(57)【要約】  本発明は、電気機械式アクチュエータ（１０）を製造するための製造方法に関しており、この製造方法では、積層体（１４）として圧電セラミック層（１６）と電極層（１８）から形成された電気的構成要素（１２）が準備され、その少なくとも１つの側面（２０）に絶縁層（３０）が被着され、この場合、まず、除去すべき局所的に限定された絶縁層領域（３４）の層厚さ（Ｄ）が検出され、その後で、絶縁層領域（３４）を除去するための除去率が、検出された層厚さ（Ｄ）に適合化されることによって、電極層（１８）が露出される。
2018532257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械式アクチュエータ（１０）を製造するための製造方法であって、
ａ）積層体（１４）の長手方向軸線（３２）に沿って交互に上下に積層された複数の圧電セラミック層（１６）と複数の電極層（１８）とから形成され、積層体（１４）として構成された電気的構成要素（１２）を準備するステップと、
ｂ）前記積層体（１４）の前記長手方向軸線（３２）に対して平行に配置された少なくとも１つの側面（２０）に絶縁層（３０）を被着させ、これによって前記側面（２０）において複数の前記電極層（１８）と複数の前記圧電セラミック層（１６）とが前記絶縁層（３０）によって覆われるようにするステップと、
ｃ）前記積層体（１４）の前記側面（２０）において、複数の前記電極層（１８）のうちの少なくとも１つを、露出すべき電極層（１８）に隣接しかつ局所的に限定される絶縁層領域（３４）の局所的除去によって露出させるステップと、を含み、
前記長手方向軸線（３２）に対して垂直方向で除去すべき局所的に限定された前記絶縁層領域（３４）の層厚さ（Ｄ）が検出され、
前記絶縁層領域（３４）を除去するための除去率が、除去すべき前記絶縁層領域（３４）の検出された前記層厚さ（Ｄ）に局所的に限定されて設定される、製造方法。
【請求項２】
前記側面（２０）上の局所的に限定された複数の前記絶縁層領域（３４）の前記層厚さ（Ｄ）は、段階的に個別に検出され、複数の前記絶縁層領域（３４）は段階的に個別に除去され、個別の前記層厚さ（Ｄ）の段階的な検出と段階的な除去とが直接順次連続して実施される、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記層厚さ（Ｄ）は、プラズマ分光法を用いて検出される、請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
前記積層体（１４）の前記側面（２０）上の局所的に限定された複数の前記絶縁層領域（３４）の前記層厚さ（Ｄ）が段階的に検出され、複数の前記絶縁層領域（３４）は段階的に除去され、ここではまず複数の前記絶縁層領域（３４）のすべての層厚さ（Ｄ）が、その間の除去ステップなしで段階的に検出され、その後で複数の前記絶縁層領域（３４）の除去が、その間の検出ステップなしで段階的に実施される、請求項１記載の製造方法。
【請求項５】
除去すべき前記絶縁層領域（３４）の前記層厚さ（Ｄ）は、非破壊的に検出され、前記層厚さ（Ｄ）は特に光学的に求められ、好ましくはオートフォーカスシステムを備えた光学的センサ装置（４２）が使用される、請求項１、２または４記載の製造方法。
【請求項６】
絶縁層材料（４６）として、所定の波長領域において光学的に透明な材料、特にポリイミド（４８）が使用され、除去すべき前記絶縁層領域（３４）の前記層厚さ（Ｄ）を検出するために、前記所定の波長範囲内の波長を有する電磁ビーム（ＥＭ）の光学的波長が求められる、請求項５記載の製造方法。
【請求項７】
除去すべき前記絶縁層領域（３４）を除去するための除去装置（４４）としてレーザー（３６）、特に超短波パルスレーザー、好ましくはピコ秒レーザーまたは光学マスクが使用される、請求項１から６までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁層領域（３４）の除去のために、絶縁層表面（５０）上に前記レーザー（３６）のレーザービーム（３８）を段階的に案内するための走査装置（４０）が使用され、前記走査装置（４０）は、特に、前記除去すべき前記絶縁層領域（３４）の前記層厚さ（Ｄ）を検出するために、前記絶縁層表面（５０）上にセンサ装置（４２）を段階的に案内するために使用される、請求項７記載の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁層領域（３４）を除去するための除去率は、単位面積当たりの前記レーザー（３６）のレーザパルス数の変更によって設定され、前記単位面積当たりのレーザパルス数は、特に、前記走査装置（４０）の走査速度および／または除去すべき前記絶縁層領域（３４）の前記絶縁層表面（５０）上の前記レーザービーム（３８）の通過数によって設定される、請求項７または８記載の製造方法。
