(57)【要約】【０００５】  本発明は、１つの多層デバイス（１）の少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）を充填材で充填する方法を提供する。この方法は、第１のステップに、この多層デバイス（１）の１つの基体（２）を準備するステップを含み、ここでこの基体（２）は少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）を備える。これに続くステップにおいて、この方法はチャンバ（１１）に基体（２）を配置するステップと、これに続いて負圧である第１の圧力を生成するステップとを含む。続いて基体（２）は充填材（９）の中に配設される。さらに本発明は多層デバイス（１）を提供する。この多層デバイス（１）は、少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）を有する基体（２）を備え、この空洞部（５ａ，５ｂ）は、２００ｍＰａｓ〜２０００ｍＰａｓの粘性を有する充填材（９）で充填されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層デバイス（１）の少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）を充填材（９）で充填する方法であって、
当該多層デバイス（１）の、少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）を備える基体（２）を準備するステップと、
前記基体（２）をチャンバ（１１）に配置するステップと、
負圧である第１の圧力を生成するステップと、
前記基体（２）に前記充填材（９）を配設するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記基体（２）を前記充填材（９）の中に配設した後に、前記チャンバ（１１）における圧力を第２の圧力まで上昇させることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
前記チャンバ（１１）における圧力の上昇は、前記チャンバの通気によって行われることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の方法において、
前記第２の圧力は、過圧であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の方法において、
前記チャンバ（１１）における圧力の上昇によって、前記充填材（９）が前記少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）の中に押し込まれることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法において、
前記充填材（９）は、２００ｍＰａｓ〜２０００ｍＰａｓの粘性を有することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法において、
前記充填材（９）を硬化するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法において、
前記少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）は、エッチング処理によって生成されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法において、
前記少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）は、１μｍ〜５μｍの幅を有することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法において、
前記基体（２）は、少なくとも１つの内部電極層（２０ａ，２０ｂ）を備え、
前記少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）は、１つの平面で、前記少なくとも１つの内部電極層（２０ａ，２０ｂ）と共に配設されていることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法において、
前記基体（２）は、少なくとも１つの外部接続部（３ａ，３ｂ）を備え、当該外部接続部は、前記基体の１つの外側面（６ａ，６ｂ）上に配設されており、前記少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）を少なくとも部分的に覆っていることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法において、
１つのカバープレート（１７）が、前記少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）の上に配設されていることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
前記カバープレート（１７）は、前記外部接続部（３ａ，３ｂ）と共に、前記基体（２）の外側面（６ａ，６ｂ）の連続した領域を覆っており、
前記カバープレート（１７）は、前記外部接続部（３ａ，３ｂ）に隣接した領域において、前記外部接続部によって連続して覆われた、前記外側面（６ａ，６ｂ）の領域の幅（１９）よりも大きい幅（１８）を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）を有する１つの基体（２）を備える多層デバイスであって、
