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Dokumentenidentifikation DE102006025172A1 06.12.2007
Titel Piezoaktor mit Verkapselung und Verfahren zu seiner Herstellung
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Bachmaier, Georg, 80538 München, DE;
Ebelsberger, Gerit, 81737 München, DE;
Gödecke, Andreas, 80803 München, DE;
Hennig, Oliver, 81667 München, DE;
Kaspar, Michael, 85640 Putzbrunn, DE;
Magori, Erhard, Dr., 85622 Feldkirchen, DE;
Schuh, Carsten, Dr., 85598 Baldham, DE
DE-Anmeldedatum 30.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006025172
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse H01L 41/22(2006.01)A, F, I, 20060530, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02N 2/04(2006.01)A, L, I, 20060530, B, H, DE   F02M 51/06(2006.01)A, L, I, 20060530, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung offenbart ein Herstellungsverfahren einer Verkapselung 1 eines Piezoaktors 5, die aus einer elektrischen Isolierschicht 10 und einer hermetisch dichten Deckschicht 40 besteht. Durch eine Strukturierung der Isolierschicht 10 und ein formschlüssiges Aufbringen der Deckschicht 40 wird die mechanische Stabilität der Verkapselung 1 gesteigert.

Beschreibung[de]
1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Verkapselung eines Piezoaktors, insbesondere eines Vielschichtaktor, sowie einen Piezoaktor mit Mehrschicht-Verkapselung.

2. Hintergrund der Erfindung

In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach piezokeramischen Aktoren oder kurz Piezoaktoren auf Grund ihrer zunehmenden Nutzung, beispielsweise in den neuesten Diesel-Einspritzsystemen der Automobilindustrie, enorm zugenommen. Diese Nachfrage unterstützt ebenfalls die Entwicklung von Piezoaktoren. In mehreren neuen Einspritz- bzw. Injektorkonstruktionen sollen die Piezoaktoren komplett von Dieselkraftstoff umgeben sein. Diese Art der Konstruktion der Einspritzanlagen bezeichnet man als "wet design".

Da die Piezoaktoren bei einem direkten Kontakt mit verunreinigtem oder durch Additive modifiziertem Dieselkraftstoff chemisch angegriffen werden, muss eine entsprechende Schutzhülle für den Piezoaktor bereitgestellt werden. Diese Schutzhülle sollte sowohl eine elektrische Isolation gegen einen möglichen Kurzschluss durch den elektrisch leitenden Kraftstoff als auch eine chemische Isolation gegen den Angriff des umgebenden Kraftstoffs für die Bestandteile des Piezoaktors bereitstellen.

Im Stand der Technik sind Metallgehäuse unterschiedlicher Konstruktion bekannt, die den Piezoaktor umgeben. Ein Beispiel für ein derartiges Metallgehäuse ist ein Wellrohr. Die Metallgehäuse sind mit geeigneten Füllmaterialien gefüllt, um eine Übertragung des durch den Kraftstoff aufgebrachten Drucks auf den innen liegenden Piezoaktor zu realisieren. Das Metallgehäuse muss thermische Volumenänderungen eines Isolationsmaterials des Piezoaktors und Druckunterschiede von bis zu 2000 bar ausgleichen. Diese Anforderungen sind in Summe extrem hoch und mit den elastischen Eigenschaften der metallischen Werkstoffe schwer zu erfüllen. Als flexiblere Materialien wären Kunststoffe/Elastomere in der Lage, die mechanischen Anforderungen zu erfüllen. Es sind jedoch keine völlig diffusionsdichten Kunststoffe bekannt. Somit kommen derzeit nur metallische Körper zur Verkapselung in Frage. Diese konstruktive Lösung hat jedoch die weiteren Nachteile, dass sie aufwendig in ihrer Herstellung und platzintensiv ist.

Es ist daher das Problem der vorliegenden Erfindung, einen Schutz für einen Piezoaktor bereitzustellen, der eine verlässliche elektrische und chemische Isolation des Piezoaktors gegen äußere Einflüsse gewährleistet.