【請求項１０】
電気機械式アクチュエータ（１０）、特に請求項１から９までのいずれか１項記載の製造方法を用いて製造される電気機械式アクチュエータ（１０）であって、
積層体（１４）の長手方向軸線（３２）に沿って交互に上下に積層された複数の圧電セラミック層（１６）と複数の電極層（１８）とから形成され、積層体（１４）として構成された電気的構成要素（１２）を備え、
前記積層体（１４）は、少なくとも１つの側面（２０）に絶縁層（３０）を有しており、
前記積層体（１４）の前記側面（２０）において前記積層体（１４）の長手方向軸線（３２）に対して垂直方向に少なくとも１つの電極層（１８）を露出させるためにトレンチ（５２）が形成されており、該トレンチ（５２）は、該トレンチ（５２）内で前記電極層（１８）が突出するように、前記電極層（１８）に隣接する絶縁層領域（３４）の前記絶縁層（３０）を完全に通って、前記電極層（１８）に隣接する圧電セラミック層（１６）内に延在している、電気機械式アクチュエータ（１０）。
【請求項１１】
前記トレンチ（５２）は、前記積層体（１４）の前記長手方向軸線（３２）に対して垂直方向で傾斜して配置されたトレンチ壁部（５４）を有しており、前記トレンチ（５２）は、前記絶縁層表面（５０）から積層体中心（５６）に向かって先細に構成されており、前記トレンチ（５２）は、前記積層体（１４）の縦断面が前記長手方向軸線（３２）に沿ってＷの形状を有している、請求項１０記載の電気機械式アクチュエータ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械式アクチュエータを製造するための製造方法、ならびに特にそのような製造方法を用いて製造された電気機械式アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械式アクチュエータは、例えば圧電積層体の形態で操作要素として、例えば自動車用の様々なエンジンタイプの噴射弁に頻繁に使用される。
【０００３】
そのような電気機械式アクチュエータは、大抵の場合、電界が印加されたときに長手方向の伸長を伴って反応する複数の圧電セラミック層を有しており、さらに複数の電極層を備え、これらの圧電セラミック層および電極層は、大抵の場合長手方向軸線に沿って交互に上下に積層されて配置されている。大抵の場合、そのような積層体は、積層体内部の電極層を駆動制御することができるように、対向する２つの側面において電気的に接触接続され、これによって積層体内部に電界が形成され、これに対して圧電セラミック層が伸長によって反応する。
【０００４】
電界を形成することができるようにするために、２つの隣接する電極層は異なる電位で駆動制御される、すなわち、外向きの接触接続部が異なる接触接続端子において終端する。この異なる接触接続を実現できるようにするために、例えば、２つ目ごとの電極層のみを各側面まで案内し、これに対して他の各電極層は側面まで延在させないことが公知である。
【０００５】
しかしながら、すべての電極層を全面にわたって積層体の側面まで案内することも公知であり、このことは、電気機械式アクチュエータの操作、空間要求および全ての動作特性に関して大きな利点を有する。すべての電極層が積層体の側面まで案内されるそのような積層体は、いわゆる完全アクティブ型積層体とも称される。しかしながらここでは、各電極層の電気的接触接続はより困難である。なぜなら、外部接触接続部から２つ目ごとの電極層の絶縁は実施することがより困難であるからである。例えば、そのような積層体構造では、２つ目ごとの電極層を所期のように接触接続させるために、後から選択的に除去される絶縁層が使用される。
【０００６】
独国特許発明第１０２００６００３０７０号明細書には、例えば対応する積層体内部の電極層の接触接続のために、絶縁層が所定の位置で除去されることが記載されている。
【０００７】
積層体の側面におけるそのような絶縁層は、大抵の場合、連続的な層厚さを有しているのではなく、特に特殊なコーティングが絶縁層として使用される場合、積層体の側面を超えて変化する層厚さを有している。これにより、比較的厚い層厚さの絶縁層の下方に配置されている電極層が場合によっては完全に露出しない可能性があり、このため不確実な接触接続しかできないという問題が生じる。同時に、比較的薄い層厚さの絶縁層領域の下方に存在する電極層は、絶縁層自身の過度な除去により損なわれる可能性があり、同様にこのことも望ましいことではない。