前記空洞部（５ａ，５ｂ）は、２００ｍＰａｓ〜２０００ｍＰａｓの粘性を有する充填材（９）で充填されていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の多層デバイスにおいて、
前記少なくとも１つの空洞部（５ａ，５ｂ）は、１μｍ〜５μｍの幅を有することを特徴とする多層デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの多層デバイスの少なくとも１つの空洞部を充填材で充填する方法および多層デバイスに関する。たとえばこのデバイスは、自動車における噴射バルブの駆動に使用することができるピエゾアクチュエータである。代替として、この多層デバイスは、たとえば多層コンデンサであってよい。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２，３には、多層デバイスにおける絶縁ゾーン（Isolationszonen）の形成のための電気化学的エッチング方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許公開公報第１０２００６００1６５６Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許第４４１０５０４Ｂ４号明細書
【特許文献３】独国特許公開公報第１０２００７００４８１３Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、多層デバイスの空洞部（Kavitat）を充填材で充填するための改善された方法および改善された特性を有する多層デバイスを提供することである。
【０００５】
本発明は、多層デバイスの少なくとも１つの空洞部を充填材で充填する方法を提供する。この方法は、第１のステップに、この多層デバイスの１つの基体の準備を含み、ここでこの基体は少なくとも１つの空洞部を備える。これに続くステップにおいては、チャンバへの上記の基体の設置が行われる。これに続いてこのチャンバに第１の圧力が生成されるが、この第１の圧力は負圧である。
続いてこの基体に充填材が配設される。
【０００６】
好ましくはこの基体は、まずこの基体が既にこのチャンバに存在している充填材と接触しないようにこのチャンバ内に配置される。
【０００７】
好ましくは少なくとも１つの空洞部から空気が取り除かれ、特にこの空気の大部分が取り除かれて、後の絶縁材料における気泡の形成の虞が低減される。
【０００８】
この絶縁材料は、できるかぎり少ない気泡を含むことが好ましい。このようにして、たとえば上記の基体の１つの内部電極層と、この基体上に配設された外部接続部との間の電気的絶縁破壊の虞を低減することができる。
【０００９】
上記の基体は誘電体層（複数）と内部電極層（複数）とからなる積層体を有してよい。たとえば、誘電体層および内部電極層が積層方向に沿って積層される。この積層方向は、好ましくは基体の長手方向に対応する。好ましくは、誘電体層および内部電極層は交互に重ねられて積層される。
【００１０】
１つの実施形態においては、上記の基体は第１の内部電極層（複数）および第２の内部電極層（複数）を備え、これらの内部電極層は積層方向で見て交互に重ねられて配列されている。これらの第１の内部電極層は、１つの第１の外側面まで延伸しており、またこれらの第２の内部電極層は、１つの第２の外側面まで延伸している。この第１の外側面と第２の外側面はたとえば反対側にある。
【００１１】
上記の誘電体層（複数）は、圧電材料、たとえばセラミック材料を含んでよい。上記の基体の製造には、グリーンシート（複数）が用いられてよく、これらのグリーンシート上に内部電極層を形成するために、たとえば金属ペーストが塗布される。たとえばこの金属ペーストは、シルクスクリーン印刷処理で塗布される。この金属ペーストは銅を含んでよい。これからたとえば、主成分として銅を含有する内部電極層が形成される。代替として、この金属ペーストは、銀パラジウムを含んでよく、これから銀パラジウムを主成分として含有する内部電極層が形成される。この金属ペーストを塗布した後、好ましくはこのグリーンシートは積層され、押圧されてまとめて焼結され、モノリシック焼結体が生成される。好ましくは、デバイスの基体はモノリシック焼結体から形成され、たとえば上記のように製造された焼結体から形成される。
【００１２】
上記の基体の少なくとも１つの空洞部は、たとえば溝（複数）として形成されていてよい。これらの空洞部、具体的には溝は、それぞれ１つの内部電極層毎に１つの平面上に配設されていてよい。とりわけこの空洞部は、上記の基体の１つの内部電極層と１つの外側面との間に配設されていてよい。好ましくはこの空洞部、具体的には溝は、上記の基体の１つの外側面まで達していてよい。このようにしてこれらの空洞部は、少なくとも部分的にこの外側面から到達可能である。特に、１つの外部接続部によって覆われていない領域においてこの外側面から、これらの空洞部が到達可能であってよい。
【００１３】
上記の基体は好ましくは複数の空洞部、具体的には溝（複数）を備える。第１および第２の内部電極層が交互に第１および第２の外側面まで達している場合は、たとえばこの基体の全ての第１の内部電極層とこの第１の外側面との間に１つの空洞部が配設される。この基体の反対側にある第２の外側面上で、この基体の全ての第２の内部電極層とこの第２の外側面との間に１つの空洞部が配設されていてよい。以上のようにして上記の第１の内部電極層および第２の内部電極層は、交互に、この基体の１つの第１の外側面および１つの第２の外側面から離間していてよい。
【００１４】
上記の空洞部は、たとえばエッチング処理によって生成される。たとえば上記の基体はこの空洞部のエッチングのためにエッチング媒体中に配置されてよく、この際電極を用いて上記の内部電極層間に電圧が印加される。電圧を印加することにより、この電極の一部がエッチング除去され、上記の基体の内部電極層と１つの外側面との間に空洞部が生成する。
