用于制造壓電激勵器部件的方法
【專利摘要】為去粘合和燒結壓電激勵器部件(1)的多個堆疊裝置(100)，把堆疊裝置(100)并排平放地布置在載體設備(200)、例如載體板上。堆疊裝置(100)可以布置在容納裝置(300)中并且由覆蓋裝置(400)覆蓋。作為容納裝置和覆蓋裝置的支撐面(310、410)，可以使用格子狀或者網(wǎng)狀成形的材料或者沖孔的由銅構成的板材。該結構導致，在去粘合和/或燒結期間在激勵器部件(1)的所有側面上幾乎均勻的周圍環(huán)境條件占主導。
【專利說明】用于制造壓電激勵器部件的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造壓電激勵器部件的方法，其中進行激勵器部件的脫碳和燒結。
【背景技術】
[0002]在制造壓電激勵器部件時首先用導電材料對壓電層進行涂層、彼此上下堆疊并且接著壓制所述壓電層。隨后由這樣產(chǎn)生的材料塊分開成激勵器部件。接著在脫碳處理期間把在激勵器的壓電層或者導電層的材料中包含的有機成分，例如陶瓷膜和金屬內(nèi)電極糊中的粘合劑，通過燃燒從激勵器本體中去除。之后把首先尚為多孔的激勵器本體通過燒結處理轉變?yōu)榫o密的本體。
[0003]在脫碳或者去粘合和燒結期間，占主導的周圍環(huán)境條件——例如溫度、在壓電層的含鉛陶瓷情況下的氧氣分壓和氧化鉛分壓(PbO分壓)一對于完成的構件的質(zhì)量起決定性作用。激勵器部件的周圍環(huán)境尤其是確定了在每一單個的構件上的熱能的份額和每一個構件所暴露于的氧氣分壓。
[0004]氧氣分壓的作用尤其是對于多層激勵器的質(zhì)量是關鍵的。在脫碳的情況下，氧氣分壓例如確定激勵器本體中的有機成分的分解率。在此必須保證，氧氣分壓被調(diào)整為使得一方面把有機成分從激勵器本體中除去，但是另一方面氧氣不引起激勵器的內(nèi)部電極層的氧化。在脫碳和燒結的情況下，氧氣分壓對于金屬電極層和陶瓷層之間的反應起作用，所述金屬電極層和陶瓷層自然是不同的材料類型，尤其是金屬或者氧化物材料。此外在燒結的情況下，構件的周圍環(huán)境、尤其是溫度和大氣，對來自基于鉛-鋯石-鈦(PZT)的壓電陶瓷的氧化鉛-廢氣起作用。
[0005]去粘合或者燒結過程期間的不均勻的周圍環(huán)境導致各個激勵器構件的電氣或者機械特征參量雜散。例如可能出現(xiàn)各個構件的偏轉和絕緣電阻的波動，各個構件的幾何結構的偏差，特別是構件的寬度或者彎曲的偏差。此外不均勻的周圍環(huán)境條件能夠?qū)е聝?nèi)電極的連續(xù)性的波動，導致在各個構件中形成裂縫并且最終導致在稍后的運行中部件的可靠性的波動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]存在對用于制造壓電激勵器部件的方法的需求，利用該方法能夠在很大程度上保證，在制造部件期間、尤其是在脫碳或者燒結期間，均勻的周圍環(huán)境條件對于各個壓電激勵器部件占主導。
[0007]這樣的方法在權利要求中說明。
[0008]用于制造壓電激勵器部件的方法的一種實施方式包括提供壓電部件的多個堆疊裝置，其中所述堆疊裝置分別包括壓電層和導電層，并且其中壓電層在堆疊裝置的縱向上彼此上下堆疊，并且導電層布置在壓電層之間。多個堆疊裝置這樣布置在載體設備上，使得堆疊裝置分別以堆疊裝置的縱向并排平放地布置在載體設備上。多個堆疊裝置被去粘合和/或燒結，其中堆疊裝置在去粘合和/或燒結期間在載體設備上并排平放地布置。
[0009]堆疊裝置以其縱軸平行于載體設備的表面位于載體設備上，所述載體設備例如可以構造為載體板。激勵器在載體設備上的平放結構尤其是在如下情況下被優(yōu)選地使用，即當使用具有大的長度和小的寬度的激勵器時，例如具有I到7直至I到10的長寬比的激勵器。
[0010]堆疊裝置可以布置在載體板上的容納裝置中。容納裝置可以在載體設備上并排布置。容納裝置例如可以構造為合攏的網(wǎng)、格子或者穿孔的板材，尤其是由銅構成的板材。在所述網(wǎng)的巢中放入各個激勵器的堆疊裝置，使得多個堆疊裝置在載體設備上并排平放地布置。
