二金属部9上选择性地施加一个或多个其他的薄金属层。这些层能够构造为用来保护第二金属部9，尤其是在具有铜的第二金属部9的情况下。例如喷涂这些层。例如铜层以及在此之上的银层能够施加在第二金属部9上。例如铜层是0.3μm厚并且银层是0.4μm厚。银层优选地在焊接材料中溶解。通过施加其他层能够改善第二金属部9的可焊性。

根据图4C接着在第一金属部8和第二金属部9上方布置接触元件14。接触元件14例如构造为金属丝织物。接触元件14能够已经在以焊接材料布置在基础元件2处之前设置。例如接触元件14以焊接材料电镀。尤其是接触元件14能够在其全部的、朝向基体2的表面上配置有焊接材料。现在通过加热焊接材料制造接触元件14和第二金属部9的连接。由于第二金属部9的良好湿润性，接触元件14稳固地与第二金属部9连接。因此在第二金属部的位置形成接触元件14 9的固定区域15。由于第一金属部9对焊接材料的不良湿润性，接触元件14不与第一金属部8连接或者以低粘合强度与第一金属部8连接。因此在不被第二金属部9遮盖的第一金属部8的上方的区域形成低粘合强度16的区域。

在焊接接触元件14时接触元件14优选地压紧在基体2上。通过将第二金属部9布置在第一金属部8上并且因此在第一金属部8和第二金属部9之间构造级的方式，第二金属部9上的压紧力大于第一金属部8上的压紧力。通过不同的压紧力额外地支持第二金属部9上的接触元件不同的粘合强度。

接触元件14的外部几何形状尺寸优选地略小于第二金属部9的外部尺寸。因此接触元件14不侧面地突出第二金属部9。尤其是焊接接触元件14的侧边缘区域与第二金属部9。通过这种方式能够提高构件1的可靠性。尤其能够避免损坏接触元件14的突出区域，导致接触元件14的分离或者导致短路。

根据图4D能够选择性地将附加接触部18固定在外接触件7处。附加接触部18能够构造为接触针。附加接触部18放置在接触元件14上并且例如与接触元件14熔接。

附加接触部18通过第二金属部9的开口17延伸进入U形第二金属部9的上方的中间区域。在附加接触部18的这种布置的情况下，附加接触部18能够尤其可靠地在接触元件16处固定。在熔接过程中附加接触部18能够压按到接触元件14处，其中通过接触元件14的柔韧性在低粘合强度16的区域中能够制造在附加接触部18和接触元件14间良好的接触。此外以如下布置附加接触部18，即接触针不布置第二金属部9上方的情况下，减少在熔接过程中损坏外接触件7的危险。除此以外以这种类型布置的附加接触部18不妨碍或者只很少阻碍构件1的延展。

图5示出图表，在该图表中呈现相对施加的力F的不同外接触件的抽出(Abzug)的频率P。在外接触件抽出时发生例如附加接触部的断裂、金属部的局部分离或者金属部的附加接触部的分离。

提供根据图3的具有以金属丝织物形式的附加接触部18的构件1用于抽出测试。在顶部区域用聚酰亚胺薄膜掩盖第二金属部9，因此在该区域中附加接触部18不与第二金属部9焊接。接着在抽出测试中附加接触部18的未焊接的块处在施加不同力下被攻击。在抽出时速度为12.5mm/min。

以构件1执行相同的测试用来比较，在该构件中第一金属部8构造为U形，因此不同于如在图3中示出的全平面以矩形形状构造的构件1。对于全平面的第一金属部8的测量值以圆形符号表示。除此以外威布尔分布匹配到测量值，该分布通过虚线表示。对于U形的第一金属部8的测量值以矩形符号表示。在此也匹配威布尔分布，该分布以实线表示。

总体上能从图表看出：在全平面施加第一金属部8的情况下相对于U形施加第一金属部时，抽出力提高大约40%。抽出力的平均值在全平面第一金属部8的情况下以2.4N的标准差位于5.7N左右。在力F是5.6N的情况下外接触件7在50%的情况下抽出并且在力F是8.2N的情况下外接触件7在90%的情况下抽出。抽出力的平均值在U形第一金属部8的情况下以1.2N的标准差位于4.1N左右。在力F是4.1N的情况下外接触件7在50%的情况下抽出并且在力F是5.6N的情况下外接触件7在90%的情况下抽出。

附图标记

1  电构件

2  基体

3  第一内电极

4  第二内电极

5  绝缘层

6  外侧

7  外接触部

8  第一金属部

9  第二金属部

10 第一部分区域

11 第二部分区域

12 第二金属部中的空隙

13 第三部分区域

14 接触元件

15 固定区域

16 低粘合强度的区域

17 开口

18 附加接触部

19 第一金属膏

20 第二金属膏

S  堆叠方向

d₁ 第一金属部的厚度

d₂ 第二金属部的厚度

P  外接触部抽出频率

F  力