【００１５】
１つの空洞部は、たとえば１μｍ〜５μｍの幅を有する。この空洞部の幅は、好ましくは上記の基体の積層方向に沿った空洞部の拡がりに対応している。この小さな幅のため、これらの空洞部は充填することが困難である。特に高い粘性を有する材料は、殆どこれらの空洞部に充填されない。さらにこの空洞部は、８０μｍ〜１２０μｍの深さを有する。加えてこの空洞部は３ｍｍ〜４ｍｍの長さを有する。この長さは、好ましくは、この基体の積層方向に垂直な方向の、この空洞部の拡がりに対応している。
【００１６】
これらの空洞部は、ミクロン領域の寸法を有しているので、ミクロン構造空洞体（mikrostrukturierten Hohlraumen）とも呼ばれている。
【００１７】
上記の充填材料はたとえば絶縁材料である。たとえばこの絶縁材料は、２００ｍＰａｓ〜２０００ｍＰａｓの粘性を有する。１つの好ましい実施形態によれば、この絶縁材料は、３００ｍＰａｓ〜５００ｍＰａｓの粘性を有する。この絶縁材料は、たとえばシリコーンエラストマーまたはポリアミドであり、あるいはシリコーンエラストマーまたはポリアミド成分を含む。たとえばこの絶縁材料は埋め込み用樹脂（Vergussmasse）である。この絶縁材料は、好ましくは硬化時に僅かに収縮する特性を備えている。さらにこの絶縁材料は、好ましくは小さな蒸気圧を有し、したがって負圧が生成された際にこの絶縁材料は蒸発することがない。さらにこの絶縁材料は、上記の溝を詰まらせる可能性のある充填剤を全く含んでいない。さらにこの絶縁材料は、降伏点（Fliesgrenze）を全く有していないか、あるいは極めて小さな降伏点を有している。この降伏点は物質は変形したままとなるように加えられる力を表すものである。
【００１８】
上記の空洞部（複数）を絶縁材料で充填することによって、外部接続部から内部電極層を高い信頼性で絶縁することができる絶縁ゾーンを形成することができる。
【００１９】
電気的な絶縁破壊耐性を高めるために特に上記の内部電極間に電圧を印加する際の、内部電極と外部接続部との間の電気的絶縁破壊をさけるために、これらの空洞部は、絶縁材料で充填されてよい。
【００２０】
１つの実施形態によれば、上記の基体上には、既にこの基体を上記のチャンバに配置する前に、少なくとも１つの外部接続部が配設されている。たとえばこの外部接続部は、少なくともこの基体の１つの空洞部を少なくとも部分的に覆っている。たとえばこの外部接続部は、銀−パラジウムまたは銅または銀を含み、あるいは銀−パラジウムまたは銅または銀から成っている。この外部接続部は、たとえば外側面上に帯状に取り付けられている。たとえばこの外部接続部は、シルクスクリーン印刷によって取り付けられている。特にこの外部接続部は焼き付けられてよい。好ましくは、この基体の反対側にある２つの外側面のそれぞれに、１つの外部接続部が配設される。この外部接続部は、この基体の１つの外側面上の少なくとも１つの空洞部を部分的に覆ってよい。好ましくはこの外部接続部は、この基体の上記の少なくとも１つの空洞部を、この空洞部が尚も外部から到達可能であるように、特にこの基体の外側面を介して到達可能であるように、覆っている。
【００２１】
本発明による方法は、１つの取り付けられた外部接続部の下側の空洞部を絶縁材料で充填するのに特に適している。この方法は、上記の外部接続部の焼き付けの際に損傷され得る絶縁材料も用いることができるという利点を有する。
【００２２】
１つの代替の方法によれば、上記の外部接続部は、上記の空洞部を絶縁材料で充填して後に取り付けられてもよい。
【００２３】
この外部接続部には、好ましくは１つの接続部材が配設される。この接続部材は、好ましくは上記の多層デバイスの延長接続部（Weiterkontaktierung）に用いられる。この接続部材は、たとえば１つの接続ワイヤであってよい。追加あるいは代替として、この接続部材は、上記の外部接続部に配設される補強部材であってよく、たとえばメッシュ組織（Siebgewebe）またはハープ状ワイヤ（Drahtharfe）であってよい。この接続部材は、たとえば上記の外部接続部とはんだ付けされている。この接続ワイヤは、たとえば上記の外部接続部または上記の補強部材に配設されてよい。
【００２４】
上記の外部接続部は、たとえばこの外部接続部の長手方向に延伸するスリット（Spalt）を備えてよい。このスリットによって、上記の基体の外側面に追加的な開口部が生成され、この開口部を通って上記の絶縁材料がこの外部接続部の下で上記の空洞部に流れ込むことができる。
【００２５】
少なくとも１つの空洞部を絶縁材料で充填するために、たとえば既に上記の基体を上記のチャンバに設置する際に、絶縁材料がこのチャンバに配設されていてよい。代替として、この絶縁材料は、後の工程で初めてこのチャンバに投入されてよい。
【００２６】
このチャンバへの基体の設置は、固定治具（Einspannvorrichtung）を用いて行うことができる。この固定治具は、たとえばクランプである。上記の基体は、この基体の上面および下面が覆われるように、この固定治具に固定されてよい。追加的に、上記の多層デバイスの延長接続部のために設けられている領域も覆われてよい。たとえば上記の外部接続部への延長接続部のために取り付けられているメッシュ（Siebgeflecht）が覆われてよい。以上により、この多層デバイスの接続が高い信頼性で行われることが保証される。特にこの電気的接続は、この延長接続部に場合により付着する絶縁材料によって影響されない。
【００２７】