【０００８】
これまでのところ、絶縁層の層厚さが変化しているにもかかわらず、露出した電極層または隣接する圧電セラミック層を損なうことなく電極層を確実に露出させることをどのように成功させるかについては未解決なままである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
それゆえ、本発明の課題は、この点に関して改善された製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１の組み合わされた特徴を有する製造方法によって解決される。
【００１１】
特に、そのような製造方法によって製造された電気機械式アクチュエータは、対等な関係にある独立請求項の態様である。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の態様である。
【００１３】
電気機械式アクチュエータを製造するための製造方法では、まず、積層体の長手方向軸線に沿って交互に上下に積層された複数の圧電セラミック層と複数の電極層とから形成され、積層体として構成された電気的構成要素が準備される。次に、長手方向軸線に対して平行に配置された積層体の少なくとも１つの側面に絶縁層が被着され、詳細には側面において、電極層および圧電セラミック層が絶縁層によって覆われるように被着される。これに続いて、積層体の側面において、複数の電極層のうちの少なくとも１つを、露出すべき電極層に隣接しかつ局所的に限定される絶縁層領域の局所的除去によって露出させる。この目的のためにまず、長手方向軸線に対して垂直方向で除去すべき局所的に限定された絶縁層領域の層厚さが検出され、その上さらに絶縁層領域を除去するための除去率が、除去すべき絶縁層領域の検出された層厚さに局所的に限定されて設定される。
【００１４】
したがって、この製造方法では、露出されるべき電極層に直接隣接して存在する絶縁層領域の層厚さが測定される。この情報を用いて、除去装置は、その除去パラメータにおいて、すなわち特に除去率において、測定された絶縁層領域の層厚さのみが除去されるように設定することができる。これにより、下方に存在する電極層は確実に露出されるが、ただし損傷されることはなく、また露出された電極層に隣接して配置された圧電セラミック層もごく僅かだけ損傷されるかまたは全く損傷されない。
【００１５】
「局所的に限定される」とは、露出されるべき電極層に直接隣接して配置された絶縁層領域のことであると理解されたい。積層体の長手方向軸線に沿って、この絶縁層領域は、積層体の長手方向軸線に沿ったその厚さに関して、露出されるべき電極層に隣接する圧電セラミック層内へ最大で３０％まで延在する。
【００１６】
除去率も同様に局所的に限定されて設定されるので、絶縁層の層厚さが比較的大きい領域は確実に絶縁層から除去することができ、これに対して、絶縁層の層厚さが特に小さいその他の領域は、圧電セラミック層および電極層の領域において損傷されることはない。すなわち、通常使用されるコーティングにとって典型的であるように、層厚さが大きく変化する絶縁層では、局所的に変調可能な除去率を用いた除去方法が使用される。そのため、局所的な除去率は、局所的な層厚さに適合化させることが可能になる。除去率を決定するパラメータは、局所的分解能を有し、すなわち、除去されるべき各箇所において、そこに存在する絶縁層の層厚さへの適合化がなされる。
【００１７】
提供される積層体は、好ましくは完全アクティブ型積層体であり、ここでは全ての電極層が好ましくは積層体のすべての側面まで案内される。
【００１８】
好ましい実施形態では、製造方法において、側面上の局所的に限定された複数の絶縁層領域の層厚さが段階的に個別に検出され、複数の絶縁層領域が段階的に個別に除去され、この場合、個別の層厚さの段階的な検出と段階的な除去とが直接順次連続して実施される。このことは、所要の局所的層厚さ情報が、好ましくは絶縁層の段階的な除去と同時に求められることを意味する。
【００１９】
例えば層厚さは、そのような同時の動作方式ではいわゆるプラズマ分光法を用いて検出することができる。この場合、絶縁層領域内の絶縁層は、電磁ビームによって除去され、除去された材料からはプラズマが生じる。プラズマ光の光学スペクトルは、材料を推定できるスペクトル線を含んでいる。したがって、電磁ビームが圧電セラミック層または電極層に入射すると同時にスペクトル線が変化し、これによって、圧電セラミック層または電極層の損傷を防止するためには、どの時点で除去方法を中断する必要があるかを識別することができる。
