專利名稱：壓電多層部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造壓電多層部件的方法以及一種可通過該方法生產(chǎn)的壓 電多層部件，該壓電多層部件具有機(jī)械穩(wěn)定性較低的區(qū)域。
背景技術(shù)：
從DE 10 2006 031 085 Al 中公知一種具有脆弱層(Sollbruchschicht)的壓電 多層部件。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的任務(wù)在于，說明一種壓電多層部件，該壓電多層部件可以在盡可能長的 時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定地運(yùn)行。說明一種作為中間產(chǎn)品的壓電多層部件，該壓電多層部件具有上下相疊布置的未 燒結(jié)的壓電陶瓷層的疊層。第一電極層施加在壓電陶瓷層上并且包含第一金屬。犧牲層施 加在另一壓電陶瓷層上并且在疊層方向上與第一電極層相鄰，其中與第一電極層相比，犧 牲層包含更高濃度的第一金屬。在此，概念“濃度”表示相應(yīng)電極層中金屬的重量份額。如果燒結(jié)該中間產(chǎn)品，則犧牲層中的第一金屬擴(kuò)散到第一電極層并且與此同時(shí)留 下空腔，由此形成脆弱層。因此，犧牲層是金屬層，這些金屬層通過它們在燒結(jié)期間的材料 損失或者也由于它們的結(jié)構(gòu)化在運(yùn)行時(shí)不能體現(xiàn)出作為電極層的功能，因此也稱為“犧牲” 層。優(yōu)選地，犧牲層中第一金屬的濃度和第一電極層中第一金屬的濃度之比被選擇為使得 犧牲層失去足夠的材料，以便尤其是不能與疊層的外表面上可能存在的外部接觸具有任何 電接觸。第一電極層和犧牲層形成一個(gè)成對的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，在加熱壓電多層部件時(shí) 發(fā)生材料交換。優(yōu)選地，犧牲層被實(shí)現(xiàn)為結(jié)構(gòu)化的犧牲層。在此，犧牲層具有中斷的結(jié)構(gòu)，即僅僅 覆蓋未燒結(jié)的壓電陶瓷層的一部分。犧牲層例如被實(shí)現(xiàn)為施加在壓電陶瓷層上的金屬島的 布置。此外，結(jié)構(gòu)化的犧牲層具有鏤空，尤其是犧牲層作為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)僅僅覆蓋未燒結(jié)的壓電 陶瓷層的一部分。根據(jù)第一實(shí)施方式，第一電極層中的第一金屬的濃度低于100%。在此優(yōu)選的是， 第一電極層中第一金屬的濃度最高為80 %。已經(jīng)證實(shí)，作為第一金屬，銅是特別有利的，因?yàn)殂~在相對低的溫度下變軟，因此 可以實(shí)現(xiàn)壓電多層部件的經(jīng)濟(jì)的燒結(jié)，在燒結(jié)時(shí)，銅與壓電陶瓷層良好地結(jié)合。此外已經(jīng)證 實(shí)，與其他金屬例如鈀或者鉬相比，銅相對容易地?cái)U(kuò)散通過壓電陶瓷，由此有助于以下所述 的壓電多層部件的制造，所述壓電多層部件具有在機(jī)械上被削弱的區(qū)域，該區(qū)域具有空腔。替代銅，可以使用其他金屬作為第一金屬，例如銀或者鎳。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，第一電極層包含額外的第二金屬，所述第二金屬不同于第一 金屬。第二金屬優(yōu)選是鈀。