１つの実施形態によれば、上記の基体は、１つのスリーブ（Hulse）内に配設されていてよい。この基体は、このスリーブと一緒に上記の固定治具に固定されて、上記のチャンバに設置されてよい。このスリーブは、たとえばデバイスでの少なくとも１つの空洞部を絶縁材料で充填した後にも残っていてよい。このスリーブは、たとえば後のこの多層デバイスの使用の際でのこの多層デバイスの保護、たとえば汚れまたは機械的な影響に対する保護に用いることができる。
【００２８】
本発明による方法の１つの実施形態によれば、上記の基体のチャンバへの設置して第１の圧力、具体的には負圧を生成した後に、この基体を、既にこのチャンバ内に存在している絶縁材料の中に浸漬される。代替としてこのチャンバは、完全に絶縁材料で充填される。代替として、上記の基体を配設することができる１つのスリーブのみが絶縁材料で充填されてよく、たとえば注入チューブ（Sonde）を用いて充填される。このスリーブ内に充填された絶縁材料は、このスリーブ内への充填処理の後に残っていて、硬化されてもよい。特にこのスリーブ内にある絶縁材料は、硬化の後にこの基体を包囲し、パッシベーション材として用いられてよい。
【００２９】
１つの好ましい実施形態によれば、少なくとも、上記の溝に外部から到達できる上記の基体の領域が、絶縁材料によって覆われるように、この基体は絶縁材料と接触される。
【００３０】
これに続く方法ステップにおいて、上記のチャンバにおける圧力は第２の圧力に上昇される。たとえばこの圧力は、このチャンバの通気によって上昇される。１つの実施形態によれば、このチャンバにおける圧力は、通常の大気圧まで上昇される。このチャンバは、たとえば弁を介して通気と排気を行うことができる。このチャンバに通気した後、この圧力はさらに上昇されてもよい。とりわけ過圧が印加されてよい。とりわけ上記の絶縁材料には、この第２の圧力が与えられる。
【００３１】
代替として上記のチャンバにおける圧力は、このチャンバの少なくとも１つの外壁の変形によって生成されてよい。この際このチャンバは、好ましくは完全に絶縁材料で充填されている。このチャンバは力の印加、たとえばプレスを用いて変形させることができる。このような変形は、内部空間の体積を減少するように作用する。この絶縁材料は、ほぼ非圧縮性であるため、以上によりこの絶縁材料の圧力は上昇される。
【００３２】
このように圧力を上昇することによって、上記の絶縁材料は、上記の基体の少なくとも１つの空洞部の中に押し込められる。
【００３３】
本発明の方法の１つの実施形態によれば、上記の基体の少なくとも１つの空洞部の上に、とりわけこの空洞部の外部から到達できる部分の上に、カバープレート（Blende）が配設されてよい。
【００３４】
好ましくは、上記のカバープレートが配設されている領域には、絶縁材料が直接この空洞部の中に全く流入しない。この絶縁材料は、好ましくは、このカバープレートまたは上記の外部接続部に覆われていない空洞部の領域の上にのみ流入する。
【００３５】
このカバープレートは、好ましくは、このカバープレートが上記の外部接続部と一緒に上記の基体の外側面上の連続した領域を覆っている。特にこのカバープレートは、少なくとも１つの空洞部の１つの領域を覆っており、このカバープレートがこの１つの領域において外側からもはや直接到達できないようになっている。好ましくはこのカバープレートは、この基体の外側面上の、上記の外部接続部に隣接する１つの領域を覆っており、この領域の幅は、この外部接続部によって連続して覆われている領域の幅よりも大きい。このカバープレートおよび外部接続部によって覆われている領域の幅は、好ましくはこの基体の積層方向に対して垂直な方向の、この領域の拡がりに対応している。連続して覆われた領域は、たとえばこの基体外側面上の１つの領域であり、この領域においては少なくとも１つの空洞部は、外側から到達できない。とりわけこの覆われた領域においては、それを通って少なくとも１つの空洞部に材料が流入することが可能な開口部が全く存在しない。
【００３６】
上記の絶縁材料は、たとえば少なくとも２つの入口開口部（Eintrittsoffnungen）を通って上記の外部接続部の下側の領域に流入する。これらの入口開口部は、たとえば上記の連続して覆われた領域の端部に接してよい。好ましくはこの絶縁材料の流入は、この外部接続部の下で、かつ上記のカバープレートの下で対称的に行われる。すなわちこの絶縁材料は、これらの入口開口部を通って上記の外部接続部の側およびこのカバープレートの側から、同じ速度で溝の中に流れ込み、この絶縁材料の材料流（複数）は、上記の覆われた領域の中央部で出会うことができる。上記の外部接続部に隣接する領域でのこのカバープレートの幅がこの外部接続部の幅よりも大きいと、上記の覆われた領域の中央部は、この外部接続部の下側に無いことになる。
【００３７】
空洞部内にある空気は、たとえば１つの空洞部への上記の絶縁材料の流入の際に、上記の材料流によって押し出される。これによって空気の閉じ込め、具体的には気泡が生じ、とりわけこの絶縁材料の材料流が互いに出会う領域で生じる。以上で説明したカバープレートの構成によって、上記の外部接続部の下側の領域において気泡が生じることが避けられる。これによって１つの内部電極層と上記の外部接続部との間の電気的絶縁破壊の虞が低減される。
【００３８】
好ましくは上記の空洞部（複数）に絶縁材料を充填する前に負圧を印加することによって、空気、具体的にはこの空気の大部分が、これらの空洞部から除去され、上記の絶縁材料の材料流が出会う際に、これらの空洞部において気泡が全く生成され得ないようになる。それでもなお気泡（複数）が生成する場合には、上記で説明したように、この絶縁材料の材料流が出会う場所のカバープレートによって、場合により生成する気泡が好ましくこの外部接続部の下側の領域に現れないように移動することができる。こうしてこれらの気泡は、この外部接続部と内部電極層との間の電気的な絶縁破壊が全く起こり得ない、あまり重要でない領域に存在することになる。