[0011]堆疊裝置可以分別由覆蓋裝置覆蓋，所述覆蓋裝置同樣用一材料構造，該材料形成為網(wǎng)或者格子，或者構造為穿孔的板材，尤其是由銅構成的板材。該結構導致，相同的周圍環(huán)境條件對布置在容納裝置之一和覆蓋裝置之一之間的每一個激勵器都起作用。因為每一個激勵器的所有四個側面都暴露于相同的周圍環(huán)境條件，所以氧氣分壓在脫碳和燒結期間以及氧化鉛分壓在燒結期間均勻地分布在每一個激勵器的全部四個側面上。
[0012]當容納裝置或者覆蓋裝置由銅實施時，另外在燒結過程期間在每一個激勵器的側面處出現(xiàn)銅和氧化銅的恒定分壓。因為每一個激勵器部件以其側面要么與容納裝置的支撐面要么與覆蓋裝置的支撐面鄰接，所以氧氣分壓中的可能的波動在燒結過程期間得到穩(wěn)定。當激勵器部件具有由銅構成的內(nèi)電極層時，內(nèi)電極能夠通過由銅構成的容納裝置和/或覆蓋裝置被保護不被氧化，所述容納裝置和/或覆蓋裝置例如利用其支撐面中的開口構造為格子狀的或者網(wǎng)狀的。
[0013]通過能夠由成形為網(wǎng)狀或者格子狀的材料構造并且布置在載體設備、例如載體板上的容納裝置，能夠避免激勵器的堆疊裝置和載體設備的材料之間的相互作用。
[0014]容納裝置和覆蓋裝置在其支撐面中具有開口或者孔，所述容納裝置和覆蓋裝置中的堆疊裝置的側面位于所述支撐面上。在使用容納裝置和覆蓋裝置的這種網(wǎng)狀的或者格子狀的支撐面的情況下或者在為容納裝置和覆蓋裝置使用穿孔板材的情況下，容納裝置和覆蓋裝置的支撐面中的孔負責良好地和均勻地向激勵器堆疊的所有四個側面供給處理氣體。
[0015]可以彼此上下堆疊多個載體板，在所述載體板上構件平方地布置在容納裝置中。間隔螺栓可以用于將各個載體板彼此分開。具有布置在其上的激勵器的彼此上下布置的載體設備可以用覆蓋裝置例如蓋來覆蓋。不過這種覆蓋裝置應該儀在燒結的情況下使用。在脫碳過程的情況下，該覆蓋裝置可能會阻止有機粘合劑的廢料產(chǎn)物的運出。覆蓋裝置可以構造為由銅構成的蓋，這導致爐中氣氛的進一步穩(wěn)定。
[0016]根據(jù)用于制造壓電激勵器部件的方法的另一種實施方式，各個激勵器的堆疊裝置在去粘合和燒結期間在爐中布置在包括多個扇形的載體元件的載體設備上。這些扇形的載體元件可以在爐中并排布置在一個平面中成圓形。這種布置的多個平面也可以在去粘合或燒結爐中上下相疊地布置。各個間隔平面例如可以用間隔螺栓彼此相間隔地布置。激勵器的各個堆疊裝置在每一個載體設備上并排平放地布置。
[0017]為改善周圍環(huán)境的均勻性，載體設備可以另外分別用覆蓋元件覆蓋。所述覆蓋元件分別具有放置到載體設備上的側部和與載體設備相間隔地布置的上部。覆蓋元件的上部同時構成另一個平面的載體設備，在其上可以布置激勵器部件的另外的堆疊裝置。因此在載體設備之上使用覆蓋元件的情況下可以省去在不同平面的載體設備之間設置間隔螺栓。
[0018]覆蓋元件可以具有扇形的形狀。每一個這樣的扇段可以具有四個側部，使得覆蓋元件從所有四個側面封閉。覆蓋元件也可以僅具有兩個側面，其中缺少與相鄰扇段的側面。在這種實施方式的情況下，覆蓋元件能夠接連排列為，使得形成覆蓋元件的連續(xù)的環(huán)，這相應于均勻的結構。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面根據(jù)示出本發(fā)明的實施例的圖詳細闡述本發(fā)明。
[0020]圖1示出壓電激勵器部件的堆疊裝置的實施方式，
[0021]圖2示出用于制造壓電激勵器部件的方法的一種實施方式，其中壓電激勵器部件在容納裝置中布置在載體設備上，
[0022]圖3示出用于制造壓電激勵器部件的方法的另一種實施方式，其中激勵器部件布置在多個彼此上下堆疊的載體裝置上，
[0023]圖4示出用于制造壓電激勵器部件的方法的另一種實施方式，其中激勵器部件布置在載體裝置的扇形的載體元件上，
[0024]圖5A示出用于覆蓋載體裝置的扇形的載體元件的覆蓋元件的一種實施方式，
[0025]圖5B示出用于覆蓋載體裝置的扇形的載體元件的覆蓋元件的另一種實施方式。
【具體實施方式】
