DD287357B5 - Method for producing a stack of piezoceramic discs - Google Patents

Method for producing a stack of piezoceramic discs Download PDF

Info

Publication number
DD287357B5
DD287357B5 DD33213289A DD33213289A DD287357B5 DD 287357 B5 DD287357 B5 DD 287357B5 DD 33213289 A DD33213289 A DD 33213289A DD 33213289 A DD33213289 A DD 33213289A DD 287357 B5 DD287357 B5 DD 287357B5
Authority
DD
German Democratic Republic
Prior art keywords
stack
adhesive
disks
piezoceramic
producing
Prior art date
Application number
DD33213289A
Other languages
German (de)
Inventor
Wolfgang Dipl-Ing Geiss
Konrad Dipl-Phys Voigt
Guenter Dipl-Phys Helke
Eike Dipl-Ing Wehrsdorfer
Original Assignee
Tridelta Ag Zentrum Mikroelekt
Univ Schiller Jena
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tridelta Ag Zentrum Mikroelekt, Univ Schiller Jena filed Critical Tridelta Ag Zentrum Mikroelekt
Priority to DD33213289A priority Critical patent/DD287357B5/en
Priority to DE4014526A priority patent/DE4014526A1/en
Priority to GB9012454A priority patent/GB2235577B/en
Priority to NL9001736A priority patent/NL9001736A/en
Publication of DD287357B5 publication Critical patent/DD287357B5/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H10N30/057—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by stacking bulk piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/067—Forming single-layered electrodes of multilayered piezoelectric or electrostrictive parts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

A process for producing a stack of laminar piezoceramic elements, wherein the piezoceramic elements have a surface roughness of Rm < 5 mu m. and Ra 0.15 to 0.5 mu m., electrode layers, formed from a relatively hard conducting material, are deposited on a face of each element, each layer extending to an edge of the element, the elements are formed into a stack by repeating a process of applying an interrupted layer of adhesive, having a viscosity of 100-500 mPa.S, to a face of a first element, pressing a second element onto the adhesive coated face of the first element, with an electrode layer sandwiched between said elements, and holding the elements pressed together under a pressure of 0.5-1 mPa until the adhesive hardens and, thereafter, forming electrical contacts connected to the electrode layers on a side of the stack.

Description

Charakteristik des bekannton Standes der TechnikCharacteristic of bekannton state of the art

Es ist bekannt, piezokeramische Scheiben zu einem Stapel zu vereinigen. Dabei werden die einzelnen Scheiben beidseitig flächenhaft durch ein Dickschicht- oder Dünnschichtverfahren mit Kontaktierungsschichten (Elektroden) versehen. Benachbarte Scheiben werden mit einem Kleber verbunden, der entweder selbst elektrisch leitfähig ist (DE 2900609) oder in einen nicht leitfähigen Kleber werden profilierte Metallzwischenlagen, wie Metallnetze (DE 3223801) oderweltbiechartige Metallelektroden (US 4.530.138) eingebettet, welche die Kontaktierungsschichten berühren. Das Zusammenfügen (',er Scheiben geschieht unter Druckeinwirkung, die oftmals beim Betrieb des Bauelementes durch geeignete Anordnungen beibehalten wird. Die bekannten Verfahren zum Stapeln piezokeramischer Scheiben und deren Verbindung durch Kleber haben folgende Nachteile:It is known to combine piezoceramic discs into a stack. In this case, the individual panes are provided on both sides in a planar manner by a thick-film or thin-film process with contacting layers (electrodes). Adjacent disks are bonded to an adhesive which is either itself electrically conductive (DE 2900609) or embedded in a non-conductive adhesive are profiled metal interlayers such as metal nets (DE 3223801) or world bending metal electrodes (US 4,530,138) which contact the contacting layers. The assembly (s) is effected under pressure which is often maintained during operation of the component by suitable arrangements The known methods for stacking piezoceramic wafers and their bonding by adhesive have the following disadvantages:

1. Durch die Verwendung von Metallzwischenlagen:1. By using metal liners:

- Die große nichtaktive Masse der Zwischenlagen führt zur Verschlechterung (Verringerung) der Steifigkeit und der Resonanzfrequenz (Stellgeschwindigkeit in axialer Richtung des Stapels).- The large non-active mass of the intermediate layers leads to deterioration (reduction) of the rigidity and the resonance frequency (positioning speed in the axial direction of the stack).

- Mehraufwand bei der Stapelmontage;- overhead in stacking;

- Behinderung der Querkontraktion der Scheiben.- obstruction of the transverse contraction of the discs.

2. Durch die Verwendung von Kleberschichten:2. By using adhesive layers:

- Der hohe Temperaturkoeffizient beeinträchtigt längenmeßtechnische Anwendungen.- The high temperature coefficient affects length measurement applications.