優(yōu)選的是，與第一金屬相比，第二金屬較差地?cái)U(kuò)散通過與第一電極層相鄰的壓電 陶瓷層。因此，金屬擴(kuò)散通過所述多層部件主要由第一金屬實(shí)現(xiàn)、尤其是由銅實(shí)現(xiàn)，第一金 屬在加熱時(shí)具有通過壓電陶瓷層的較高移動性。根據(jù)哪種金屬作為第一金屬用在第一電極層中，優(yōu)選從鈀、鈹、鋁、錳、鋅、錫、鉍、 鎳、鈷、鉻、鉬、鈮、銣中選出第二金屬。有利的是，與第二金屬相比，在第一電極層中第一金屬具有更高濃度。例如在第一 電極層中第一金屬的濃度為70%而第二金屬的濃度為30%。為了可以發(fā)生從犧牲層至第 一電極層的擴(kuò)散，第一電極層中第一金屬的濃度必須低于犧牲層中第一金屬的濃度。通過 第一金屬的擴(kuò)散，第一電極層和犧牲層之間的第一金屬濃度差減小，即犧牲層中第一金屬 的濃度下降。除金屬外，犧牲層還可以包含有機(jī)粘合劑，所述有機(jī)粘合劑優(yōu)選在中間產(chǎn)品燒結(jié) 前通過合適的熱處理揮發(fā)。根據(jù)中間產(chǎn)品的一個(gè)實(shí)施方式，提供第二電極層，所述第二電極層施加在另一壓 電陶瓷層上，其中第二電極層包含與第一電極層或者犧牲層相同的第一金屬。在此有利的 是，第二電極層最多包含與犧牲層相同的第一金屬濃度。因此，應(yīng)盡可能阻止第一金屬從第 二電極層擴(kuò)散到犧牲層中，使得第二電極層不遭受材料損失或者僅僅遭受非常少的材料損 失。因此確保了 在燒結(jié)中間產(chǎn)品之后第二電極層在功能上可以充當(dāng)電極層，即第二電極層 適合于建立電場。優(yōu)選地，壓電多層部件的壓電陶瓷層包含包括陶瓷的鋯酸鉛-鈦酸鹽(PZT)。已經(jīng) 證實(shí)，金屬、尤其是銅在燒結(jié)中間產(chǎn)品期間可以以相對小的阻力擴(kuò)散通過PZT陶瓷。因此可 以有助于金屬在壓電多層部件的兩個(gè)區(qū)域之間的擴(kuò)散過程，其中第一金屬在所述兩個(gè)區(qū)域 中具有不同的濃度。此外，說明一種作為在制造壓電多層部件時(shí)的中間產(chǎn)品的未燒結(jié)體，其中提供包 含壓電陶瓷和位于其間的電極層的上下堆疊的未燒結(jié)膜，其中除第一電極層外還布置有含 金屬的犧牲層，其中第一電極層包含作為主要組分的具有高于50%重量份額的第一金屬。 在此，第一電極層包含作為次要組分的與第一金屬不同的第二金屬，該第二金屬具有低于 50%的重量份額，其中犧牲層包含的作為主要組分的第一金屬的重量份額高于在第一電極 層中的重量份額。除作為中間產(chǎn)品或者作為未燒結(jié)體的壓電多層部件外，還說明一種用于制造作為 最終產(chǎn)品或者作為經(jīng)燒結(jié)產(chǎn)品的壓電多層部件的方法。在此，燒結(jié)作為中間產(chǎn)品制造的壓電多層部件，其中第一金屬至少部分地從犧牲 層擴(kuò)散到第一電極層并且與此同時(shí)在之前被印刷有犧牲層的區(qū)域中留下空腔，由此在機(jī)械 上削弱兩個(gè)壓電陶瓷層之間的臨界面，其中在所述兩個(gè)壓電陶瓷層之間曾施加有犧牲層。還說明一種壓電多層部件，該壓電多層部件可直接按照在此所述的制造方法生 產(chǎn)，在所述制造方法中繼續(xù)處理所述中間產(chǎn)品。


