陶瓷电极、具有陶瓷电极的组合件、具有陶瓷电极的装置和制造陶瓷电极的方法与流程

陶瓷电极、具有陶瓷电极的组合件、具有陶瓷电极的装置和制造陶瓷电极的方法
1.本发明涉及适用于对人体或哺乳动物体施加高频交变场的陶瓷电极。此外，本发明涉及制造这种电极的方法。最后，本发明涉及包括陶瓷电极的组合件和包括多个陶瓷电极的装置。
2.可以通过将细胞暴露于高频交变电场来抑制生物体中的细胞分裂。通过用高频交变电场阻止肿瘤细胞的快速和不受控细胞分裂，该原理可用于治疗多种肿瘤类型。特别地，交变场会影响参与细胞分裂的蛋白质并阻止它们的功能。美国食品药品监督管理局(fda)批准了相应的方法。用于对抗肿瘤细胞的高频交变电场也称为“肿瘤治疗场”(ttf)。使用布置在受肿瘤影响的身体区域周围的电极，将其传输给患者。特别地，迄今的应用尤其针对脑肿瘤的治疗，但原则上也可以应用于其它的癌症类型或肿瘤类型。
3.通过选择合适的频率，可以实现对不同细胞类型的选择性。这减少了治疗的副作用。例如在美国专利申请us 2003/0150372 a1和专利us 7,016,725 b2中可以找到用于破坏不受控分裂细胞的方法和装置的实例。
4.用于将高频交变电场传输到待治疗的生物体的电极在所述方法中起着特殊的作用。在此特别优选使用陶瓷电极。这些包括由具有高介电常数的陶瓷材料制成的介电层。
5.例如，从奥地利实用新型gm50248/2016或pct专利申请wo 2019174719中已知用于此类应用的多晶陶瓷固体，其具有以下通式的主相：
6.(1-y)pba(mgbnbc)o
3-e
+ypbatido37.在本发明之前的当前陶瓷电极通常具有量级为250mm2或甚至更大的电极面积。
8.然而，在这方面，发明人已经认识到，这种尺寸的陶瓷电极很差地适配要应用的表面，例如患者头部。这个问题在具有高度弯曲表面的身体位置，例如头部，或在具有挑战性轮廓的其它位置特别明显。由于陶瓷电极太大，可能导致佩戴舒适度差。此外，通常必须使用大量的接触凝胶来工作。
9.本发明人此外还已经认识到，较小的电极可以实现与圆形或以其它方式具有挑战性轮廓的应用位置的更好适配。
10.所述目的通过根据权利要求1的电极实现。进一步有利的实施方案可以在进一步的权利要求中找到。
11.作为本发明的第一方面，提出陶瓷电极，其包括作为机械稳定部件的载体元件、厚度(d)小于或等于150μm的介电层和电极层。
12.通过如此薄的介电层，可以实现电极的小型化或减小，例如用于上述应用，其中同时可以保持例如20至50nf的高电容值。在此，与传统电极相比，电极面积可以减少至例如1/10至1/50，这通过将介电体厚度从迄今常规的约1mm减少到小于或等于150μm的值，即减少约一个量级来实现。因此，可以实现单个电极的尺寸和重量的明显减小并同时保持高电容值。
13.然而，本发明的发明人在此已经认识到，这样薄的介电层的形成可能带来困难，即不再提供应用所需的稳定性。为了解决该问题，本发明提出赋予结构的部件(在此的载体元
件)与介电部件(即介电层)之间的功能分离。
14.在此，载体元件以这样的方式配置，以使得其赋予陶瓷电极足够程度的机械稳定性。如下所示，载体元件可以例如牢固地与电极层和/或介电层结合，以实现该功能。载体元件例如也可以包含类似于介电层材料的陶瓷材料或由相同的材料组成。
15.载体元件优选具有至少对应于介电层厚度的厚度，即在对应于介电层的厚度方向的方向上的尺寸。更优选地，载体元件的厚度明显更大。
16.原则上，载体元件可以具有各种任意形状，只要实现使薄介电层机械稳定的功能即可。