3. Zusammenfassung der Erfindung

Das obige Problem wird durch ein Herstellungsverfahren einer Mehrschicht-Verkapselung eines Piezoaktors gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch einen Piezoaktor mit Verkapselung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10 gelöst. Weiterentwicklungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den anhängenden Patentansprüchen hervor.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren liefert eine Verkapselung eines Piezoaktors, so dass der Piezoaktor ohne zusätzliche gehäuseartige umhüllende Struktur nach außen sowohl chemisch als auch mechanisch geschützt ist. Dieses Herstellungsverfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Aufbringen einer elektrischen Isolierschicht auf eine Oberfläche des Piezoaktors, die parallel zu seiner Längs- oder Stapelrichtung verläuft, und b) Aufbringen einer hermetisch dichten Deckschicht auf die Isolierschicht, so dass diese die Isolierschicht flächig bedeckt.

Um im "wet design" zu verwendende Piezoaktoren effektiv zu schützen und gleichzeitig ihre Funktion so gering wie möglich einzuschränken, wird eine Verkapselung des Piezoaktors hergestellt. Diese Verkapselung besteht aus einer Isolierschicht, die die Seitenflächen des Piezoaktors parallel zu dessen Stapelrichtung elektrisch isoliert. Diese Isolierschicht deckt die bis an die Außenseiten des Piezoaktors ragenden Innenelektroden ab, so dass beispielsweise Kraftstoff oder andere umgebende elektrisch leitende Medien keinen Kurzschluss zwischen Innenelektroden hervorrufen. Um die Lebensdauer der Isolierschicht zu erhöhen, wird sie durch eine hermetisch dichte Deckschicht überzogen. Diese Deckschicht verhindert oder reduziert den Kontakt zwischen Isolierschicht und chemisch aggressivem umgebenden Medium, beispielsweise Kraftstoff. Des Weiteren verhindert die Deckschicht eine mögliche Diffusion des umgebenden Mediums durch die Isolierschicht bis hin zum Piezoaktor. Dadurch ist auch auf diese Weise der Piezoaktor vor einem chemischen Angriff des umgebenden Mediums geschützt. Gemäß unterschiedlicher bevorzugter Ausführungsformen schließt die Verkapselung den Piezoaktor vollständig ein oder erstreckt sich entlang der Seitenflächen des Piezoaktors, die parallel zu seiner Stapelrichtung orientiert sind.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens umfasst die Isolierschicht mindestens eine organische Beschichtung, vorzugsweise eine polymere und/oder elastomere Beschichtung, und/oder mindestens eine anorganische Beschichtung, vorzugsweise Gläser, Keramiken, Oxide und/oder Nitride. Um diese oder eine Auswahl dieser Materialien als Isolierschicht auf dem Piezoaktor aufzubringen, werden geeignete Beschichtungsverfahren angewandt. Zu diesen zählen: Aufschleudern, Sprühen, Laminieren, Pulverbeschichten, Ink-Jet, CVD (chemical vapour deposition = chemische Gasphasenabscheidung), PVD (physical vapour deposition = physikalische Gasphasenabscheidung), Epitaxie, Siebdruck, Auf sintern, Aufschmelzen und Spritzgießen.

Gemäß einer weiteren Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Strukturieren der Isolierschicht derart, dass eine mechanische Widerstandsfähigkeit der Deckschicht steigt. Zu diesem Zweck wird ein Muster regelmäßiger und/oder unregelmäßiger Vertiefungen in die Isolierschicht eingebracht, das beispielsweise Wellenform und/oder eine Wabenstruktur aufweist. Für diese Strukturierung geeignete Verfahren sind Photolitographie, Laserablation und/oder Prägen.

Gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird die hermetisch dichte Deckschicht in Form einer metallischen Schicht mittels geeigneter Beschichtungsverfahren zur Abscheidung von Metallen auf elektrisch nicht leitenden Oberflächen erzeugt. Das als Deckschicht genutzte Metall ist in seinen Werkstoffeigenschaften entsprechend ausgewählt, dass es den chemischen und/oder mechanischen Angriffen des umgebenden Mediums, beispielsweise Kraftstoff, widersteht. In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls denkbar, die Deckschicht als eine metallische Mehrschichtstruktur zu realisieren oder auf diese Deckschicht eine zusätzliche geeignete Außenisolierung aus einem nicht-metallischen Werkstoff aufzubringen. Vorzugsweise wird die metallische Schicht mittels Siebdruck oder Sputtern eines Seedlayers und nachfolgender galvanischer Verstärkung des Seedlayers oder durch Tauchen in eine niedrig schmelzende Metalllegierung erzeugt.

Die vorliegende Erfindung offenbart des Weiteren einen Piezoaktor mit Verkapselung, insbesondere einen Vielschichtaktor, so dass der Piezoaktor ohne zusätzliche gehäuseartige umhüllende Struktur nach außen geschützt ist. Der Piezoaktor mit Verkapselung weist einen Piezoaktor, eine elektrische Isolierschicht auf einer Oberfläche des Piezoaktors, die parallel zu seiner Längs- oder Stapelrichtung verläuft, und eine hermetisch dichte Deckschicht auf der Isolierschicht auf, so dass die Deckschicht die Isolierschicht flächig abdeckt. Gemäß einer weiteren Alternative ist auf der Deckschicht eine Außenisolierung angeordnet, um einen zusätzlichen Schutz gegen äußere chemische und/oder physikalische Angriffe bereitzustellen.

4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnung

Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Piezoaktors mit Kontaktierung,

2 den Piezoaktor aus 1 mit einer Isolierschicht,

3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Piezoaktors mit Isolierschicht und hermetisch dichter Deckschicht,

4 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Ausführungsform des Piezoaktors mit Isolierschicht und Deckschicht parallel zu seiner Stapelrichtung,

5 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform des Piezoaktors mit Isolierschicht und Deckschicht entlang einer Innenelektrode und

6 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des Piezoaktors mit Isolierschicht und Deckschicht entlang einer Innenelektrode.

5. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Verkapselung 1 für einen kontaktierten Piezoaktor 5. Die Verkapselung 1 gewährleistet Beständigkeit des Piezoaktors 5 gegenüber einem umgebenden chemisch als auch mechanisch aggressiven Medium. Dieselkraftstoff ist ein Beispiel für ein solches Medium und die chemische sowie mechanische Belastung des Piezoaktors 5 mit Verkapselung wird durch den Einbau eines solchen im "wet design" illustriert.

1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines kontaktierten Piezoaktors 5. Dieser besteht aus einer Mehrzahl piezokeramischer Schichten 3. Die piezokeramischen Schichten 3 sind in Stapelrichtung 30 übereinander angeordnet. Zwischen den piezokeramischen Schichten 3 befinden sich Innenelektroden 7, die die angrenzende piezokeramische Schicht vollständig oder nur zum Teil bedecken. Bei einer vollflächigen Innenelektrode 7 liegt somit ein vollaktiver Piezoaktor 5 vor, während aus der Nutzung teilflächiger Innenelektroden 7 (vgl. 5 und 6) ein Piezoaktor 5 mit inaktiven Bereichen resultiert. In Abhängigkeit von der Ausführung der Innenelektroden 7 ist eine entsprechende Elektrodenkontaktierung 9 bereitgestellt. Mit ihrer Hilfe werden die Innenelektroden 7 einzeln und/oder gruppenweise elektronisch angesteuert. Vorzugsweise nimmt die Elektrodenkontaktierung 9 nur wenig Raum ein, um einen Piezoaktor 5 mit nur geringem Platzbedarf zu erhalten. Eine kompakte Elektrodenkontaktierung 9 wird beispielsweise mit Hilfe eines TAB (tape automated bonding)-Leadframe oder einem TAB-Trägerstreifen realisiert. Es ist des Weiteren denkbar, die Innenelektroden 7 durch Bond-Kontakte oder flache Metallisierungen gemäß dem SIPLIT®-Verfahren bereitzustellen, wie es beispielsweise in der WO2003/030247 A2 beschrieben ist.