根據(jù)以下實(shí)施例和圖詳細(xì)闡述所述主題。在此圖1示出壓電多層部件的縱剖面圖2示出壓電多層部件的疊層的一個(gè)區(qū)段；圖3a和3b示出壓電多層部件中的極化裂縫；圖4示出未燒結(jié)的壓電多層部件的疊層的一個(gè)區(qū)段，具有結(jié)構(gòu)化的金屬犧牲層；圖5a至5f示出犧牲層的不同實(shí)施方式；圖6a至6d示出未燒結(jié)的壓電多層部件的疊層的一個(gè)區(qū)段，具有結(jié)構(gòu)化的犧牲層 在疊層的橫剖面方面的不同布置可能性；圖7a至7d示出未燒結(jié)的壓電多層部件的疊層的一個(gè)區(qū)段，具有一個(gè)或多個(gè)犧牲 層在疊層方向方面的不同布置可能性；圖8示出未燒結(jié)的壓電多層部件的疊層的一個(gè)區(qū)段，具有第一電極層、犧牲層和 第二電極層的重復(fù)布置；圖9示出未燒結(jié)的壓電多層部件的疊層的一個(gè)區(qū)段，具有第一電極層和犧牲層的
重復(fù)布置；圖10示出經(jīng)燒結(jié)的壓電多層部件的疊層的一個(gè)區(qū)段，具有兩個(gè)壓電陶瓷層之間 的具有空腔的邊界區(qū)域。
具體實(shí)施例方式圖1示出示意性示出的壓電執(zhí)行器的橫剖面圖，該壓電執(zhí)行器具有壓電陶瓷層2 和位于其間的電極層3的疊層1。在疊層1的兩個(gè)縱側(cè)上施加有作為外部金屬化層的外部 接觸5，所述外部接觸5與電極層3的延伸至縱側(cè)的端部接觸。不同極性的相鄰電極層在平 行于壓電執(zhí)行器的疊層軸線延伸的正交投影中重疊。在稱作活性區(qū)的重疊區(qū)域中，電場導(dǎo) 致產(chǎn)生存在于電極層之間的壓電陶瓷層2的偏轉(zhuǎn)或膨脹。極性相反的相鄰電極層3不重疊 的區(qū)域稱為非活性區(qū)。在此區(qū)域中，幾乎不因?yàn)閴弘娦?yīng)而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。電極層3中的材料 被選擇為使得所述電極層3在燒結(jié)過程中不會過度熔化或所印刷的電極層的結(jié)構(gòu)在燒結(jié) 時(shí)以及在燒結(jié)后基本上保持不變。圖2示出壓電執(zhí)行器的疊層1的一個(gè)區(qū)段，其中在極性相反的相鄰電極層3之間 可以上下堆疊多個(gè)壓電陶瓷層2。這樣的區(qū)段也用于以下描述的壓電執(zhí)行器的實(shí)施方式的 結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，因?yàn)樵诟郊拥膲弘娞沾蓪?之間可以施加另外的電極層3或犧牲層，這些另外 的電極層3或犧牲曾可以通過其不同的材料組成激發(fā)擴(kuò)散過程。圖3a示出裂縫6如何連接壓電執(zhí)行器的多個(gè)電極層3、尤其是極性相反的電極層 3。發(fā)明人已經(jīng)確定壓電執(zhí)行器的可靠性決定性地取決于對可能出現(xiàn)的裂縫的控 制。在熱處理時(shí)，例如在燒結(jié)一溫度在800和1500°C之間、金屬化和焊接時(shí)以及在已燒結(jié) 的壓電執(zhí)行器的極化時(shí)，由于不同的膨脹而在活性區(qū)和非活性區(qū)中產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，所述機(jī) 械應(yīng)力導(dǎo)致壓電執(zhí)行器的所謂的減壓裂縫和/或極化裂縫。這些裂縫在非活性區(qū)中沿著電 極層3延伸或者在電極層3中延伸。在到活性區(qū)域的過渡中這些裂縫可以彎折。在此如果 這些裂縫跨越至少兩個(gè)電極層，則可能產(chǎn)生短路，所述短路可導(dǎo)致壓電執(zhí)行器的故障。相反 地，平行于內(nèi)部電極的裂縫幾乎不危及壓電執(zhí)行器的使用壽命。圖3b示出壓電執(zhí)行器的疊層1中的裂縫6的無危害的走向。在此，裂縫基本上平 行于電極層3或平行于壓電陶瓷層2延伸，從而裂縫不連接極性相反的電極層并且因此也不造成短路。