17.载体元件优选布置在介电层的其上也布置有电极层的那侧上。对于应用，这带来的优点在于，介电层可以在应用中与表面直接接触，其中在此例如应治疗肿瘤。例如，介电层应面向患者。
18.原则上，载体元件可以这样设计，以使得其表面与介电层的大部分重叠。在这样的配置中，这可以带来的优点在于，只有一小部分的介电层是独立的。太大的独立区域可能更脆弱。
19.替代地，载体元件也可以仅形成在表面的一些部分上，这另外允许减轻重量，这也可以增加患者在应用时的舒适度。
20.根据陶瓷电极的一个优选方面，电极层布置在介电层的第一表面上，其中电极层部分覆盖介电层。这意味着，在此介电层的第一表面的空闲区域没有电极层。载体元件与该空闲区域接触。
21.本发明意义上的介电层优选被设计为平坦的。这意味着，横向，即垂直于厚度方向的方向上的尺寸明显大于厚度方向上的尺寸。同样地，电极层优选被设计为平坦的。
22.在此，空闲区域可以是介电层的第一表面的连续区域。然而，其也可以由空间上例如通过载体元件彼此分开的区域组成。
23.通过在其上布置有电极层的介电层的第一表面上使空闲区域保持没有电极层，载体元件可以与其接触。由于载体元件优选也可以由陶瓷材料组成或也可以由与介电层相同的材料组成，可以由此在载体元件和介电层之间实现特别好的机械接触或接合。
24.电极可以优选地通过烧结来制造，因此可以在烧结过程中例如如下所述实现空闲区域中介电层与载体元件的特别有效的结合。由此，载体元件可以特别好地发挥其作为稳定部件的功能。
25.在此，载体元件可以覆盖空闲区域的一部分或整个空闲区域。
26.此外，载体元件也可以还形成在电极层的区域中。
27.根据另一个优选方面，所述介电层的第一表面的空闲区域是所述介电层的第一表面的横向边缘区域。
28.介电层具有边缘，即介电层在横向上延伸的端部。在此，横向边缘区域可以这样理解，即其涉及与该边缘接触的第一表面的部分区域或一个区域。
29.例如，横向边缘区域也可以被设计为其沿着介电层的整个边缘形成。这意味着横向边缘区域可以包围介电层的第一表面的内部区域。电极层优选形成在该内部区域上。这意味着横向边缘区域可以例如包围由电极层覆盖的区域。
30.由于载体元件至少部分地形成在该空闲区域(其在该优选实施方案中为横向边缘
区域)中，载体元件可以形成框状结构，其因此可以特别有利的方式确保陶瓷电极的机械稳定性。
31.根据陶瓷电极的另一个优选方面，空闲区域(其优选也可为横向边缘区域)具有大于或等于介电层中的厚度d的宽度。在此，宽度可以理解为是指横向尺寸。
32.本发明的发明人已经发现，如果空闲区域的宽度在其数值方面至少是介电层的厚度，并且载体元件至少部分地形成在该空闲区域上，则陶瓷电极的机械稳定性或结构可以被有效地支撑和增强。
33.根据另一个优选的方面，载体元件的宽度大于或等于介电层的厚度。在此，宽度也可以理解为是指横向尺寸。
34.通过该最小宽度，载体元件可以在其稳定性方面有效地支撑陶瓷电极。
35.特别地，载体元件可以在此优选地在至少一个空间方向上至少因此具有空闲区域的尺寸。
36.这意味着，例如如果载体元件形成框架或部分框架，则厚度可以是从电极层的边缘到介电层边缘的可能最近点测量的局部方向。在这种情况下，该定义既可以适用于介电层的第一表面的横向边缘区域，也适用于形成在其上或该区域的一些部分中的载体元件。
37.根据另一个优选方面，陶瓷电极具有接触部件。其接触电极层。
38.陶瓷电极可以优选地在该接触部件处被从外部电接触。因此其适用于例如将交变场传输到电极层。
39.例如，接触部件可以被设计为孔的形式。这例如可以是这样的情况，即其中载体元件覆盖具有位于其上的电极层的介电层的较大部分。这样的孔可以优选地布置成其与电极直接接触。