[0026]在制造壓電激勵器部件的情況下用導電材料對壓電層進行涂層并將所述壓電層彼此上下堆疊。接著把所堆疊的層壓制成一個材料塊。由這樣的材料塊在未燒結狀態(tài)下分開成各個壓電激勵器部件。
[0027]圖1示出在分開之后的這樣的壓電激勵器部件I的堆疊裝置100。該層堆疊具有多個彼此上下疊層的壓電層30。在各個壓電層之間布置由導電材料構成的電極層10和20。壓電層30和在它們之間布置的導電層10、20在堆疊裝置100的縱向上彼此上下堆疊。
[0028]壓電層30例如可以是基于鉛-鋯石-鈦(PZT)的壓電陶瓷的膜。導電層10和20可以由銅實施。此外，該材料堆疊在陶瓷膜30和金屬的內(nèi)電極糊10和20中具有有機成分，例如粘合劑。為繼續(xù)處理未燒結本體，該有機成分在脫碳或者去粘合過程期間通過燃燒從激勵器部件的本體中被除去。隨后把該首先尚表示多孔本體的堆疊裝置100通過燒結處理變換為一種緊密本體。
[0029]對于激勵器部件的質(zhì)量、尤其是其電氣和機械特征參量，在去粘合和燒結過程期間重要的是:使全部在其中處理的激勵器部件暴露于均勻的周圍環(huán)境條件。重要的是，激勵器部件的每一個單個的堆疊裝置如何被施加在載體設備上以及多個這些堆疊裝置如何布置在去粘合或燒結爐中。
[0030]圖2示出載體設備200，該載體設備200例如可以構造為載體板。在該載體板200上，多個堆疊裝置100以這些堆疊裝置的縱向平放地布置。各個堆疊裝置由容納裝置300保持。容納裝置300布置在載體板200上。所述容納裝置分別具有支撐面310，這些支撐面彼此連接。容納裝置的支撐面例如可以成三角形或者鋸齒形地接連排列合攏。
[0031]壓電激勵器部件I的堆疊裝置100以其側面SlOOa放入到各個容納裝置300中。在此，激勵器部件的側面SlOOa接觸容納裝置的支撐面310。支撐面310可以具有開口或者孔320。容納裝置例如可以由金屬材料、例如由銅構成，其中該金屬具有網(wǎng)狀的或者格子狀的結構。容納裝置的各個支撐面310也可以由彼比連接的沖孔的板材構造。
[0032]在放入壓電部件的各個堆疊裝置100之后，可以把覆蓋裝置400放到激勵器部件I的從容納裝置300中突出的側面SlOOb上。在此，覆蓋裝置400的支撐面410接觸壓電激勵器部件I的堆疊裝置100的側面SlOOb。
[0033]覆蓋裝置可以像容納裝置那樣構造。覆蓋裝置例如可以具有金屬材料。支撐面以網(wǎng)狀或者格子狀成型并且具有多個小的開口 420。同樣也可以使用沖孔的板材。
[0034]在導電的內(nèi)電極層由銅構成的壓電激勵器部件的情況下，容納裝置300和覆蓋裝置400可以同樣包含由銅構成的材料。這種由銅構成的容納裝置或者覆蓋裝置使得能夠在去粘合或燒結爐中在去粘合過程或者燒結過程期間在激勵器部件的所有側面上存在銅和氧化銅的恒定的分壓。因為激勵器部件的側面SlOOa位于覆蓋裝置的支撐面上并且側面SlOOb位于覆蓋裝置400的支撐面上，所以在燒結過程期間氧氣分壓中的可能的波動能夠得到穩(wěn)定。
[0035]當激勵器部件的內(nèi)電極層由銅構造并且容納裝置300或者覆蓋裝置400同樣由銅構成的材料構造時，由銅構成的內(nèi)電極在去粘合過程或者燒結過程期間在很大程度上被保護不被氧化。在去粘合或燒結爐中包含的氧氣首先與容納裝置或者覆蓋裝置的銅反應，使得氧化處理首先在容納裝置和覆蓋裝置的支撐面處、而不在堆疊裝置的內(nèi)部中的電極層上發(fā)生。為提高激勵器部件的周圍環(huán)境中的銅的量，載體板200也可以由銅制造。
[0036]各個壓電激勵器的層堆疊在容納裝置中以平放方式的布置導致，相同的周圍環(huán)境條件對容納裝置中放入的全部激勵器部件起作用。因此在脫碳和燒結期間氧氣分壓和在燒結期間氧化鉛分壓均勻地分布在每一個激勵器部件的所有四個側面上。
[0037]此外，在載體設備200上布置的容納裝置300阻止在激勵器部件I和載體設備200的材料之間的相互作用。此外，容納裝置300的支撐面310中的開口 320或覆蓋裝置400的支撐面410中的開口 420使得能夠把處理氣體良好地和均勻地供給激勵器部件的全部四個側面。