避免如圖3a中的有害裂縫的思想在于使用由不同材料制成的相鄰金屬層，以激 發(fā)由于這些金屬層的不同組成而在燒結(jié)過程期間在更高溫度時(shí)發(fā)生的擴(kuò)散過程。在擴(kuò)散過 程期間一個(gè)金屬層或者金屬層的合金的一種組分與其他金屬層或組分相比失去更多的材 料。在此，在該金屬層中形成空腔，這導(dǎo)致該層的機(jī)械削弱。因此，極化裂縫或者其他裂縫 優(yōu)選在機(jī)械削弱的金屬層中形成并且僅僅在該層內(nèi)延伸。圖4現(xiàn)在示出壓電執(zhí)行器的疊層1的一個(gè)示意性表示的區(qū)段的縱剖面圖，其中犧 牲層4布置在壓電陶瓷層2上，其中犧牲層布置在第一電極層3a與第二電極層3b之間并 且這些電極層極性相反并且在疊層方向上相鄰。在本文中在疊層方向上相鄰是指在第一 極層3a與第二電極層3b之間不存在其他的功能性電極層。在特定數(shù)量的第一電極層3a中，例如可以取代僅用銅而使用具有組成(l-X)Cu/X Pd的材料，其中0 < X< 1。該材料或者可以是由銅粉和鈀粉構(gòu)成的混合物或者可以是由 這兩種金屬構(gòu)成的合金。因此，第一電極層3a包含由銅和鈀構(gòu)成的混合物，而犧牲層4作 為金屬優(yōu)選僅僅包含銅。替換于此地，取代銅也可以使用其他的金屬，例如銀。第一電極層 3a例如包含由銀和鈀構(gòu)成的混合物或者合金。犧牲層4優(yōu)選僅僅包含銀。第一電極層3a和犧牲層4的組成方面的不同將在更高的溫度下激發(fā)擴(kuò)散過程。 已經(jīng)證實(shí)，銅在基于PZT的壓電陶瓷中顯示出比鈀更高的移動性。這導(dǎo)致僅僅在一個(gè)方向 上發(fā)生擴(kuò)散，即在從由純銅構(gòu)成的犧牲層4到包含銅和鈀的第一電極層3a的方向上發(fā)生擴(kuò) 散。因此，包含銅和鈀的第一電極層3a充當(dāng)銅宿(Kupfersenke)的角色。與第一銅鈀電極 層3a緊鄰的犧牲層4中的材料損失導(dǎo)致空腔的形成，這削弱之前存在的犧牲層與周圍的壓 電陶瓷層2之間的界面。因此為根據(jù)圖3b的受控制的裂縫的形成和延伸創(chuàng)造了條件，這些 裂縫基本上在界面內(nèi)延伸并且因此平行于壓電陶瓷層2。犧牲層4中空腔的份額可以通過第一電極層3a和犧牲層4的組成、這些層的厚度 以及通過犧牲層4的空間結(jié)構(gòu)來控制。犧牲層4優(yōu)選作為金屬島的圖案或者作為具有鏤空的圖案的金屬層施加在壓電 陶瓷層2上。優(yōu)選地，這樣的結(jié)構(gòu)化犧牲層4的一個(gè)或多個(gè)金屬區(qū)域僅僅包含第一金屬，在 此示例中為銅。優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)化的犧牲層4借助于絲網(wǎng)印刷、噴鍍或者噴射施加在壓電陶瓷層上。壓電陶瓷層包含例如具有根據(jù)以下化學(xué)式的組成的陶瓷(PbxNdy) ((ZivzTiz) 1 —aNia) O3其中0· 90 彡 χ 彡 1· 10 ；0. 0001 ^ y ^ 0. 06 ；0. 35 彡 ζ 彡 0. 60 ；OSa <0.10。優(yōu)選地，壓電執(zhí)行器中電極層的總數(shù)的10%是第一電極層3a，也就是說，第一電 極層3a與犧牲層4相比包含更低濃度的第一金屬。以下更詳細(xì)地描述第一電極層3a的優(yōu)選組成。在此，在第一電極層3a中存在重 量份額為99. 9%至70%的銅，尤其是份額為97%至75%的銅。第一電極層的剩余部分包含鈀作為金屬，其中在此不考慮可能使用的有機(jī)粘合劑。