Zur Herstellung der Verkapselung 1 des Piezoaktors 5 wird zunächst eine elektrische Isolierschicht 10 auf die Oberfläche 20 des Piezoaktors 5 aufgebracht (vgl. 2). Die Isolierschicht 10 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Material. Sie wird bevorzugt auf die Oberflächen 20 des Piezoaktors 5 aufgebracht, die parallel zur Stapelrichtung 30 angeordnet sind. Es ist ebenfalls denkbar, den Piezoaktor 5 vollständig mit Hilfe der Isolierschicht 10 zu ummanteln, sofern bei späterem Betrieb des Piezoaktors mit Verkapselung 1 gewährleistet ist, dass die Dehnung des Piezoaktors 5 annähernd verlustfrei für Stellvorgänge übertragbar ist. Die Isolierschicht 10 wird möglichst dünn hergestellt, um den Platzbedarf des Piezoaktors mit Verkapselung 1 zu minimieren. Des Weiteren gewährleistet eine Isolierschicht 10 kleinstmöglicher Dicke gemessen von der Oberfläche 20, dass sich eine Volumenänderung durch Wärmeausdehnung des Werkstoffs der Isolierschicht 10 und durch Volumenkompression, beispielsweise unter Kraftstoffdruck, nicht negativ auswirkt. Es wird daher eine volumenoptimierte elektrische Isolierschicht 10 bereitgestellt.

Gemäß einer Ausführungsform der Isolierschicht 10 besteht diese aus mindestens einer organischen Beschichtung, die durch einen polymeren oder einen elastomeren Werkstoff erzeugt wird. Eine derartige Beschichtung ist gemäß verschiedener Alternativen mit Hilfe von Lacken, Folien oder durch Pulverbeschichtung realisierbar. Gemäß einer weiteren Alternative besteht die Isolierschicht 10 aus mindestens einem anorganischen Werkstoff oder es wird auf die bereits existierende organische Beschichtung mindestens eine weitere anorganische Beschichtung aufgebracht. Geeignete anorganische Materialien sind Gläser, Keramiken und gesputterte Oxide sowie Nitride.

In Abhängigkeit von ihrer Werkstoff- und Schichtzusammensetzung wird die Isolierschicht 10 mit einem geeigneten Beschichtungsverfahren aufgebracht. Zu diesen gängigen Beschichtungsverfahren zählen das Aufschleudern, bekannte Sprühverfahren, das Laminieren, die Pulverbeschichtung, das Ink-Jet-Verfahren, die chemische Gasphasenabscheidung (CVD = chemical vapour deposition), die physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD = physical vapour deposition), die Epitaxie, der Siebdruck, das Aufsintern, das Aufschmelzen, das Dip-Coating, der Schlickerguss und das Spritzgießen der gewünschten Materialien.

Um den Piezoaktor 5 und die Isolierschicht 10 vor dem Angriff eines umgebenden chemisch aggressiven Mediums zu schützen, wird auf die Isolierschicht 10 eine hermetisch dichte Deckschicht 40 aufgebracht. Diese Deckschicht 40 besteht bevorzugt aus einem oder mehreren metallischen Werkstoffen. Auf diese Weise wird sowohl der chemische Schutz als auch ein Schutz vor mechanischen Belastungen, wie beispielsweise durch Druckschwankungen in einem Kraftstoffreservoir, gewährleistet.