- Es ist ebenfalls eine Verringerung der Steifigkeit zu verzeichnen.- There is also a reduction in stiffness.

Ziel der Erfindung 'Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Stapels von piezokeramischen Scheiben zu schaffen, das weniger aufwendig bei der Montage des Stapels ist.The aim of the invention is to provide a method for producing a stack of piezoceramic discs, which is less expensive in the assembly of the stack.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung bestehe darin, ein Vorfahren gemäß Titel der Erfindung zu schaffen, das es gestattet, das elastische Verhalten des Stapels (Steifigkeit, Ε-Modul) dem Idealzustand des massiven Keramikmaterials möglichst nahe anzugleichen, wobei das Ziel der Erfindung zu beachten ist. Zur Herstellung des Stapels werden die einzelnen Scheiben über ihre flächenhaften Dünnschichtkontakte und über zusätzliche Verbindungsmittel, Insbesondere Klebemittel, unter Druckeinwirkung miteinander verbunden.The object of the invention is to provide an ancestor according to the title of the invention, which makes it possible to match the elastic behavior of the stack (stiffness, Ε-module) as close as possible to the ideal state of the solid ceramic material, wherein the aim of the invention is observed. To produce the stack, the individual disks are connected to one another via their laminar thin-film contacts and via additional connecting means, in particular adhesives, under pressure.

Erfindungsgemäß werden piezokeramische Scheiben mit einer Oberflächenrauhigkeit Rn, < 5μηι (Maximaldifferenz) und R, = 0,15 bis 0,5Mm (Mittelwert) verwendet. Durch ein an sich b^icanntos Sputterverfahren werden auf die Scheiben beidseitig bis auf den Rand reichende Elektrodenschichten aus relativ hartem Material, insbesondere aus CuNi abgeschieden. Anschließend wird jeweils auf eine Scheibe in einem Punktraster Kleber mit einer Viskosität im Bereich von 100 bis 50OmPa s aufgetragen und sofort danach die nächste Scheibe mit einem Druck im Bereich von 0,5 bis 1 MPa deckungsgleich aufgelegt, wobei der Druck bis zum Aushärten des Klebers beibehalten wird. Abschließend nach dem Aufkleben der letzten Scheibe des Stapels werden die Randkontaktflächen ebenfalls durch ein Sputterverfahren nochmals mit Elektrodenmaterial überschichtet.Piezoceramic discs having a surface roughness R n , <5 μm (maximum difference) and R, = 0.15 to 0.5 μm (mean value) are used according to the invention. By means of a sputtering method known per se, electrode layers made of relatively hard material, in particular of CuNi, are deposited on the disks on both sides up to the edge. Adhesive with a viscosity in the range of 100 to 50OmPa s is then applied in each case to a disk in a dot matrix, and immediately thereafter the next disk with a pressure in the range of 0.5 to 1 MPa congruent laid, the pressure until the curing of the adhesive is maintained. Finally, after the last pane of the stack has been glued on, the edge contact surfaces are likewise covered again with electrode material by a sputtering process.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.The invention will be described below with reference to an embodiment.

Zur Herstellung eines Mikrotranslators werden zunächst piezokeramische Scheiben einer PZT-Keramik bereitgestellt, pie Scheiben weisen dabei folgende Rauhigkeitswerte auf:To produce a microtranslator, first piezoceramic disks of a PZT ceramic are provided; pie disks have the following roughness values:

maximale Differenz Rm = 3,7pmmaximum difference R m = 3.7pm

Mittelwort R1 = 0,41 pm.Middle word R 1 = 0.41 pm.

Die Scheiben haben einen Durchmesser von 10 mm und eine Dicke von 0,5 mm.The discs have a diameter of 10 mm and a thickness of 0.5 mm.

Danach wird auf jede Seite einer Scheibe eine entsprechend gestaltete im wesentlichen aus CuNi bestehende Elektrode mit einer Schichtdicke von 0,8 μιη aufgesputtert. Die Elektrode wird dabei teilweise bis auf den Rand gezogen, um später die Kontaktierung des Stapels zu ermöglichen. Zur Herstellung des Stapels wird nun auf eine erste Scheibe punktförmig ein geeigneter Kleber, z. B.Thereafter, a correspondingly shaped substantially consisting of CuNi electrode with a layer thickness of 0.8 μιη is sputtered onto each side of a disc. The electrode is partially pulled up to the edge to allow later contacting the stack. For the production of the stack is now punctiform a suitable adhesive, for. B.