在此，或者使用由銅和鈀構(gòu)成的合 金或者使用由銅粉和鈀粉構(gòu)成的混合物。第一電極層3a和/或犧牲層4中的銅顆粒具有0. 1至10 μ m的直徑，優(yōu)選0. 4至 1. 5μπι的直徑。第一電極層3a中的鈀顆粒同樣具有0. 1至10 μ m的直徑，優(yōu)選0. 4至1. 5 μ m的 直徑。其他金屬顆粒，例如銀顆粒，同樣可以具有所述大小。第一電極層3a中的合金中的顆粒大小，即在不以不同粉末的形式單獨(dú)存在的不 同金屬的化合物中同樣可以具有以上所述尺寸。優(yōu)選地，第一電極層3a也借助于絲網(wǎng)印刷、噴鍍或者噴射施加在壓電陶瓷層2上。 在此有利的是，可以使用用于生產(chǎn)犧牲層4的同一印刷過程。在壓電執(zhí)行器的未燒結(jié)狀態(tài)下，第一電極層3a的厚度優(yōu)選在0. 1和20 μ m之間， 優(yōu)選在1.0和10 μ m之間。第一電極層3a的份額可以在壓電多層部件的電極層總數(shù)的和100%之間。在 一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一電極層的份額在5%和15%之間的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，在每個(gè)第 一電極層3a旁邊具有至少一個(gè)犧牲層4。圖5a示出覆蓋壓電陶瓷層2的整個(gè)表面的犧牲層4的俯視圖。通過犧牲層4在 燒結(jié)期間的材料損失產(chǎn)生空腔。在適當(dāng)?shù)剡x擇犧牲層的材料組成的情況下，幾乎全部第一 金屬可以在燒結(jié)期間擴(kuò)散到第一電極層。在此期間，相鄰的壓電陶瓷層2彼此不固定地連 接，從而這些壓電陶瓷層2之間的界面在機(jī)械上被削弱并且因此在壓電執(zhí)行器運(yùn)行期間可 以充當(dāng)脆弱層。圖5b示出結(jié)構(gòu)化犧牲層4的俯視圖，該結(jié)構(gòu)化犧牲層4被實(shí)現(xiàn)為僅僅覆蓋壓電陶 瓷層2的表面的一部分的金屬島4a的布置。在此，金屬島4a是圓形，但可以分別具有任意 其他的輪廓，例如多邊形的輪廓。金屬島4a優(yōu)選以規(guī)則的圖案施加在壓電陶瓷層2上，從 而這些金屬島彼此之間分別具有相同的距離。但這種規(guī)則的結(jié)構(gòu)不是必需的。圖5c示出結(jié)構(gòu)化的金屬犧牲層4的俯視圖，該結(jié)構(gòu)化的金屬犧牲層4具有鏤空或 者孔4b，從而層4僅僅覆蓋壓電陶瓷層2的表面的一部分。所印刷的結(jié)構(gòu)是上圖的結(jié)構(gòu)的 負(fù)像?？?b優(yōu)選是圓形的并且彼此間隔規(guī)則的距離。壓電陶瓷層的被印刷有金屬層4的 區(qū)域可以延伸到壓電陶瓷層的邊緣。但因?yàn)樗∷⒌牡谝唤饘匐S后在對未燒結(jié)的疊層進(jìn)行 燒結(jié)期間遷移，所以在壓電陶瓷層的邊緣區(qū)域處留下空腔，從而除在疊層上施加的外部金 屬化層外在疊層1的內(nèi)部區(qū)域中在已遷移的第一金屬的平面上不再具有電接觸。圖5d示出結(jié)構(gòu)化的金屬犧牲層4的實(shí)施方式，其中金屬島4a是正方形的。圖5e示出作為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)施加在壓電陶瓷層2上的金屬犧牲層4。因此，第一金屬 以包圍正方形鏤空4b的連通結(jié)構(gòu)施加在壓電陶瓷層2上。與圖5c中所示的結(jié)構(gòu)不同，在 此鏤空4b是正方形的而不是圓形的并且金屬區(qū)域不一直延伸到疊層1的邊緣。