40.在这种情况下，不与电极层接触的孔的那侧可以具有例如终止于载体元件那侧的表面。例如，这可以实现在其它部件，例如柔性印刷电路板上的焊接。
41.替代地，接触部件可以是接触层。这可以形成在载体元件的背离介电层的表面上并且因此用作应用中的接触表面。在这种情况下，接触部件可以通过空腔建立与电极的接触。
42.根据陶瓷电极的另一方面，厚度d为20μm至100μm。甚至更优选地，厚度d为30μm至80μm。例如，厚度d可以为40至60μm。
43.在上述厚度范围内，可以实现电极不会太薄和因此不会太脆弱。本发明的发明人已经发现，在许多情况下，即使在存在载体元件的情况下，低于20μm的电极厚度也几乎没有所需的稳定性，因为用于介电层的优选陶瓷材料的晶粒尺寸处于几微米至几十微米的量级。这意味着，低于20μm时层在厚度方向上只能由单个晶粒组成，这会太大损害其稳定性，即使在具有载体元件时也是如此。
44.另外，如果电极太薄，则不能以足够高的程度确保介电层的绝缘性能。
45.因此，介电层应能够承受至少150v的工作电压。出于安全原因，还必须优选能够保持高达500v的绝缘强度，因为不允许让该区域中可能的过电压闪络给患者。
46.当厚度为至少30μm或甚至40μm时，可以还更好地实现上述优点。
47.此外，本发明的发明人已经发现，如果厚度为100μm或更小，则可以更明显地减小电极面积。因此，该效果可以在电极厚度为80μm或更低、或在电极厚度为60μm或更低的情况
中还更好地实现。
48.根据陶瓷电极的一个优选方面，介电层包含介电常数≥15000的陶瓷材料。
49.高于15000的这样高的介电常数优选在30至42℃的温度范围中使得能够制造也适用于小型化的高电容电极。
50.优选地，陶瓷材料的介电常数为25000或更高，或更优选40000或更高。
51.此外，陶瓷材料在上述温度范围内优选具有低于0.2，更优选低于0.12，甚至更优选低于0.05的损耗因数。
52.优选地，对于陶瓷电极，这样高的介电常数可以由选自(1-y)[pba(mgbnbc)o
3-e
]+y[pbatido3]和具有包含锰和稀土元素的掺杂剂的bam(tinzr
p
)o3的陶瓷材料实现。
[0053]
对于(1-y)[pba(mgbnbc)o
3-e
]+y[pbatido3]，以下优选适用：
[0054]
0.055≤y≤0.065；
[0055]
0.95≤a≤1.02；
[0056]
0.29≤b≤0.36；
[0057]
0.63≤c≤0.69；
[0058]
0.9≤d≤1.1；
[0059]
0≤e≤0.1。
[0060]
材料bam(tinzr
p
)o3优选满足以下条件：
[0061]
0.95≤m≤1.05；
[0062]
0.8≤n≤0.9；
[0063]
0.1≤p≤0.2；
[0064]
m＜n+p。
[0065]
如上所述，该材料掺杂有锰和稀土元素。在此，锰的比例可以定义为x，稀土元素的比例可以定义为z。因此，在此以下优选适用：
[0066]
0.0005≤x≤0.01；
[0067]
0.001≤z≤0.05。
[0068]
使用式(1-y)[pba(mgbnbc)o
3-e
]+y[pbatido3]的陶瓷材料，可以实现15000至25000的量级的介电常数。
[0069]
使用式bam(tinzr
p
)o3的陶瓷材料，甚至可以实现20000至40000的量级的介电常数。
[0070]
