Vielschicht-Piezo-Aktuatoren

Hochaktive Stacks mit Innenelektroden aus Kupfer

Zahlreiche High-End-Lösungen nutzen Piezo-Aktuatoren mit der High-Active-Stack-Technologie (HAS) von TDK, beispielsweise in der Nano-Positioniertechnik, Ventilsteuerungen für Flüssigkeiten und Gase in der Verfahrenstechnik sowie in der Halbleiterfertigung. Sie basiert auf Kupferelektroden in Vielschicht-Piezo-Aktuatoren – eine von TDK patentierte Technologie, die seit über 20 Jahren in Einspritzsystemen im Automobil eingesetzt wird.

Gegenüber herkömmlichen Silber-Palladium-Stacks (AgPd) bieten High-Active-Stacks eine höhere Leistungsfähigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit und eine längere Lebensdauer, selbst unter widrigen Bedingungen.

Was ist das Besondere an den Aktuator-Stacks von TDK?

Minimierte inaktive Bereiche für höhere Leistungsfähigkeit und längere Lebensdauer

Die inaktiven Bereiche belasten einen Aktuator während des Betriebs mechanisch. Je größer diese Bereiche sind, desto stärker wird der Aktuator mechanisch belastet, wodurch die Keramik zunehmend Risse bekommt. Bei den Stacks von TDK sind die inaktiven Bereiche pro Schicht 100 µm breit (im Vergleich zu 400 µm bei herkömmlichen Stacks). Dies reduziert die mechanische Belastung erheblich, verlängert die Lebensdauer und erlaubt höhere Betriebsspannungen (bis zu 180 V), wodurch der Hub bzw. die Längendehnung zunimmt (ca. +20%), daher der Name High Active Stacks.

Kupferelektroden für höchste Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und Kosteneffizienz

Herkömmliche Stack-Aktuatoren verwenden eine Silber-Palladium-Legierung für die Innenelektroden. Bei Feuchtigkeit und elektrischen Feldern verformt sich Silber sehr stark. Infolgedessen treten Kurzschlüsse oder Ausfälle zwischen den innenliegenden Elektrodenschichten des Aktuators auf. Für die inneren Elektroden der HAS-Bauteile setzt TDK auf Kupfer, um eine Migration zwischen den Schichten zu verhindern. Außerdem sind die Preise für Kupfer stabiler als für Palladium, weshalb diese Lösungen kostengünstiger und leistungsfähiger sind. Eine Win-Win-Situation!

Eine bleifreie, hochschmelzende metallische Kontaktierung für den Betrieb bei hohen Temperaturen

Auch die Metallkontakte, die die externen Elektroden anbinden, werden im Betrieb mechanisch stark belastet, insbesondere bei hohen Temperaturen. Hierfür hat TDK eine neue bleifreie, hochschmelzende metallische Kontaktierung entwickelt, die auch bei hohen Temperaturen nicht spröde wird und somit den elektrischen Kontakt nicht verliert. Diese innovative Kontaktierung ist zuverlässiger als ein bleihaltiges Lot, da sie poröser und flexibler ist. So bestanden die HAS-Produkte von TDK einen 2000-Stunden-Test bei 200 °C ohne Anzeichen von Versprödung; herkömmliche Lötkontakte versagten nach 1500 Stunden bei Temperaturen von nur 180 °C.

Produktportfolio


	COM10S5	COM30S5	COM45S5	COM30S7	COM27S3
Abmessungen [mm³] (L x B x H)	5.2 x 5.2 x 10 Passiviert	5.2 x 5.2 x 30 Passiviert	5.2 x 5.2 x 45 Passiviert	7.0 x 7.0 x 30 Passiviert	3.4 x 3.4 x 27 Bedrahtet
Vorbelastung [N]	730	730	730	1320	320
Hub [µm]	16	55	83	55	47
Kapazität [µF]	1.0	3.4	5.3	6.3	1.3
Steifigkeit [N/µm]	79	25	16	50	12
Blockierkraft [N]	1400	1400	1400	2600	600

Anwendungen

Unzählige High-End-Lösungen in der Nano-Positioniertechnik, Mikro-Dosierventile für die Halbleiterfertigung und für Klebstoffe in Produktionsprozessen sowie Bonddraht-Maschinen basieren auf Piezo-Aktuatoren von TDK.

Benchmark

Die HAS-Technologie von TDK besticht im Vergleich zu herkömmlichen Silber-Palladium-Stacks durch ihre überragende Blockierkraft und ihren Hub.

Streuung von Kraft [N] über Hub [µm] des Piezo-Stacks 7 x 7 x 30 mm³ bei 160 V

Prüfung bei erhöhter Temperatur
Weibull – 95 % CI

Prüfung bei wechselnder Luftfeuchtigkeit
Weibull – 95 % CI

Datenblätter & Suche

Serie	Abmessungen (l x b x h) (mm)	Hub (µm) bei 160 V	Steifigkeit (N/µm) (typ.) bei 160 V _(kstack)	Blockierkraft (N)	Bestellnummer
COM10S5	5.2 x 5.2 x 10	16 ±10%	79	1400	Z63000Z2910Z001Z78
COM27S3	3.4 x 3.4 x 27	47 ±10%	12	600	Z63000Z2910Z001Z77
COM30S5	5.2 x 5.2 x 30	55 ±10%	25	1400	B58004M4030A020
COM30S7	7.0 x 7.0 x 30	55 ±10%	50	2600	Z63000Z2910Z001Z70
COM45S5	5.2 x 5.2 x 45	83 ±10%	16	1400	B58004M4040A020

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