圖5f示出作為同心的框形金屬區(qū)域的布置施加在壓電陶瓷層2上的金屬犧牲層 4。在此，金屬區(qū)域具有圓形或者正方形的輪廓。所述金屬區(qū)域可以理解為具有共同中心的 框形金屬島。此實(shí)施方式可以理解為根據(jù)圖4b的金屬島4a和根據(jù)圖4c和4e的鏤空4b 的組合。圖6a至6d示出金屬島4a的布置在壓電陶瓷層2的表面上的不同位置。例如，具有基本上矩形輪廓的金屬島的第一布置以該矩形輪廓的一側(cè)延伸到疊層1的一個(gè)縱側(cè)(圖 6a)而該島布置的輪廓的相對側(cè)與疊層的相對的縱側(cè)具有一定距離。替代地，金屬島布置的 矩形輪廓的相對側(cè)也可以延伸到疊層的兩個(gè)相對的縱側(cè)并且相對于其他的縱側(cè)后移(圖 6b)。附加地或者替代地，金屬島的布置具有平行四邊形形式的輪廓，使得該輪廓的兩個(gè)角 延伸到疊層的兩個(gè)角(圖6c)。替代地，金屬島的布置僅僅位于壓電陶瓷層的表面的內(nèi)部區(qū) 域中，從而該布置的輪廓的任何部分均不延伸到疊層的縱側(cè)。圖7a至7d示出具有第一電極層3a和犧牲層4的不同布置可能性的壓電執(zhí)行器 的疊層1的一個(gè)區(qū)段的縱剖面圖，第一電極層3a和犧牲層4在疊層方向上分別被第二電極 層3b包圍。在此示出的由第一電極層3a和犧牲層4構(gòu)成的組合可以任意多次地存在于疊 層中并且不必須由第二電極層3b包圍。圖7a示出一種布置，其中與犧牲層4中的第一金屬相比包含較低濃度的第一金屬 的第一電極層3a布置在兩個(gè)在疊層方向上相鄰的犧牲層4之間，這些犧牲層4可以分別具 有根據(jù)圖5a至6d的結(jié)構(gòu)。在此兩個(gè)第一電極層3a在疊層方向上相鄰。每個(gè)第一電極層 3a在疊層方向上被兩個(gè)犧牲層4包圍?！皟?nèi)部的”犧牲層在疊層方向上與兩個(gè)第一電極層 3a鄰接。兩個(gè)“外部的”犧牲層分別與第一電極層3a和第二電極層3b鄰接，第二電極層3b 的金屬份額優(yōu)選全部由第一金屬形成。例如，這種由犧牲層、第一電極層、犧牲層、第一電極 層和犧牲層構(gòu)成的布置在疊層方向上連續(xù)。在此，第一電極層3a優(yōu)選包含第一金屬、例如銅和第二金屬、例如鈀的混合物。其 間布置有第一電極層3a的兩個(gè)犧牲層4的銅可以擴(kuò)散到第一電極層并且與此同時(shí)留下空 腔。因此，第一電極層3a充當(dāng)來自兩個(gè)犧牲層的第一金屬的宿(Senke)。圖7b示出一個(gè)實(shí)施例，其中具有第一金屬的犧牲層4位于第一電極層3a和第二 電極層3b之間。然而，參照疊層1的疊層方向，第一電極層3a或者第二電極層3b位于犧 牲層4的上面或者下面。這種三個(gè)一組的布置可以借助于多個(gè)壓電陶瓷層2彼此間隔開。 在這里示出的實(shí)施例中，在兩個(gè)功能性電極層之間始終存在兩個(gè)壓電陶瓷層。根據(jù)圖7c，犧牲層4布置在兩個(gè)在疊層方向上相鄰的、極性相反的第一電極層3a 之間。因此在此，兩個(gè)第一電極層3a “分享” 一個(gè)犧牲層。因此來自犧牲層4的第一金屬 在燒結(jié)壓電執(zhí)行器時(shí)同時(shí)擴(kuò)散到兩個(gè)相鄰的第一電極層3a中。在此，第一電極層3a也優(yōu) 選地包含可較差地?cái)U(kuò)散通過壓電陶瓷的第二金屬，例如鈀。根據(jù)圖7d，第一電極層3a和第二電極層3b在疊層方向上規(guī)則地交替，其中第一電 極層3a分別被兩個(gè)犧牲層4包圍。圖8示出未燒結(jié)的壓電多層部件的疊層1的一個(gè)區(qū)段，其中由第一電極層3a和犧 牲層4構(gòu)成的對以規(guī)則的距離存在于疊層中。