Epoxidharz der Cyanacrylat, aufgebracht. Der Kleber besitzt eine Viskosität von 400 mPa · s. Sofort danach wird die nächste Scheibe deckungsgleich aufgelegt, wobei ein Druck von 0,5MPa auf die gesamte Fläche ausgeübt wird. Dieser Druck wird so lange beibehalten, bis der Kleber ausgehärtet ist.Epoxy resin of cyanoacrylate, applied. The adhesive has a viscosity of 400 mPa · s. Immediately thereafter, the next disc is placed congruent, with a pressure of 0.5 MPa is applied to the entire surface. This pressure is maintained until the adhesive has cured.

Nachdem gemäß dieser genannten Verfahrensschritte ein Stapel von piezokeramischen Scheiben errichtet wurde, werden die Randkontaktflächen ebenfalls durch Sputtern auf eine Dicke von etwa 1,8 pm verstärkt.After a stack of piezoceramic disks has been erected according to said process steps, the edge contact surfaces are also reinforced by sputtering to a thickness of about 1.8 pm.

Die Eigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten Translators (mit Armatur) sollen zum Abschluß mit einem vergleichbaren, den Stand der Technik darstellenden Translator gegenübergestellt werden:The properties of the translator (with armature) produced according to the invention are to be compared with a comparable, prior art translator:

Erfindunginvention Stand d. TechnikStand d. technology angelegte Spannungapplied voltage 100OV100OV 1000 V1000V erreichte Längenänderungachieved change in length 1 22 pm1 22 pm 15μπΊ15μπΊ Durchmesser d. ScheibenDiameter d. slices 10mm10mm 10mm10mm Steifigkeit d. Stapels CStiffness d. Stack C 150 W/μηι150 W / μηι 70N/pm70N / pm (in axiale Richtung)(in axial direction)

Auch der Wert für die Steifigkeit des erfindungsgemäßen Stapels (ohne Armatur) zeigt, daß dem angestrebten Wert für das massive Keramikmaterial nahegekommen wird. Sie betragen:Also, the stiffness rating of the inventive stack (without armature) indicates that the desired value for the bulk ceramic material is approaching. They amount to:

massives Material 290Η/μιηmassive material 290Η / μιη

erfindungsgemäßer Stapel 200-290 Ν/μπΊinventive stack 200-290 Ν / μπΊ

(Stapel mit Dickschichtelektroden(Stack with thick film electrodes

und Metallzwischenlagen 100 Ν/μιη).and metal liners 100 Ν / μιη).

Claims (1)

Verfahren zum Herstellen eines Stapels von piezokeramischen Scheiben, bei dem die einzelnen Scheiben über ihre flächenhaften Dünnschichtkontakte und über zusätzliche Verbindungsmittel, insbesondere Klebemittel, unter Druckeinwirkung miteinander verbunden werden, gekennzeichnet dadurch, daß piezokeramische Scheiben mit einer Oberflächenrauhigkeit Rm < 5MmundRa = 0,15 bis 0,5 μηι verwendet warden, daß durch ein an sich bekanntes Sputterverfahren auf die Scheiben beidseitig bis auf den Seitenrand reichende Elektrodenschichten aus relativ hartom Material, insbesondere aus CuNi, abgeschieden werden, daß anschließend jeweils auf eine Scheibe der Kleber in einem Punktraster mit einer Viskosität im Bereich von 100 bis 50OmPa · saufgetragen wird und sofort danach die nächste Scheibe mit einem Druck im Bereich von 0,5 bis 1 MPa deckungsgleich aufgelegt wird, wobei der Druck bis zum Aushärten des Klebers beibehalten wird, daß abschließend nach dem Aufkleben der letzten Scheibe des Stapels die Randkontaktflächen ebenfalls durch ein Sputterverfahren nochmals mit Elektrodenmaterial überschichtet werden.Method for producing a stack of piezoceramic disks, in which the individual disks are connected to one another via their laminar thin-film contacts and via additional connecting means, in particular adhesives, under pressure, characterized in that piezoceramic disks with a surface roughness R m <5 MmundRa = 0.15 to Warts 0.5 μηι be used that are deposited by a per se known sputtering on the discs on both sides to the side edge reaching electrode layers of relatively hartom material, especially CuNi, that then each on a slice of the adhesive in a dot matrix with a viscosity is applied in the range of 100 to 50OmPa · s and immediately thereafter, the next disc is applied congruently with a pressure in the range of 0.5 to 1 MPa, wherein the pressure is maintained until the adhesive is cured, that finally after sticking the last disc of the stack, the edge contact surfaces are also covered by a sputtering process again with electrode material. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der piezoelektrischen Bauelemente. Sie betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stapels von piezokeramischen Scheiben, bei dem die einzelnen Scheiben über ihre flächenhaften Drnnschichtkontakte und über zusätzliche Verbindungsmittel, nämlich Klebemittel, unter Druckeinwirkung miteinader verbunden werden. Der Stapel findet Anwendung als Mikrotranslator.z.B. im Präzisionsgerätebau.The invention relates to the field of piezoelectric components. It relates to a method for producing a stack of piezoceramic disks, in which the individual disks are connected to one another via their areal thin-film contacts and via additional connecting means, namely adhesives, under pressure. The stack finds application as Mikrotranslator.z.B. in precision equipment construction.
DD33213289A 1989-08-28 1989-08-28 Method for producing a stack of piezoceramic discs DD287357B5 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DD33213289A DD287357B5 (en) 1989-08-28 1989-08-28 Method for producing a stack of piezoceramic discs
DE4014526A DE4014526A1 (en) 1989-08-28 1990-05-07 METHOD FOR PRODUCING A STACK OF PIEZOCERAMIC DISKS
GB9012454A GB2235577B (en) 1989-08-28 1990-06-05 A process for producing an assembly of laminar piezoceramic elements and an assembly produced thereby
NL9001736A NL9001736A (en) 1989-08-28 1990-08-01 METHOD FOR MANUFACTURING A PILE OF PIEZO CERAMIC DISCS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DD33213289A DD287357B5 (en) 1989-08-28 1989-08-28 Method for producing a stack of piezoceramic discs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DD287357B5 true DD287357B5 (en) 1994-09-15