【００３９】
追加的にこのカバープレートは、上記の外部接続部の上にも配設されてよく、このカバープレートによって少なくともこの外部接続部の一部が覆われるようになってよい。追加的にこのカバープレートによって、上記の接続部材の少なくとも一部、具体的には上記の補強部材の一部が覆われてよい。以上により少なくともこの覆われた領域においては、この外部接続部上または上記の接続部材上に、この絶縁材料がほぼ全く堆積しないようにすることができる。
こうして多層デバイスの信頼性の高い接続が実現される。
【００４０】
これに続く１つのステップにおいて、こうして形成された多層デバイスは上記のチャンバから取り出されてよい。このチャンバが過圧状態になっている場合、上記の多層デバイスをこのチャンバから取り出す前に、好ましくは圧力平衡が行われる。
【００４１】
これに続いて上記の絶縁材料が硬化されてよい。
【００４２】
上記の溝（複数）を信頼性良く充填するために必要な、上記の第１および第２の圧力との圧力差は、ストークスの法則およびハーゲン−ポアズイユの法則によって計算することができる。
【００４３】
具体的には、直管での層流の管流における圧力低下を計算することができる。
ここでこの管は、上記の基体の外部接続部の下にある空洞部の等価モデル（Ersatzmodell）として用いることができる。
【００４４】
このためのモデルとして小さな寸法の管の灌流（Durchstromung）が適用される。このモデルは、流体力学における標準的な例に対応している。この際スリットにおける流れの振る舞いは、適用される管のモデルよりも穏やかであるとみなされる。さらに、管またはスリットの充填の際、同様な管またはスリットの灌流におけるよりも穏やかな条件となっている。以上より実際の場合には、上記の計算モデルより穏やかである。実際には、必要な圧力差は以下の計算におけるものより小さい。
【００４５】
この計算モデルでは、以下のパラメータが固定されている。
【００４６】
管の半径ｒ0＝１μｍ；
管の長さｌ＝１ｍｍ；
動粘性係数η＝４００ｍＰａｓ；
平均的流速Ｖｍｉｔ＝１０μｍ／ｓ。
【００４７】
これらのパラメータは、幅２μｍの空洞部および幅２ｍｍの外部接続部を有する基体と同等な条件を表す筈である。このモデルは、上記の外部接続部の下の領域が近似的に管とみなされ得ることで可能となる。
【００４８】
以下の式
Ｖｍｉｔ＝（Ｐ2−Ｐ1）＊ｒ02／（８ηｌ）
から、必要な圧力差は以下のようになる。
【００４９】
（Ｐ2−Ｐ1）＝Ｖｍｉｔ（８ηｌ）／ｒ02＝１０-5＊（８＊０．４＊１０-3）／（１０-6）2＝３．２＊１０4Ｎ／ｍ2＝３２０ｍｂａｒ
ここでＰ１は上記の第１の圧力に対応し、Ｐ２は上記の第２の圧力に対応する。
【００５０】
さらに本発明は多層デバイスを提供する。この多層デバイスは、少なくとも１つの空洞部を有する基体を備え、この空洞部は、２００ｍＰａｓ〜２０００ｍＰａｓの粘性を有する充填材で充填されている。好ましくは、この充填材料は、３００ｍＰａｓ〜５００ｍＰａｓの粘性を有する。好ましくはこの空洞部は、上記の基体の外側面まで延伸している。
【００５１】
この充填材料は、たとえば上記の絶縁材料である。
【００５２】
この空洞部は、好ましくは１μｍ〜５μｍの幅を有する。さらにこの空洞部は、８０μｍ〜１２０μｍの深さを有する。加えてこの空洞部は３ｍｍ〜４ｍｍの長さを有する。
【００５３】
好ましくはこの多層デバイスは、上記の方法によって製造され、上記の方法に関連して説明した多層デバイスのすべての機能的および構造的特性を備えてよい。
【００５４】
以下に多層デバイスの製造方法およびこの多層デバイスを、概略的かつ寸法が正確でない図を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】１つの多層デバイスの長手方向断面図である。
【図２】図１の多層デバイスの断面図である。
【図３Ａ】多層デバイスの空洞部（複数）を充填材で充填するための方法での進行状況を示す。
【図３Ｂ】多層デバイスの空洞部を充填材で充填するための１つの方法での進行状況を示す。
【図４Ａ】多層デバイスの空洞部（複数）を充填材で充填するための１つの代替方法での進行状況を示す。
【図４Ｂ】多層デバイスの空洞部（複数）を充填材で充填するための１つの代替方法での進行状況を示す。
【図４Ｃ】多層デバイスの空洞部（複数）を充填材で充填するための１つの代替方法での進行状況を示す。
【図５Ａ】多層デバイスの空洞部（複数）を充填材で充填するためのさらにもう１つの代替方法での進行状況を示す。
【図５Ｂ】多層デバイスの空洞部（複数）を充填材で充填するためのさらにもう１つの代替方法での進行状況を示す。
【図６】別の１つの多層デバイスの断面図である。
【図７】図６に示す多層デバイスの断面図を、この多層デバイス上に配設されたカバープレートと共に示す。
【００５６】
図１は、多層デバイス１の断面図を示す。たとえばこの多層デバイス１は、圧電アクチュエータまたは多層コンデンサである。この多層デバイスは、その上に配設された外部接続部３ａ，３ｂを有する基体２を備える。この基体は、たとえば圧電層（複数）２３およびこれらの間に配設された内部電極層（複数）２０ａ，２０ｂからなる積層体である。
【００５７】
さらにこの基体は、第１および第２の空洞部（複数）５ａ，５ｂ、具体的には第１および第２の溝（複数）を備える。具体的には、これらの空洞部５ａ，５ｂは２つの対向している外側面６ａ，６ｂに配設されている。これらの空洞部５ａ，５ｂは、たとえばエッチング処理によって生成されている。たとえばこれらの空洞部５ａ，５ｂは、１μｍ〜５μｍの幅２２、８０μｍ〜１２０μｍの深さ７、そして２ｍｍ〜１０ｍｍの長さ８を有する（図２も参照）。