陶瓷电极优选具有以下尺寸。例如，陶瓷电极可以具有15至100mm2的横截面积。例如，最大厚度可以是300至700μm。
[0071]
最大厚度可以理解为是指垂直于介电层延伸平面的方向上的最大尺寸。
[0072]
陶瓷电极的底面积或横截面积甚至更优选为20至70mm2，优选20至50mm2，甚至更优选25至40mm2。例如，横截面积可以为25mm2或36mm2。
[0073]
最大厚度可以例如为400至600μm，例如500μm。
[0074]
陶瓷电极的横截面积或这样形成的底面积优选对应于介电层的面积。它们的形状基本上没有限制。然而，其优选具有圆形、矩形或正方形。
[0075]
圆形对于应用来说是特别优选的，因为在此可以避免锋利的边缘或角。角可能倾向于破裂。此外，圆形形状可以增加佩戴舒适度。
[0076]
对于如下所述的制造过程，矩形或正方形功能可能是优选的，特别是当采用结构化图案时。
[0077]
上述尺寸优选适合于在应用中实现良好的佩戴舒适度，例如在癌症治疗中，因为电极因此足够小，以使得其也不从结构要求高的表面或圆形表面，例如患者的头部突出。
[0078]
陶瓷电极因此优选地被配置并适合于附接到人体或人体的部分。
[0079]
根据另一优选实施方案，陶瓷电极可以具有一个或多个空腔，这些空腔优选形成在载体元件中。
[0080]
特别优选地，规则图案的空腔可以形成在载体元件中。例如，因此可以通过载体元件形成包围各空腔的网格。
[0081]
以这种方式和类型，陶瓷电极的重量可以保持为低，其中载体元件和空腔的交替结构可以确保比使用相同质量的载体元件并包围单个较大空腔的情况更大的稳定性。
[0082]
根据本发明的另一个方面，提出具有布置在柔性印刷电路板上的根据上述实施方案的陶瓷电极的组合件。
[0083]
这意味着，根据本发明的陶瓷电极可以是根据本发明的组合件的一部分，其中柔性印刷电路板能够建立外部电接触，例如也经由如上所述的接触部件。
[0084]
陶瓷电极可以在组合件中附接在柔性印刷电路板上，例如通过焊接。
[0085]
印刷电路板的柔性在此对于应用于患者来说可能优选，因为其允许适配身体表面。在此，柔性可以被认为是柔韧的或具有一定的柔软性。
[0086]
根据本发明的另一个方面，提供装置或英语中的阵列，其包括多个根据上述描述的陶瓷电极或多个先前描述的组合件。
[0087]
例如，在这样的装置或这样的阵列中可以布置九个或十八个陶瓷电极。
[0088]
这样的阵列可以被设计成其可以灵活地适配患者的身体表面，因为与本发明之前可用的电极相比，该电极大大减小并因此可使电极之间的区域是柔性的。
[0089]
根据本发明的另一方面，提供制造陶瓷电极的方法，其可以用于制造上述陶瓷电极。在此，该方法包括提供至少一个第一坯膜，在所述第一坯膜的第一表面上形成金属层，和通过在第一表面上施加包括第二坯膜的坯膜堆叠体来形成坯件。此外，该方法包括对坯件进行脱脂，和然后对坯件进行烧结，其中在此通过烧结由所述一个或多个第一坯膜形成具有厚度d的介电层。厚度d在此≤150μm。
[0090]
因此，原则上，介电层可以由单个第一坯膜形成。然而，替代地，也可以一起提供多个第一坯膜，由其通过上述工艺形成介电层。然而，坯膜的数量优选少，即优选单个至四个坯膜。必须选择坯膜的数量和厚度，以使得介电层的厚度d≤150μm。
[0091]
优选地，通过上述方面，由坯膜堆叠体通过脱脂和特别是通过烧结来产生上述载体元件。
[0092]
在烧结时，由金属层优选形成陶瓷电极的电极层。
[0093]
上述与陶瓷电极相关的材料尤其优选用于介电层。在这种情况下，可以使用例如1000至1500℃，优选1400至1450℃的烧结温度。