Family

ID=5611904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DD33213289A DD287357B5 (en) 1989-08-28 1989-08-28 Method for producing a stack of piezoceramic discs

Country Status (4)

Country Link
DD (1) DD287357B5 (en)
DE (1) DE4014526A1 (en)
GB (1) GB2235577B (en)
NL (1) NL9001736A (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4029972A1 (en) * 1990-09-21 1992-03-26 Siemens Ag PIEZOCERAMIC ULTRASONIC TRANSDUCERS
GB2367532B (en) * 2000-07-27 2004-03-10 Kyocera Corp Layered unit provided with piezoelectric ceramics,method of producing the same and ink jet printing head employing the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3218576C2 (en) * 1982-05-17 1984-11-08 Honeywell Gmbh, 6050 Offenbach Piezoelectric actuator

Also Published As

Publication number Publication date
DE4014526A1 (en) 1991-03-07
GB9012454D0 (en) 1990-07-25
GB2235577A (en) 1991-03-06
NL9001736A (en) 1991-03-18
GB2235577B (en) 1993-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69637114T2 (en) Method of making drivers and sensors composed of monomorphic ferroelectric thin films
EP1560010B1 (en) Load cell with strain gauge with adhesive layer of inorganic-organic hybrid-polymer (ORMOCER)
DE202007018898U1 (en) Piezoceramic surface actuator
EP1661190B1 (en) Piezoactuator
DE102007037502A1 (en) Reduced temperature component and method of manufacture
DE3016748A1 (en) ELECTROMECHANICAL CONVERTER
DE102013104542B4 (en) Coupling element, ultrasonic transducer and ultrasonic flowmeter
DE102008041061B4 (en) Piezoelectric layer element
WO2003023873A2 (en) Flat actuator or sensor having an internal pretensioning
DE4014526A1 (en) METHOD FOR PRODUCING A STACK OF PIEZOCERAMIC DISKS
EP2642544B1 (en) Assembly comprising a piezo actuator and a flexible circuit board
DE60201280T2 (en) Connected article and method for its production
EP1263060B1 (en) Manufacturing method for a flat multilayer bending transducer and corresponding bending transducer
DD287357A5 (en) Method for producing a stack of piezoceramic discs
DE102008012281B4 (en) Method for producing a piezoelectric actuator with piezo elements arranged on a carrier
DE19704389C2 (en) Single element actuator
DE4325167C1 (en) Process for the preparation of PZT layers
EP2644740A2 (en) Method for producing a thin coating on a substrate
DE19716588A1 (en) Force sensor for determination of force applied to test-piece
EP0975940B1 (en) Linear force transducer with two films and two punches
DE102012103430B4 (en) Method of tying chips onto a substrate
EP3097593B1 (en) Actuator device
DE102004047696B4 (en) Piezoelectric bending transducer
DE4031702A1 (en) STACKING ARRANGEMENT
WO2023016807A1 (en) Connection of a sensor chip to a measuring object

Legal Events

Date Code Title Description
EP Request for examination under paragraph 12(1) filed
RPI Change in the person, name or address of the patentee (searches according to art. 11 and 12 extension act)
B5 Patent specification, 2nd publ. accord. to extension act
ENJ Ceased due to non-payment of renewal fee