【００２０】
代替的な実施形態では、積層体の側面上の局所的に限定された複数の絶縁層領域の層厚さが段階的に検出され、複数の絶縁層領域が段階的に除去され、ここではまず複数の絶縁層領域のすべての層厚さが、その間の除去ステップなしで段階的に検出され、その後で複数の絶縁層領域の除去が、その間の検出ステップなしで段階的に実施される。
【００２１】
このことは、積層体の１つの側面上の絶縁層領域のすべての層厚さが、また代替的には積層体の全ての側面上の全ての層厚さが、完全に測定され、例えば一時記憶され、その後で、個々の絶縁層領域の除去が直接一気に実施されることを意味する。
【００２２】
好ましくは、除去すべき絶縁層領域の層厚さは非破壊的に検出され、この場合層厚さは、特に、例えば自動焦点システムを有する光学的センサ装置を用いて光学的に求められる。それぞれの絶縁層領域の層厚さを非破壊的に求めることができる場合、このことは有利となる。なぜならば、これによってさらにより正確に、除去方法のもとで露出すべき電極層を露出させることができるようになるからである。
【００２３】
好ましくは、絶縁層材料として所定の波長領域内で光学的に透明な材料が使用される。これは、例えばポリイミドであってもよい。この場合、除去すべき絶縁層領域の層厚さを検出するために、好ましくは、所定の波長領域内の波長を有する電磁ビームの光路長が求められる。好ましくは、公知の絶縁層材料における電磁ビームの屈折率は既知であり、そのためこの電磁ビームの既知の屈折率と検出された光路長とから、測定領域における絶縁層の層厚さを算出することができる。絶縁層材料が光学的に透明である場合には、絶縁層表面だけでなく、その下方に存在する基板の表面も検出することができ、この差分から、既知の屈折率を用いて層厚さを求めることができる。層厚さを光学的に求めるセンサ装置として好ましくはオートフォーカスシステムが使用される場合には、絶縁層の基台となる基板の凹凸も補償することが可能になる。
【００２４】
好ましくは、除去すべき絶縁層領域を除去するための除去装置としてレーザー、特に超短波パルスレーザー、好ましくはピコ秒レーザーまたは光学マスクが使用される。超短波パルスレーザーは、それらのパルス制御された電磁ビームに基づいて、除去率に依存するレーザーパラメータが極めて迅速に変化し、それに伴い局所的な適合化が可能になるという利点を有する。それと同時に、使用されるレーザーは、絶縁層領域の層厚さの測定が可能な電磁ビームが放射されるセンサとして使用することもできる。
【００２５】
レーザーに対しては代替的に、変調可能な光学マスクとそのマッピングを絶縁層領域の構造化のために使用することも可能である。この場合は、マスク投影の形態のマッピングによって強度パターンが生成される。
【００２６】
好ましい実施形態では、絶縁層領域の除去のために、レーザーのレーザービームを、絶縁層表面上に段階的に案内する走査装置が用いられる。これにより、除去方法は好ましくは走査型除去方法となる。なぜならば、各ステップにおいて、レーザーの除去率が迅速に変調され、これによって絶縁層の層厚さに適合化されるからである。これにより、局所的な除去が、各位置において設定可能になる。各走査ステップでは、レーザーパラメータを新規に絶縁層の既存の層厚さに適合化することが可能であり、つまりレーザーは、除去率の十分に迅速な変調能力を有している。
【００２７】
特に好ましい実施形態では、走査装置は、レーザーのレーザービームを案内するためだけでなく、特に、除去すべき絶縁層領域の層厚さを検出するために、絶縁層表面上にセンサ装置を段階的に案内するためにも使用される。これにより、センサ装置も絶縁層の表面パターンをスキャン走査することができ、これによって各個別ステップ毎に層厚さを求めることができる。
【００２８】
好ましくは、絶縁層領域を除去するための除去率は、単位面積当たりのレーザーのレーザパルス数の変更によって設定される。このレーザパルス数は、例えば、絶縁層表面上のレーザービームの走査速度によって、すなわちレーザービームの前進によって設定することができるが、絶縁層表面の同じ位置を通過する通過数によっても、あるいはこれら２つの手段の組み合わせによっても設定することができる。また代替的に、パルスエネルギー、パルス繰返し周波数またはレーザーの集束化の変調も可能であるが、ただし、各走査ステップにおいてこれらのパラメータが変更可能なくらいにそれらを十分迅速に行うことができるという前提のもとでのみ可能である。
【００２９】