其余的電極層是第二電極層3b。可以有任意 多個(gè)第二電極層3b被由第一電極層3a和犧牲層4構(gòu)成的對代替。例如，在疊層中僅僅設(shè) 有一個(gè)唯一的這樣的對。但每個(gè)電極層也可以通過由第一電極層3a和犧牲層4構(gòu)成的對 形成。圖9示出未燒結(jié)的壓電多層部件的疊層1的一個(gè)區(qū)段，其中僅僅存在第一電極層 3a和犧牲層4，而缺少第二電極層。在一些極性相反的第一電極層3a—這些第一電極層3a 包含例如作為主要部分的銅和作為次要部分的鈀一之間布置有犧牲層4，犧牲層4的材料 份額優(yōu)選全部由銅組成。在此，在疊層方向上不是每個(gè)第一電極層3a都與一個(gè)犧牲層4相鄰。疊層中可以具有任意數(shù)量的犧牲層4。例如，可以僅僅設(shè)有一個(gè)犧牲層4或者也可以在 每個(gè)第一電極層3a旁邊都存在一個(gè)犧牲層4。圖10示出經(jīng)燒結(jié)的壓電多層部件的疊層1的一個(gè)區(qū)段，其中在兩個(gè)壓電陶瓷層2 之間的邊界上形成空腔7，其中在燒結(jié)之前在空腔7的位置上存在犧牲層的第一金屬。在燒 結(jié)時(shí)該犧牲層的第一金屬通過擴(kuò)散遷移到具有更低濃度的第一金屬的第一電極層3a。通過 例如根據(jù)圖5b至5f和6a至6d的犧牲層的結(jié)構(gòu)化，空腔7可以有針對性地在界面的特定 位置上產(chǎn)生。一方面，可以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)犧牲層4和具有更低濃度的第一金屬的相鄰第一電 極層3a之間的濃度差實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散過程。另一方面，可以借助于在燒結(jié)或者加熱未燒結(jié)的疊層時(shí)的適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂苼韺?shí)現(xiàn) 擴(kuò)散過程。圖10示出第一電極層3a和第二電極層3b之間存在的空腔。犧牲層的金屬擴(kuò) 散幾乎僅僅在第一電極層3a的方向上進(jìn)行，因?yàn)榈诙姌O層3b包含與犧牲層中的第一金 屬濃度相同或者幾乎相同的第一金屬濃度。因此，在犧牲層4和第二電極層3b之間不存在 激發(fā)它們之間的第一金屬的擴(kuò)散過程的顯著的濃度梯度。附圖標(biāo)記列表1由壓電陶瓷層和電極層構(gòu)成的疊層2壓電陶瓷層3 電極層3a第一電極層3b第二電極層4犧牲層5外部接觸6 裂縫7 空腔
權(quán)利要求
一種作為中間產(chǎn)品的壓電多層部件，具有 上下相疊布置的未燒結(jié)的壓電陶瓷層(2)的疊層(1)，其中， 第一電極層(3a)施加在壓電陶瓷層(2)上并且包含第一金屬，其中， 犧牲層(4)施加在另一壓電陶瓷層上并且在疊層方向上與所述第一電極層相鄰，其中， 所述犧牲層(4)與所述第一電極層(3a)相比包含更高濃度的第一金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電多層部件， 其中所述犧牲層(4)是結(jié)構(gòu)化的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電多層部件，其中所述結(jié)構(gòu)化的犧牲層(4)作為島的布置施加在所述壓電陶瓷層(2)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的壓電多層部件，其中所述結(jié)構(gòu)化的犧牲層(4)具有鏤空(4b)，所述鏤空(4b)不具有第一金屬。