[0038]容納裝置300相對于覆蓋裝置400互補地構造。當覆蓋裝置400布置在容納裝置300上時，在容納裝置的支撐面310和覆蓋裝置的支撐面410之間產(chǎn)生巢，在所述巢中可以放入壓電激勵器的堆疊裝置。通過所述巢為激勵器部件創(chuàng)造隔離的區(qū)域，在所述隔離的區(qū)域中存在恒定的周圍環(huán)境條件。因此為壓電激勵器部件的每一個堆疊100創(chuàng)造了一種均勻的、靜止的氣氛。
[0039]圖3示出用于制造壓電激勵器部件的方法的另一種實施方式。在此提供多個載體設備200，在所述載體設備200上平放地布置壓電激勵器部件。各個壓電激勵器部件布置在容納裝置300中并且被覆蓋裝置400覆蓋。
[0040]多個這種載體設備200連同在容納裝置和覆蓋裝置的巢中平放布置的激勵器部件I 一起在基本載體600上彼此上下堆疊。在此，載體設備200通過間隔保持器700彼此相間隔地布置。間隔保持器700可以構造為間隔螺栓，其用于將各個載體板200彼此分開。
[0041]另外，彼此上下堆疊的載體設備可以由覆蓋設備800覆蓋。覆蓋設備800例如可以構造為矩形的。但是用覆蓋設備800覆蓋彼此上下堆疊布置的壓電部件應該僅在燒結的情況下使用。在脫碳的情況下，蓋子可能會阻止有機粘合劑的裂化產(chǎn)物的運出。覆蓋設備800優(yōu)選由銅構成的材料構造，這導致燒結爐中的氣氛的進一步穩(wěn)定。
[0042]圖4示出用于制造、尤其是用于去粘合和燒結壓電激勵器層堆疊100的方法的另一種實施方式。載體設備200包括多個扇形的載體元件210。這些載體元件可以由陶瓷材料、例如氧化鋁陶瓷或者氧化鎂陶瓷構造，其用薄的銅層涂層。
[0043]各個扇形的載體元件210在去粘合或燒結爐中被布置為，使得載體設備200具有閉合的圓環(huán)的形狀。在每一個載體元件上平放地布置激勵器部件的堆疊裝置。這樣的圓環(huán)形的載體設備的多個平面可以上下相疊地引入到爐中。不同平面的各個載體設備可以用間隔保持器700彼此相間隔地布置在爐中。
[0044]當去粘合或燒結爐具有圓形的平面圖，其中加熱元件布置在爐的外側上和/或布置在爐中的中心軸線上，并且用于供給處理氣體——例如氮氣、氫氣和水蒸汽——的管道同樣布置在該爐的圓筒形內(nèi)部空間的外側上，對這種各個激勵器并排平放在其上的扇形的載體元件的使用使得能夠為每一個單個的激勵器實現(xiàn)均勻的周圍環(huán)境。
[0045]為進一步提高周圍環(huán)境的均勻性，可以另外用覆蓋元件900覆蓋激勵器部件。圖5A和5B示出覆蓋元件900a、900b的不同的實施方式，這些覆蓋元件尤其能夠用于覆蓋扇形的載體元件210。覆蓋元件900a和900b分別具有上部910和側部920。
[0046]在圖5A中所示的覆蓋元件900a的實施方式中設置四個側部920。這些側部920被放置到載體元件210上。上部910然后通過側部920與載體設備200相間隔地布置。
[0047]在圖5B中所示的覆蓋元件900b的實施方式中僅設置兩個側部，其中缺少在圖5A中設置的與載體元件的相鄰扇段的側部。在該實施方式中，覆蓋元件可以在圖4中所示的圓環(huán)形的載體設備上組成連續(xù)的環(huán)，這相應于理想的均勻的結構。
[0048]附圖標記列表
[0049]I 壓電激勵器部件
[0050]10、20導電層/電極層
[0051]30 壓電材料
[0052]100 壓電激勵器部件的堆疊裝置
[0053]200 載體設備
[0054]210 扇形的載體元件
[0055]300 容納裝置
[0056]310 支撐面
[0057]320 開 口
[0058]400 覆蓋裝置
[0059]410 支撐面
[0060]420 開 口
[0061]500 巢
[0062]600 基本載體
[0063]700 間隔保持器
[0064]800 覆蓋設備
[0065]900 覆蓋元件
【權利要求】