走査装置の走査速度は、好ましくは１．３ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓの範囲内で変動し、この範囲内で可変である。付加的に、同じ１つの箇所を通過する数も設定することができ、これによって所定の数のレーザパルスを総合的に１つの箇所に入射させ、この箇所におけるその層厚さに応じて絶縁層が除去される。
【００３０】
特に、上述した製造方法で製造された電気機械式アクチュエータは、積層体の長手方向軸線に沿って交互に上下に積層された複数の圧電セラミック層と複数の電極層とから形成され、積層体として構成された電気的構成要素を備えている。この積層体は、少なくとも１つの側面に絶縁層を有する。積層体の側面において、積層体の長手方向軸線に対して垂直方向に少なくとも１つの電極層を露出させるためにトレンチが形成されており、このトレンチは、当該トレンチ内に電極層が突出するように、電極層に隣接する絶縁層領域の絶縁層を完全に通って、電極層に隣接する圧電セラミック層内に延在している。
【００３１】
そのため、外部から絶縁層を貫通して露出された電極層に確実に接触接続することが補償可能となり、この場合積層体の完全アクティブ型特性は維持され続ける。
【００３２】
好ましくは、積層体の長手方向軸線に対して垂直方向のトレンチは、傾斜して配置されたトレンチ壁部を有し、この場合トレンチは、絶縁層表面から積層体中心に向かって先細になる。傾斜して配置されたトレンチ壁部は、例えば接触接続のために選択された導電性接着剤を外部からトレンチ内に良好に流入させることができ、そのため露出された電極層の良好で好ましい接触接続を実現することができるという利点を有する。
【００３３】
トレンチは、絶縁層内に第１のトレンチ領域を有する。さらにトレンチは、積層体の長手方向軸線に沿って露出すべき電極層にそれぞれ隣接して配置された圧電セラミック層内に第２または第３のトレンチ領域を有する。これらの第１、第２および第３のトレンチ領域のトレンチ壁部はそれぞれ、積層体の長手方向軸線に対して垂直方向で傾斜して配置されている。それゆえ、積層体を通るトレンチの縦断面は全体として、好ましくはＷの形状を有する。
【００３４】
以下では、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面に基づいてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】積層体として構成された電気的構成要素を備えた電気機械式アクチュエータの斜視図
【図２】２つの対向する側面にそれぞれ１つの絶縁層を有する図１の電気的構成要素の縦断面図
【図３】絶縁層を有する側面の領域における図２の電気的構成要素の断面図
【図４】絶縁層の層厚さを検出するためのセンサ装置と、絶縁層領域を除去するための別個のレーザーとが存在している図２に相応する電気的構成要素の縦断面図
【図５】絶縁層の層厚さを検出するためのセンサ装置としても、除去装置としても構成されているレーザーが存在している図２に相応する電気的構成要素の縦断面図
【図６】ａ）絶縁層の層厚さを検出するステップと、ｂ）絶縁層領域を除去するステップとが時間的に相互に分離されている場合を概略的に示した図
【図７】図６に相応する方法で実施されるステップを概略的に示したフローチャート
【図８】層厚さを検出するステップと絶縁層を除去するステップとが同時である場合を示した図
【図９】図８に相応する方法で実施されるステップを概略的に示したフローチャート
【図１０】図２による電気的構成要素の積層体における除去方法から生じるトレンチを概略的に示した断面図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、積層体１４として構成された電気的構成要素１２を備えた電気機械式アクチュエータ１０を示している。電界の印加に反応する複数の圧電セラミック層１６と、複数の電極層１８とが、積層体１４内部で交互に、各電極層１８が２つの圧電セラミック層１６の間に配置されるように、上下に積層されている。電極層１８は、積層体１４の全ての側面２０まで完全に延在しており、そのため電気的構成要素１２は、いわゆる完全アクティブ型積層体１４である。
【００３７】
積層体１４の側面２０のうちの１つには、外部電極２２の形態の少なくとも１つの外部接触接続部が被着されており、これは接触接続要素２４を介して接触接続ピン２６と電気的に接続されている。接触接続ピン２６と接触接続要素２４ならびに外部電極２２を介して、それぞれ接触接続された電極層１８に電位を転送することができる。それぞれ相互に隣接する電極層１８は、圧電セラミック層１６の長さを変えることができるように電界を積層体１４内部で生成するためには異なる電位が印加されるべきなので、２つの接触接続ピン２６が存在しており、それらを介してそれぞれ異なる電位が積層体１４に案内される。