[0094]
取决于施加金属层的方法，可以由该金属层通过脱脂和烧结来产生如上所述的电极层。如果通过用经由烧结转化成电极层的金属糊印刷形成金属层，情况尤其如此。
[0095]
为了可以承受高温，金属层和因此电极层可以例如由包含钯或由钯组成的材料形
成。在贵材料例如钯的情况下优选的是，金属层或电极层被设计为非常薄。
[0096]
在工艺中发生的部件尺寸适配的情况下，必须任选考虑烧结收缩，以获得根据本发明的陶瓷电极的优选尺寸。
[0097]
以此方式，可以用相应的工艺来制造具有上述优点的组件。
[0098]
根据制造陶瓷电极的方法的一个优选方面，在第一坯膜的第一表面上形成金属层，以使得第一表面的空闲区域保持没有金属层。在这种情况下，可以施加坯膜堆叠体，以使得其与该空闲区域直接机械接触。
[0099]
因此，第一坯膜或第一坯膜的材料(其优选为陶瓷材料)与坯膜堆叠体，即例如第二坯膜的材料(其优选也可以是与第一坯膜材料相同的材料)接触。由此，坯膜堆叠体可以与第一坯膜有效地烧结，即可以在此通过烧结产生稳定的接合。
[0100]
根据该方法的另一个优选方面，坯膜堆叠体具有空腔，或坯膜堆叠体在工艺准备中被形成为包含空腔或具有空腔。
[0101]
在此，空腔可以被理解为是指在堆叠方向上开口完全在厚度方向上穿过坯膜堆叠体。
[0102]
在这一上下文中可能优选的是，坯膜堆叠体中的空腔优选地填充有金属材料。在施加坯膜堆叠体时，即在形成坯件时，此时这样施加坯膜堆叠体，以使得填充有金属材料的空腔与金属层接触，即金属材料与金属层接触。
[0103]
因此在烧结过程中产生金属层和金属材料之间的牢固接合。
[0104]
金属材料可以是孔，或者替代地在烧结过程中由其形成孔。
[0105]
根据该方法的另一个优选方面，坯膜堆叠体可以具有空腔。然而，在此，空腔在烧结之前没有填充金属材料。空腔因此形成开口，金属层或由此形成的电极层在烧结之后朝着该开口暴露，并且其在烧结之后通过设计接触层被接触。
[0106]
在这种情况下，接触层可以对应于接触部件或是接触部件。
[0107]
在此，接触层例如可以借助溅射、借助电镀工艺或通过丝网印刷金属糊和随后烧制来形成。
[0108]
这些用于形成接触部件的替代方法或由此所形成的接触部件本身各自带来不同的优点。
[0109]
如上所述的实心的，即全金属的孔具有的优点在于，其更容易制造，即可以在总归对于处理陶瓷部件所需的工艺步骤中引入。
[0110]
将接触层设计为接触部件具有的优点在于，不必使用实心的重材料。此外，可以使用不暴露于烧结过程的极端条件或必须承受住该极端条件的材料。因此具有更大的材料灵活性。此外，可以由于较少的材料花费来节省成本并且形成更轻的组件。
[0111]
如果空腔如在所提到的后一情况中在烧结过程中处于打开状态，这会损害工艺过程中的坯件稳定性。
[0112]
为了增加坯膜堆叠体或坯件的稳定性，可以优选地在施加坯膜堆叠体之前用聚合物糊填充空腔。该聚合物糊可以在脱脂期间和/或烧结期间再次去除，优选与在这些工艺步骤期间从坯膜去除的其它有机组分一起去除。
[0113]
优选在脱脂过程中完全去除，但残留物有时也可以在烧结期间离开所形成的陶瓷电极。
[0114]
例如，聚合物糊可以具有聚碳酸亚丙酯。
[0115]
根据本发明的另一个方面，描述了制造陶瓷电极的另一个方法或该方法的另一个变体，该陶瓷电极例如可以是上述陶瓷电极。
[0116]