【００５８】
これらの第１および第２の空洞部５ａ，５ｂは、たとえば１つの平面に、上記の基体２の第１および第２の内部電極層２０ａ，２０ｂと共に配設されている。具体的には、これらの空洞部５ａ，５ｂは、それぞれ上記の基体２の１つの外側面６ａ，６ｂと第１および第２の内部電極層２０ａ，２０ｂとの間に配設されている。これらの空洞部によって、これらの内部電極層は、１つの外側面６ａ，６ｂから離間されている。第１の空洞部（複数）５ａは、１つの第２の外側面６ａに向かって開口しており、また第２の空洞部（複数）５ｂは、１つの第２の外側面６ｂに向かって開口している。これらの外側面６ａ，６ｂ上に配設された外部接続部３ａ，３ｂは、たとえば図２に示すように、空洞部５ａ，５ｂを部分的にのみ覆っている。具体的には、これらの空洞部５ａ，５ｂは、それぞれの外側面６ａ，６ｂから到達可能であり、また以下の説明するように、充填剤、具体的には絶縁材料によって充填されている。
【００５９】
適合した絶縁材料は、たとえば４００ｍＰａｓの粘性を有するシリコーンエラストマーである。
第２の空洞部５ｂを充填材で充填することによって、第１の電極層２０ａは、第２の外部接続部３ｂから信頼性良く絶縁することができる。このようにしてこの外部接続部３ｂと１つの内部電極層２０ａとの間の電気的絶縁破壊を避けることができる。同様にして、１つの第２の内部電極層２０ｂは、第１の外部接続部３ａから絶縁されていてよい。
【００６０】
さらに、あるいは代替として、空洞部５ａ，５ｂは、破断予定領域として機能する。たとえば充填材で充填された空洞部５ａ，５ｂは、破壊耐性の低い領域を形成し、この領域は多層デバイス１への電圧の印加の際に破壊され得る。
【００６１】
上記の外部接続部３ａ，３ｂは、それぞれ上記の基体２の反対側にある外側面６ａ，６ｂ上に配設されている。これらの外部接続部３ａ，３ｂは、たとえば１つの金属を含有する材料を含んでいる。たとえばこれらの外部接続部３ａ，３ｂは、銀−パラジウムまたは銅または銀を含み、あるいは銀−パラジウムまたは銅または銀から成っている。これらの外部接続部３ａ，３ｂは、たとえばシルクスクリーン印刷を用いて塗布され、続いて焼成される。たとえばこれらの外部接続部３ａ，３ｂは、帯状に形成されている。具体的にはこれらの外部接続部３ａ，３ｂは、上記の空洞部５ａ，５ｂが配設されている外側面６ａ，６ｂに配設されている。これらの外部接続部３ａ，３ｂは、これらの空洞部５ａ，５ｂを少なくとも部分的に覆っている。これらの外部接続部３ａ，３ｂには、それぞれ１つの接続部材４が配設されている。この接続部材４は、たとえば上記の外部接続部３とはんだ付けされている。この接続部材４は、たとえば１つの接続ワイヤであってよい。追加的に、この接続部材４は、１つの補強部材を備えてよく、たとえばメッシュ組織（Siebgewebe）またはハープ状ワイヤ（Drahtharfe）であってよい。
【００６２】
空洞部５ａ，５ｂは、以下に説明するように、充填材で充填される。
【００６３】
図２は、図１の多層デバイス１の断面図を上面図で示す。この図では、外部接続部３ａ，３ｂが空洞部５ａ，５ｂの上に、これらの空洞部５ａ，５ｂの一部を覆うように配設されている。具体的には、これらの外部接続部３ａ，３ｂは帯状に形成されており、上記の多層デバイス１の前幅に渡っては延在していない。しかしこれらの空洞部５ａ，５ｂは、ほぼ完全にこの多層デバイス１の全幅に渡って延在しており、これらの空洞部５ａ，５ｂは、なお常に１つの外側面６ａ，６ｂを介して到達可能である。特にこれらの空洞部５ａ，５ｂは、これらの外側面６ａ，６ｂを介して充填材で充填することができる。
【００６４】
これらの外部接続部３ａ，３ｂ上には、それぞれメッシュを有する１つの接続部材４が配設されている。
【００６５】
図２には、充填材の材料流が、矢印１０ａ，１０ｂで示されている。
【００６６】
図３Ａおよび３Ｂは、図１および２に示すような多層デバイスの空洞部５ａ，５ｂを充填材９で充填するための方法の進行状況を概略的に示す。この充填材料は、たとえば２００ｍＰａｓ〜２０００ｍＰａｓの粘性を有する。たとえばこの充填材料は、３００ｍＰａｓ〜５００ｍＰａｓの粘性を有する。このような粘性を有する充填材９は、上記のような寸法を有する空洞部５ａ，５ｂの中に自動的に流入しない。このような充填材９は、たとえば溶剤で薄められて、より小さな粘性となるようにすることができる。しかしながらこのような溶剤の使用は、硬化の際のこの溶剤の蒸発の結果、充填材９での気泡の生成の原因となり得る。本発明による方法によれば、この充填材９は、以下に説明するように、溶剤を用いることを要せずに、上記の空洞部の中に充填することができる。
【００６７】
まずこの多層デバイス１は、空洞部を充填材９で充填するために、チャンバ１１に配置される。１つの外側面６ａまで延伸する空洞部（複数）５ａは、簡単のため図３Ａおよび３Ｂでは、点線で示されている。これ以降の図では見えていないが、反対側の外側面６ｂ上に、同様に空洞部５ｂが存在している。たとえばこの多層デバイス１は、図１に示すように形成されている。このチャンバ１１には、充填材９が存在している。この多層デバイス１は、まずこのチャンバ１１に、図３Ａに示すように、充填材９と接触しないように配置される。たとえばこの多層デバイス１は、固定治具１５で固定される。
【００６８】
この多層デバイス１をチャンバ１１に配置した後、たとえば第１の圧力、具体的には負圧が生成される。たとえば真空が生成されてよい。たとえばこの第１の圧力は、０ｍｂａｒ〜３００ｍｂａｒである。好ましくはこの第１の圧力は、５ｍｂａｒ〜２０ｍｂａｒである。この圧力は、特に上記の充填材９の蒸気圧に合わせられていてよい。これによって、この充填材９の蒸発を防ぐことができる。後に充填材の中に気泡が生成することを避けるために、チャンバ１１に負圧を生成することによって、たとえば上記の空洞部５ａ，５ｂから空気を除去することができる。