【００３８】
２つの接触接続ピン２６を介してもたらされる異なる電位の間のスパークオーバーを回避するために、通常は外部電極２２が被着される側面２０に絶縁層３０が被着される。積層体１４の長手方向軸線３２に対して平行に延在する少なくとも２つの側面２０にそのような絶縁層３０を有する積層体１４は、図２において、図１の積層体１４の長手方向軸線３２に沿った縦断面で示されている。
【００３９】
図３は、図２の積層体１４からの、圧電セラミック層１６のうちの１つにおける絶縁層３０を有する側面２０の領域の断面を示しており、ここでは、絶縁層３０の層厚さＤが、長手方向軸線３２に沿って局所的に大きく変化することが見て取れる。
【００４０】
電極層１８に外部から接触接続できるようにするためには、部分領域、すなわち、それぞれ接触接続されるべき電極層１８が側面２０において突出する部分領域の絶縁層３０を除去することが必要である。
【００４１】
それゆえに、前述したこれらの部分領域、詳細には局所的に限定された絶縁層領域３４内の絶縁層３０を除去するために、好ましくはレーザー３６、特にピコ秒レーザーが使用される。これは、レーザービーム３８を絶縁層３０上に放射し、これによって絶縁層３０を除去する。このため、その下方に存在している電極層１８が露出される。好ましくは走査装置４０を用いてレーザービーム３８が、走査方法を介して絶縁層３０上に案内され、これによって当該絶縁層が領域毎に除去される。
【００４２】
局所的に限定された絶縁層領域３４内に存在する絶縁層３０の層厚さＤのみがレーザー３６によって除去されることを保証するために、この絶縁層３０の除去前に、まずセンサ装置４２を介して、除去すべき絶縁層領域３４内の局所的な層厚さＤが測定される。このセンサ装置４２は、好ましくは電磁ビームＥＭを放射する、オートフォーカスシステムを備えた光学的センサ装置４２であり、この装置４２は、レーザービーム３８と同様に、走査装置４０を介して段階的に側面２０の絶縁層３０上に案内される。
【００４３】
図４には、図２の積層体１４が、レーザー３６およびセンサ装置４２と一緒に示されている。これらのレーザー３６およびセンサ装置４２は相互に別個に形成されているが、それらの電磁ビームＥＭは、共通の走査装置４０を介して積層体１４の複数の側面２０のうちの１つの絶縁層３０上に案内される。図５には代替的な実施形態が示されており、この実施形態では、レーザー３６が、センサ装置４２と、絶縁層領域３４を除去するための除去装置４４とを同時に形成している。
【００４４】
絶縁層３０の層厚さＤの検出は、好ましくは非破壊的に実施される。このことは例えば、絶縁層材料４６として光学的に透明な材料、例えばポリイミド４８などが使用される場合に可能である。そうすれば、レーザービーム３８の波長をそれに応じて選択することで、レーザービーム３８は完全に絶縁層３０を貫通することができ、これによって圧電セラミック層１６または電極層１８の表面も照射することができる。これにより、絶縁層材料４６内のレーザービーム３８の光路長が検出でき、したがって既知の屈折率によって層厚さＤを逆算することができる。
【００４５】
層厚さＤの検出と絶縁層領域３４の除去とを実施する２つの手段が存在する。一方では、例えば図６および図７のフローチャートに基づいて示されているように、これらの２つの作業ステップを相互に時間的に別個に実施することが可能である。この場合、図６ａ）では、まず走査装置４０を介して案内されるレーザービーム３８が絶縁層表面５０を完全に走査することが示されている。これにより、局所的に限定された絶縁層領域３４のすべての層厚さＤが完全に既知となる。その後、それに続く作業ステップにおいて初めて、図６ｂ）に示されているように、レーザービーム３８が走査装置４０を用いて絶縁層表面５０上を段階的に案内され、絶縁層領域３４の各箇所において局所的に変調され、これによって、そこに存在する絶縁層３０の層厚さＤが除去される。この場合の局所的な変調は、絶縁層表面５０上を案内されるレーザービーム３８の走査速度を介して行われる。代替的または付加的に、この変調を、該当箇所上を通過する種々の通過数によって実現することも可能である。
【００４６】