Gemäß einer Ausführungsform wird die unter der Deckschicht 40 befindliche Isolierschicht 10 vollflächig und ohne Strukturierung aufgebracht. Um die mechanische Widerstandsfähigkeit der Deckschicht 40 zu optimieren, wird gemäß einer weiteren Ausführungsform die Isolierschicht 10 mit einer Struktur versehen. Da die Deckschicht 40 direkt auf die Isolierschicht 10 aufgebracht wird, bildet sich die Struktur der Isolierschicht ebenfalls teilweise oder vollständig in der Deckschicht 40 aus.

Eine derart mechanisch stabilisierende Struktur wird durch Einbringen eines Musters regelmäßiger und/oder unregelmäßiger Vertiefungen in die Isolierschicht 10 erzeugt. Dieses Muster hat beispielsweise eine wellenförmige Form, die entlang der Oberfläche 20 gleichmäßig ausgebildet ist oder in ihrer dreidimensionalen Gestalt variiert. Es ist des Weiteren denkbar, ein derartiges Muster zusätzlich oder allein durch eine Wabenstruktur zu erzeugen. Durch diese Strukturierung kann die auf die Isolierschicht 10 formschlüssig aufgebrachte metallische Deckschicht 40 Dehnungen in der Fläche als Biegebelastung aufnehmen. Auf diese Weise werden die mechanischen Belastungen des metallischen Materials der Deckschicht 50 reduziert und können zudem an die spezifischen Materialkennwerte, wie beispielsweise Dehnfähigkeit und Biegewechselfähigkeit, des Materials der Deckschicht 50 angepasst werden. Eine dadurch mögliche Reduzierung der Wandstärke der Deckschicht 40 wirkt sich ebenfalls günstig aus, da die auftretenden mechanischen Biegespannungen bei äußeren mechanischen Belastungen der Verkapselung 1 mit der Wandstärke abnehmen.

Um die Struktur in der Isolierschicht 10 zu erzeugen, wird gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Photolitographie, Laserablation und/oder Prägen verwendet. Diese Verfahren können ebenfalls durch andere geeignete Verfahren ersetzt werden, mit denen eine vorteilhafte Struktur in der Isolierschicht 10 herstellbar ist.

Gemäß eines weiteren Verfahrensschritts wird die bereits oben diskutierte hermetische dichte Deckschicht 40 als metallische Schicht auf die Isolierschicht 10 aufgebracht. Dazu wird ein geeignetes Beschichtungsverfahren zur Abscheidung von Metallen auf elektrisch nicht leitenden Werkstoffen angewandt. Gemäß einer Ausführungsform zählt zu diesen Verfahren der Siebdruck. Gemäß einer weiteren Verfahrensalternative wird zunächst eine Seedlayer oder metallische Keimschicht auf die Isolierschicht 10 aufgesputtert. Danach erfolgt eine galvanische oder stromlose Verstärkung des Seedlayers, so dass eine ausreichend starke metallische Deckschicht 40 entsteht. Gemäß einer weiteren Alternative wird der Piezoaktor 5 mit Isolierschicht 10 in eine niedrig schmelzende Metalllegierung getaucht, um die Deckschicht 40 aufzubringen.

Als Ergebnis liegt ein Piezoaktor 5 mit Verkapselung 1 vor, wie er schematisch und beispielgebend in den 3, 4, 5 und 6 dargestellt ist. 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung parallel zur Stapelrichtung 30 des Piezoaktors 5. Man erkennt die strukturierte Isolierschicht 10, auf die die metallische Deckschicht 40 formschlüssig aufgebracht ist. Die wellenförmige Struktur der Isolierschicht 10 ist beispielgebend mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet. Die 5 und 6 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen des Piezoaktors mit Verkapselung 1. Diese sind jeweils in einer schematischen Schnittdarstellung illustriert, während der Schnitt entlang der Fläche einer Innenelektrode verläuft. 5 zeigt ähnlich wie 4 eine strukturierte Isolierschicht 10, auf die die Deckschicht 40 formschlüssig aufgebracht ist. Des Weiteren sind die Elektrodenkontaktierungen 9 und eine Innenelektrode 7 mit inaktivem Bereich zu erkennen. Die Elektrodenkontaktierung 9 oder Kontaktierungsfahne ist vorzugsweise als galvanische Kupferschicht 8 aufgebracht. Sie wird beispielsweise mit dem oben genannten SIPLIT-Verfahren hergestellt. 6 zeigt eine vollflächig aufgebrachte Isolierschicht 10 ohne Strukturierung. Die Isolierschicht 10 wird hier durch eine Isolierfolie bereitgestellt.