【００６９】
図３Ｂには、上記の第１の圧力を印加した後に、多層デバイス１が充填材９に浸漬され、上記の空洞部５ａ，５ｂの露出している部位が完全に充填材で覆われていることが示されている。
【００７０】
続いてこのチャンバ１１では、上記の圧力が第２の圧力まで上昇される。このためこのチャンバ１１には、たとえばこのチャンバ１１の蓋に、バルブ２１が配設されている。具体的には、この充填材９には圧力が加えられる。これは、たとえばこのチャンバ１１が通気されるかあるいは過圧が生成されることによる。たとえば、このチャンバ１１の圧力は、上記の第１の圧力に対して３００ｍｂａｒ〜２０００ｍｂａｒ上昇される。好ましくは、このチャンバ１１の圧力は、９００ｍｂａｒ〜１１００ｍｂａｒに上昇される。たとえば上記の第２の圧力は、通常の大気圧に対応する。この圧力の上昇によって、上記の充填材９は、上記の多層デバイス１の空洞部５ａ，５ｂの中に流入することができる。特にこの充填材９は、これらの空洞部５ａ，５ｂの中に押し込まれる。特に、この充填材９は、１つの外部接続部３ａ，３ｂによって覆われているこれらの空洞部５ａ，５ｂの領域内にも押し込まれる。この充填材のこれらの空洞部への流れは、図２に矢印１０ａ，１０ｂで示されている。特に、比較的高い粘性を有する充填材９は、薄め剤を用いることを必要とせず、これらの空洞部５ａ，５ｂの中に流入することができる。これによって、溶剤を含む充填材の硬化の際に生成し得る、充填材中の空洞を防ぐことができる。この充填材のこれらの空洞部への流れは、これらの図では矢印１０で示されている。
【００７１】
続いてこの多層デバイスは、チャンバ１１から取り出される。たとえば加熱によって充填材９が硬化した後、この多層デバイス１は、さらに加工されてよい。
【００７２】
図４Ａ，４Ｂ，および４Ｃは、図１または２に示すような多層デバイスの空洞部５ａ，５ｂを充填材９で充填するための代替の方法の進行状況を概略的に示す。まずこの多層デバイスは、図３Ａに関連して上記で説明したように、ステップ４Ａでチャンバ１１に設置される。このチャンバ１１は、充填材９で部分的に満たされている。続いて、上記で説明したように、第１の圧力、具体的には負圧がこのチャンバ１１に生成される。
【００７３】
続く図４Ｂにおいて、この基体２は、図３Ｂのように、充填材に浸漬され、この基体の空洞部５ａ，５ｂは、充填材９で覆われる。続いて、図４Ｃに示すように、チャンバ１１が通気され、さらに、好ましくはこのチャンバ１１が完全に満たされるまで、充填材９で充填される。続いてこのチャンバ１１は封止される。続いてこのチャンバ１１は、力を印加することによって、たとえばプレスによって変形される。この力の印加は、図４Ｃにおいては矢印１３で示されている。このチャンバ１１の変形によって、充填材９への圧力が上昇される。これによって図３Ｂに記載された方法ステップと同様に、充填材９が空洞部５ａ，５ｂの中に押し込まれる。プレスによってこの充填材に大きな圧力を与えることができるので、この方法は、とりわけ高粘性の充填材に適している。
【００７４】
図５Ａおよび５Ｂは、図１または２に示したものと同様に、多層デバイスの空洞部５を充填するためのもう１つの代替の方法の進行状況を概略的に示す。この多層デバイス１は、まずスリーブ１４の中に配置される。続いてこの多層デバイスは、このスリーブ１４と共にチャンバ１１に配設される。このためこのスリーブ１４は、固定治具１５に固定されてよい。この後このチャンバ１１に第１の圧力、具体的には負圧が生成される。
【００７５】
これに続くステップにおいて、図５Ｂに示すように、スリーブ１４は、たとえばチューブ２４を用いて充填材９で充填される。続いてこのチャンバ１１は、たとえばバルブ２１を介して通気されるか、または第２の圧力、具体的には過圧が生成される。これによってこの充填材９は、この多層デバイス１の空洞部５ａ，５ｂの中に押し込まれる。このスリーブ１４によってこの多層デバイス１は、たとえば汚れまたは機械的な影響から保護される。特にこのスリーブ１４は、充填材の使用の節約を可能とする。これはこのチャンバ１１が充填材で満たされる必要がないからである。加えてこの充填材９は、このスリーブ１４に残ってもよく、硬化後にパッシベーション材として用いられてよい。
【００７６】
図３Ａ〜５Ｂに関連して説明された方法は、多層デバイスの空洞部（複数）に、薄め用の溶剤を追加する必要無しに、比較的高い粘性を有する充填材を充填できるという利点を備える。これによってこの充填材中での気泡生成を低減することができる。
【００７７】
図６は、もう１つの多層デバイス１の断面図を示す。この多層デバイス１は、外部接続部３の形状に関しては、図１および２に示す多層デバイスと同様に形成されている。図６に示す多層デバイス２の外部接続部３ａは、基体２の積層方向に沿ってスリット１６を備える。このスリット１６は、たとえば１μｍ〜８００μｍの幅を有する。このスリット１６の幅は、この基体２の積層方向に垂直な方向のこのスリットの拡がりに対応している。このスリット１６のおかげで、上記の延長接続部４は、たとえばこの外部接続３ａに発生する亀裂を跨ぐことができる。加えて、この充填材は、この外部接続部３ａの下の到達し難い領域で短い長さを移動するので、この外部接続部３ａの流し込み（Umspulung）が良好に行われる。充填材の可能な材料流が、矢印１０ａ，１０ｂで示されている。詳細には、この充填材は、外部接続部３ａに隣接する外側面６ａを介し、そしてスリット１６の下にある、この外側面６ａ上の領域を介して、図３Ａ〜５Ｂに示すように、空洞部５ａの中に押し込まれ、こうしてこの外部接続部３ａの下側の領域に到達することができる。
【００７８】