1.用于制造壓電激勵器部件的方法，包括: -提供壓電激勵器部件(I)的多個堆疊裝置(100)，其中堆疊裝置(100)分別包括壓電層(30)和導電層(10、20)，并且其中壓電層(30)在堆疊裝置的縱向上彼此上下堆疊，并且導電層(10,20)布置在壓電層(30)之間， -在載體設備(200)上布置多個堆疊裝置(100)，使得堆疊裝置(100)分別以堆疊裝置的縱向并排平放地布置在載體設備(200)上， -去粘合和/或燒結多個堆疊裝置(100)，其中堆疊裝置(100)在去粘合和/或燒結期間在載體設備(200)上并排平放地布置。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，包括: -提供多個容納裝置(300)用于容納多個堆疊裝置(100)，其中每一個容納裝置具有支撐面(310)用于支撐多個堆疊裝置(100)之一，其中支撐面具有開口(320)，其中開口(320)在支撐面(310)中這樣分布地布置，使得多個堆疊裝置(100)之一的、由所述堆疊裝置(100)之一以其位于支撐面(310)上的側面(SlOOa)與來自容納裝置(300)的周圍環(huán)境的氣體接觸， -在容納裝置(310)中分別這樣布置多個堆疊裝置(100)，使得所述堆疊裝置(100)的相應側面(SlOOa)位于支撐面(310)上， -把處理氣體供給所述堆疊裝置(100)。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，包括:` -提供多個覆蓋裝置(400)用于覆蓋多個堆疊裝置(100)，其中每一個覆蓋裝置具有支撐面(410)用于在多個堆疊裝置(100)的每一個堆疊裝置的另一個側面(SlOOb)上支撐所述覆蓋裝置中的相應覆蓋裝置，其中支撐面(410)具有開口(420)，其中開口(420)在支撐面(410)中這樣分布，使得多個堆疊裝置(100)中的每一個堆疊裝置的另一個側面(SlOOb)與來自覆蓋裝置(400)的周圍環(huán)境的氣體接觸， -在多個堆疊裝置(100)上這樣布置多個覆蓋裝置(400)，使得所述覆蓋裝置(400)中的相應覆蓋裝置的支撐面(420)位于堆疊裝置(100)之一的另一個側面(SlOOb)上。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法， 其中容納裝置(300)的支撐面(310)和覆蓋裝置(400)的支撐面(410)分別構造為合攏的網(wǎng)、格子或者穿孔的板材。
5.根據(jù)權利要求1至4之一所述的方法， -其中多個堆疊裝置(100)布置在多個載體設備(200)上， -其中所述多個載體設備(200)在用于去粘合和/或燒結所述多個堆疊裝置的爐(1000)中彼此上下堆疊地布置。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法， 其中在彼此上下堆疊的載體設備(200)之間布置間隔保持器(700)。
7.根據(jù)權利要求1至6之一所述的方法， 其中覆蓋設備(800)布置在載體設備(200)之上或者布置在多個彼此上下堆疊的載體設備(200)之上。
8.根據(jù)權利要求1至7之一所述的方法，包括: -提供由多個扇形的載體元件(210)組成的結構形式的載體設備(200)，-在用于去粘合和/或燒結的爐(1000)中這樣布置多個載體元件(210)，使得載體設備(200)構造為圓環(huán)形的。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，包括: 在每一個載體元件(210)之上布置覆蓋元件(900)，其中該覆蓋元件具有扇形的上部(910)和至少兩個側部(920)，其中所述上部(910)與相應的載體元件(910)相間隔地布置，并且所述至少兩個側部(920)位于相應的載體元件(910)上。
10.根據(jù)權利要求3至9之一所述的方法，包括: -提供具有由銅構成的表面涂層的載體設備(200)， -提供由銅構成的材料制 成的多個容納裝置(300)和多個覆蓋裝置(400)。
【文檔編號】H01L41/273GK103503186SQ201280013709
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年1月26日 優(yōu)先權日:2011年3月16日
【發(fā)明者】O·德諾夫澤克, A·格拉祖諾夫 申請人:埃普科斯股份有限公司