Gemäß einer weiteren Alternative des vorliegenden Herstellungsverfahrens wird auf die Deckschicht 40 eine Außenisolierung aufgebracht. Für die Herstellung der Außenisolierung sind die gleichen Werkstoffe und Verfahren wie zum Erzeugen der Isolierschicht 10 anwendbar. In Anpassung an das umgebende Medium stellt diese Außenisolierung einen zusätzlichen Schutz für den Piezoaktor mit Verkapselung 1 bereit.

Eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für den Piezoaktor mit Verkapselung 1 setzt sich analog dem SIPLIT®-Verfahren für den planaren Aufbau von Leistungshalbleitermodulen folgendermaßen zusammen. Die Isolierschicht 10 wird durch Auflaminieren einer Isolierfolie im Autoklaven hergestellt. Danach erfolgt das Strukturieren der Außenfläche der Isolierschicht 10 mit einem Laser. Nachfolgend wird auf die strukturierte Isolierschicht 10 eine metallische Seedlayer aufgesputtert, die dann mit Hilfe eines galvanischen Verfahrens verstärkt wird. Nachdem diese Beschichtungen auf einen Stapel piezokeramischer Schichten aufgebracht worden ist, wird der Stapel in Teilstücke vereinzelt, die in ihrer Größe später zu nutzenden Piezoaktoren entsprechen. Abschließend werden weiterführende elektrische Anschlüsse aufgebracht und die nicht kontaktierten Seiten des Stapels piezokeramischer Schichten isoliert.

Das vorliegende Herstellungsverfahren liefert somit einen Piezoaktor mit Verkapselung 1, der ohne zusätzliche gehäuseartige umhüllende Struktur nach außen gegen chemische und mechanische Belastungen geschützt ist. Die elektrische Isolierschicht 10 bedeckt die Oberflächen 20 des Piezoaktors 5, die parallel zu seiner Längs- oder Stapelrichtung 30 verlaufen. Diese Isolierschicht 10 wird durch die hermetisch dichte Deckschicht 40 oder Dichtschicht überlagert, so dass die Isolierschicht 10 flächig abgedeckt und geschützt ist. Des Weiteren weist der Piezoaktor mit Verkapselung 1 eine optionale Außenisolierung auf, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren aufgebracht wird.

Basierend auf dieser Konstruktion ist es nicht erforderlich, den Piezoaktor oder Stack zu vergießen, um ihn vor äußeren Belastungen zu schützen. Zudem liefert die vorliegende Erfindung eine kompakte Bauweise mit Hilfe eines prozesssicheren Verfahrens. Durch die Konstruktion der Verkapselung 1 ist ebenfalls eine ausreichende Wärmeableitung gewährleistet, so dass der Piezoaktor 5 nicht negativ durch Wärme beeinflusst wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch eine gezielte Gestaltung der Verkapselung 1 deren Stabilität entsprechend den jeweiligen Anforderungen optimierbar ist. Dies wird beispielsweise durch eine angepasste Materialwahl, entsprechend strukturierte Oberflächen sowie gezielt ausgewählte Dicken der Isolierschicht 10 und Deckschicht 40 gewährleistet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das oben beschriebene Herstellungsverfahren großserientauglich ist. Die Verkapselung 1 stellt des Weiteren eine im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte und genauer definierte elektrische Spannungsfestigkeit und Zuverlässigkeit des Piezoaktors 5 unter chemisch und mechanisch belastenden äußeren Bedingungen sicher. Diese verbesserten Eigenschaften ermöglichen den Einsatz kleinerer Piezoaktoren, eine höhere Lebensdauer und somit eine entsprechende Kosteneinsparung.