図７は、図６に示されている手順に従って露出すべき電極層１８を露出させるために実施される個々のステップを示す対応するフローチャートを示す。まずここでは積層体１４が準備され、後続するステップにおいて、積層体１４の少なくとも１つの側面２０に絶縁層３０が被着される。その後で、絶縁層表面５０が、センサ装置４２を用いたｎ個のステップで完全に走査され、これによって絶縁層３０のすべての層厚さＤが検出される。完全に絶縁層表面５０が走査された後で初めて、レーザービーム３８は、絶縁層表面５０上をｎ個のステップで案内される。この場合、各ｎ番目のステップ毎に、レーザービーム３８の除去率が、すなわちパルス数が設定され、その後で初めて、絶縁層３０が除去される。各ｎ番目のステップに対して設定し除去する、最後の２つのステップは、この場合、絶縁層表面５０が完全に走査されるまで繰り返される。
【００４７】
図８には、個々の絶縁層領域３４における層厚さＤの検出と、絶縁層領域３４における絶縁層３０の除去とが同時に実施される代替的な手順が示されている。この場合は、各走査ステップにおいて、まず層厚さＤが測定され、その後でレーザービーム３８を介した除去が直接実施され、その後で初めてレーザー３６またはセンサ装置４２の電磁ビームＥＭが次の位置へ案内され、その後、そこにおいても同様にまず測定が行われ、その後で直接除去が行われる。
【００４８】
図９には、そのような手順のステップを概略的に示す対応するフローチャートが示されている。
【００４９】
第１のステップでは、積層体１４が準備され、これに続くさらに別のステップにおいて、積層体１４の少なくとも１つの側面２０に絶縁層３０が被着される。その後で、センサ装置４２により走査装置４０を用いて、局所的に限定された絶縁層領域３４をその層厚さＤに従って測定するために第１のステップが行われる。直接これに続いて、レーザー３６の除去率がこの測定された層厚さＤに基づいて設定され、これに続いて、測定されたばかりの絶縁層領域３４が直ちに除去される。局所的に限定された領域を検出し、検出された値に応じて除去率を設定し直ちに除去する、最後の３つのステップは、全ての絶縁層表面５０が走査されるまで実施される。
【００５０】
図１０は、局所的に限定された絶縁層領域３４において絶縁層３０が上述のように除去された後の図２の積層体１４の断面を示す。除去およびこれに伴う、局所的な絶縁層領域３４の下方に配置された電極層１８の露出により、絶縁層３０を完全に通って延在するトレンチ５２が生じる。このトレンチ５２はさらに、長手方向軸線３２に沿って電極層１８に隣接する圧電セラミック層１６内に非常にわずかに延在しており、詳細には、電極層１８が当該トレンチ内に突出するように、非常にわずかに延在している。トレンチ５２のトレンチ壁部５４は、積層体１４の長手方向軸線３２に対して垂直方向で傾斜して配置されており、これによってトレンチ５２は、絶縁層表面５０から出発して積層体中心５６に向かって先細となっている。このトレンチ５２は、複数のトレンチ領域を有しており、詳細には絶縁層３０内の第１のトレンチ領域と、それぞれ電極層１８に隣接する圧電セラミック層１６内の第２または第３のトレンチ領域とを有している。個々のトレンチ領域のすべてのトレンチ壁部５４は、長手方向軸線８２に対して垂直方向で傾斜して配置されている。それゆえ、例えば接触接続のために使用される導電性接着剤が良好にすべてのトレンチ５２内に流入可能であり、これによって、露出された電極層１８の良好な接触接続を実現することが可能である。
【００５１】
総じて、トレンチ５２はＷに対応した形状を有している。このＷの形状は、絶縁層領域３４内で絶縁層３０を除去するレーザービーム３８によって生成することができる。このため、例えばそのエネルギーに関して、絶縁層３０がそこで完全に除去され、かつ圧電セラミック層１６は非常にわずかだけ除去されるように選択的に設定される。これによって、電極層１８の突出を得ることができ、これによって電極層１８の接触接続は、側面２０においてだけでなく、通常は隣接する圧電セラミック層１６によって覆われている電極層１８の端面５８においても実現することができる。
【００５２】
超短波パルスレーザー３６を用いた絶縁層３０の除去と、適切なレーザーパラメータまたは走査パラメータの選択とにより、除去率を正確かつ迅速に設定することができる。ポリイミド４８の局所的な層厚さＤが既知である場合には、レーザーパラメータまたは走査パラメータの相応に迅速な変調によって、局所的な除去率を相応に適合化させ、適合化された除去を実現することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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