反対側にある外側面６ｂ上では、上記の充填材を同様に空洞部５ｂの中に押し込むことができる。
【００７９】
図７は、図６に示す多層デバイスを、外部接続部３ａの上に配設された追加の２つのカバープレート１７を示す。これらのカバープレート１７は、外部接続部３ａの上に対称的に配設されている。この外部接続部３ａのスリット１６は、これらのカバープレート１７によって覆われていない。１つのカバープレート１７は、固定治具１５の構成部品であってよく、または別の部品であってよい。１つのカバープレート１７は、このように、この外部接続部と共に、上記の基体の外側面６ａの連続した領域を覆い、特に空洞部５ａを覆っている。この覆われた領域においては、空洞部５ａは外側面６ａからは到達できない。好ましくは、１つのカバープレート１７は、この基体２の、外部接続部３ａに隣接する外側面６ａ上の領域を覆い、その幅１８はこの外部接続部３ａによって覆われた領域の幅１９よりも大きい。詳細には、この幅１８は、この外部接続部幅１９より大きさｘだけ広くなっている。１つのカバープレート１７および外部接続部３ａによって覆われた、基体２の外側面６ａ上の領域においては、充填材が空洞部５ａに直接には全く流入しない。スリット１６が配設されている、この外部接続部３ａの領域は、１つのカバープレート１７からは露出したままである。具体的には、空洞部５ａを充填材で充填する間に、この充填材はスリット１６を通って流入することができる。
【００８０】
上記の空洞部５ａの中への充填材の流入は、スリットを通り、そして、１つのカバープレートまたは上記の外部接続部３ａによって覆われていない、基体２の外側面６ａの領域を通って行われる。この充填材の流入は、たとえば対称的に行われる。具体的には、スリット１６を通る、空洞部５ａの中への材料流は、この基体２の外側面６ａの、カバープレート１７のスリット１６に向いて端部に接している、もう１つの別の領域と同じ速度かつ同じ流量で行われる。
具体的には、この材料流は３つの入口開口部２６ａ，２６ｂ，２６ｃを通って行われる。これらの入口開口部２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、たとえばこれらのカバープレート１７および外部接続部３ａによって覆われた領域の端部に配設されている。具体的には、これらの入口開口部２６ａ，２６ｂ，２６ｃを通って流入する充填材の流れ１０ａ，１０ｂは、カバープレート１７の下側の空洞部５ａにおいて出会う。この対称的な充填材の流入のおかげで、これらの流れ１０ａ，１０ｂは、入口開口部２６ａと２６ｂの中央で出会い、また入口開口部２６ａと２６ｃの中央で出会う。具体的には、これらの充填材の流れ１０ａ，１０ｂは、カバープレート（複数）１７のそれぞれの中央部において出会う。これらのカバープレートは、それぞれの中央部が外部接続部３ａの上側にはないように配設されているので、これらの流れ１０ａ，１０ｂは、この外部接続部３ａの下側ではない領域で出会う。
【００８１】
充填材の中では気泡が発生し得る。これらの気泡２５は、主に上記の充填材の材料流１０ａ，１０ｂが出会う領域で発生する。この出会いが、外部接続部３ａの下側にない領域にずれることにより、気泡２０がこの外部接続部３ａの領域で発生する虞を低減することができる。
【００８２】
図７に示す実施形態例は、変形実施形態においては、スリットのない外部接続部と、これに対応した非対称の、外部接続部の上に配設されたカバープレートを備えてもよい。重要なことは、充填材の材料流が出会う領域が、外部接続部の下側にない領域にあることである。
【符号の説明】
【００８３】
１    ：  多層デバイス
２    ：  基体
３ａ  ：  第１の外部接続部
４ｂ  ：  第２の外部接続部
４    ：  接続部材
５ａ  ：  第１の空洞部
５ｂ  ：  第２の空洞部
６ａ  ：  第１の外側面
６ｂ  ：  第２の外側面
７    ：  深さ
８    ：  長さ
９    ：  充填材
１０ａ，１０ｂ  ：  材料流
１１    ：  チャンバ
１３    ：  矢印
１４    ：  スリーブ
１５    ：  固定治具
１６    ：  スリット
１７    ：  カバープレート
１８    ：  幅
１９    ：  幅
２０ａ  ：  第１の内部電極層
２０ｂ  ：  第２の内部電極層
２１    ：  バルブ
２２    ：  幅
２３    ：  圧電層
２４    ：  チューブ
２５    ：  気泡
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ  ：  入口開口部
ｘ    ：  超過分
【図１】
2015531168.tif 000003
【図２】
2015531168.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2015531168.tif 000006
【図４Ａ】
2015531168.tif 000007
【図４Ｂ】
2015531168.tif 000008
【図４Ｃ】
2015531168.tif 000009
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2015531168.tif 000011
【図６】
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【図７】
2015531168.tif 000013
【国際調査報告】
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2015531168.tif 000015
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