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電多層部件， 其中所述第一電極層(3a)中的第一金屬的濃度最多為80%。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電多層部件， 其中所述第一金屬包括銅。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電多層部件，其中所述第一電極層(3a)包含額外的第二金屬，所述第二金屬不同于所述第一金屬。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電多層部件，其中與所述第一金屬相比，所述第二金屬能較差地?cái)U(kuò)散通過與所述第一電極層(3a) 相鄰的壓電陶瓷層(2)。
9.根據(jù)以權(quán)利要求7或8所述的壓電多層部件，其中所述第二金屬選自鈀、鈹、鋁、錳、鋅、錫、鉍、鎳、鈷、鉻、鉬、鈮、銣。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的壓電多層部件，其中與所述第二金屬相比，在所述第一電極層(3a)中存在更高濃度的第一金屬。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電多層部件，具有施加在壓電陶瓷層(2)上的第二電極層(3b)，其中所述第二電極層(3b)包含與所 述第一電極層(3a)相同的第一金屬。
12.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電多層部件，其中所述第二電極層(3b)最高包含與所述犧牲層(4)濃度相同的第一金屬。
13.一種用于制造壓電多層部件的方法，其中燒結(jié)根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的 作為中間產(chǎn)品制造的壓電多層部件，其中所述第一金屬至少部分地從所述犧牲層(4)擴(kuò)散 到所述第一電極層(3a)中并且與此同時(shí)留下空腔(7)，由此在機(jī)械上削弱兩個(gè)壓電陶瓷層 之間的界面，在所述兩個(gè)壓電陶瓷層之間曾施加有所述犧牲層(4)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中相鄰的壓電陶瓷層(2)在燒結(jié)時(shí)在所述空腔(7)之間連接。
15.一種壓電多層部件，其能直接根據(jù)以上權(quán)利要求所述的方法生產(chǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種作為中間產(chǎn)品的壓電多層部件，其具有上下相疊布置的未燒結(jié)的壓電陶瓷層(2)的疊層(1)。第一電極層(3a)施加在壓電陶瓷層(2)上并且包含第一金屬。結(jié)構(gòu)化的犧牲層(4)施加在另一壓電陶瓷層上，在疊層方向上與所述第一電極層相鄰，并且與所述第一電極層相比包含更高濃度的第一金屬。如果燒結(jié)所述中間產(chǎn)品，則所述結(jié)構(gòu)化的犧牲層(4)中的第一金屬擴(kuò)散到第一電極層并且與此同時(shí)留下空腔，所述空腔形成脆弱層。
文檔編號H01L41/083GK101978519SQ200980110311
公開日2011年2月16日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者A·格拉朱諾夫, O·德諾夫澤克 申請人:埃普科斯股份有限公司