Anspruch[de]
Herstellungsverfahren einer Verkapselung (1) eines Piezoaktors (5), so dass der Piezoaktor (5) ohne zusätzliche gehäuseartige umhüllende Struktur nach außen geschützt ist, das die folgenden Schritte aufweist:

a. Aufbringen einer elektrischen Isolierschicht (10) auf eine Oberfläche (20) des Piezoaktors (5), die parallel zu seiner Längs- oder Stapelrichtung (30) verläuft, und

b. Aufbringen einer hermetisch dichten Deckschicht (40) auf die Isolierschicht (10), so dass diese die Isolierschicht (10) flächig bedeckt.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1, in dem die Isolierschicht (10) mindestens eine organische Beschichtung, vorzugsweise eine polymere und/oder elastomere Beschichtung, und/oder mindestens eine anorganische Beschichtung, vorzugsweise Gläser, Keramiken, Oxide und/oder Nitride, aufweist. Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem weiteren Schritt:

Aufbringen der Isolierschicht (10) mit einem geeigneten Beschichtungsverfahren, vorzugsweise mit einem oder einer Kombination aus den Verfahren Aufschleudern, Sprühen, Laminieren, Pulverbeschichten, Ink-Jet, CVD, PVD, Epitaxie, Siebdruck, Auf sintern, Aufschmelzen, Tauchen und Spritzgießen.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem weiteren Schritt:

Strukturieren der Isolierschicht (10) derart, dass eine mechanische Widerstandsfähigkeit der Deckschicht (40) steigt.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 4, mit dem weiteren Schritt:

Einbringen eines Musters regelmäßiger und/oder unregelmäßiger Vertiefungen in die Isolierschicht (10), vorzugsweise Wellen und/oder eine Wabenstruktur.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, mit dem weiteren Schritt:

Strukturieren der Isolierschicht (10) mittels Photolithographie, Laserablation und/oder Prägen.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem weiteren Schritt:

Aufbringen der hermetisch dichten Deckschicht (40) als metallische Schicht mit geeigneten Beschichtungsverfahren zur Abscheidung von Metallen auf elektrisch nicht leitenden Oberflächen.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 7, mit dem weiteren Schritt:

Aufbringen der metallischen Schicht (40) mittels Siebdruck oder Sputtern eines Seedlayers und nachfolgender galvanischer Verstärkung des Seedlayers oder Tauchen in eine niedrigschmelzende Metalllegierung.
Herstellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem weiteren Schritt:

Aufbringen einer Außenisolierung auf die Deckschicht (40) mit einem geeigneten Beschichtungsverfahren, vorzugsweise mit einem oder einer Kombination aus den Verfahren Aufschleudern, Sprühen, Laminieren, Pulverbeschichten, Ink-Jet, CVD, PVD, Epitaxie, Siebdruck, Auf sintern, Aufschmelzen, Tauchen und Spritzgießen.
Piezoaktor (5) mit Verkapselung (1), insbesondere ein Vielschichtaktor, so dass der Piezoaktor (5) ohne zusätzliche gehäuseartige umhüllende Struktur nach außen geschützt ist, der die folgenden Merkmale aufweist:

a. einen Piezoaktor (5),

b. eine elektrische Isolierschicht (10) auf einer Oberfläche (20) des Piezoaktors (5), die parallel zu seiner Längs- oder Stapelrichtung (30) verläuft, und

c. eine hermetisch dichte Deckschicht (40) auf der Isolierschicht (10), so dass diese die Isolierschicht (10) flächig bedeckt.
Piezoaktor (5) mit Verkapselung (1) gemäß Anspruch 10, der eine Außenisolierung auf der hermetisch dichten Deckschicht (40) aufweist.






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