根据该方法，优选首先提供包括第二坯膜的坯膜堆叠体。该坯膜堆叠体被结构化，其中形成空腔和临时载体元件。在此，结构化可以这样进行，以形成空腔和临时载体元件的规则图案。例如，所形成的空腔可以通过临时载体元件以规则图案的形式彼此分开。该方法还包括通过将一个或多个第一坯膜施加在结构化的坯膜堆叠体上来形成坯件，其中第一坯膜的第一表面与结构化的坯膜堆叠体接触。此外，所得形成的坯件在该方法中进行脱脂，随后对其进行烧结，其中通过烧结由所述一个或多个第一坯膜形成厚度为d的介电层，其中厚度d小于或等于150μm，然后可以形成金属层。其优选地形成在第一坯膜的第一表面上，其中介电层的空闲区域保持没有金属层。另外，可以同时形成接触层。
[0117]
在此，对于介电层是由一个还是由多个第一坯膜形成的选择而言，适用的是关于上述工艺提到的相同基本前提条件。
[0118]
此外，通过烧结优选由临时载体元件形成陶瓷电极的载体元件。
[0119]
现工艺可以具有的优点在于，可以因此同时制造多个空腔，这些空腔例如以规则图案的形式通过载体元件彼此分开。因此可以实现良好的稳定性。
[0120]
在其它方面，材料或功能可以对应于上述其它工艺的材料或功能。
[0121]
类似于在其它工艺的上下文中所描述，在此也可以用聚合物糊填充在结构化之后形成的空腔，其中该聚合物糊优选在脱脂和/或烧结期间被去除。
[0122]
在此使用的聚合物糊可以对应于上述方法并且带来类似的优点。
[0123]
根据该方法的一个优选方面，结构化可以通过冲压工艺或激光工艺进行。冲压工艺和激光工艺是特别优选的长程工艺，它们可以产生延伸的规则图案，利用这些图案可以产生多个空腔，从而可以制造多个陶瓷电极。
[0124]
最后描述的工艺的另一个优点是，金属层，即变成电极层或可以是电极层的层，可以同时或在形成接触层的相同工艺步骤中实施。
[0125]
特别地，在上述工艺中可以留出比在先前描述的工艺中可能的空腔明显更宽的空腔。由此形成的区域足够大，以随后在空腔底部，即在第一坯膜或介电层的第一表面的区域上，产生电极层。
[0126]
金属层以及接触层可以优选地通过溅射、通过电镀工艺或通过丝网印刷实现。
[0127]
根据涉及所有在此描述的工艺或工艺的实施方案的一个优选方面，空闲区域可以具有大于或等于介电层厚度的宽度。这例如带来与陶瓷电极相关的优点。
[0128]
等效地，所得和形成的载体元件因此也可以具有至少对应于介电层的厚度或至少具有该厚度的宽度。
[0129]
下面使用示例性实施例和相关附图更详细地解释本发明。如果其不是测量结果，则这些图是示意性的，并且为了更好理解，可以不按比例绘制。
[0130]
图1以示意性截面图(图1a)和示意性俯视图(图1b)的形式显示了陶瓷电极的第一实施例
[0131]
图2以示意性截面的形式显示了陶瓷电极的第二实施例。
[0132]
图3以示意性截面的形式显示了陶瓷电极的第三实施例。
[0133]
图4以示意性截面的形式显示了陶瓷电极的第四实施例。
[0134]
图5以示意性截面的形式显示了陶瓷电极的第五实施例。
[0135]
图6在图6a至f中以示意性截面的形式显示了制造根据第四实施方案的陶瓷电极的工艺步骤。
[0136]
图7在图7a至f中以示意性截面的形式显示了制造根据第六实施方案的陶瓷电极的工艺步骤。
[0137]
图8显示了根据第二实施方案的两个陶瓷电极的电容(图8a)和损耗因数(图8b)的温度依赖性。
[0138]
图9显示了根据第六实施方案的两个陶瓷电极的电容(图9a)和损耗因数(图9b)的温度依赖性。
[0139]
图1显示了根据本发明的陶瓷电极1的第一实施例。在此，图1a显示了陶瓷电极1的示意性截面，图1b显示了陶瓷电极1的示意性俯视图。
[0140]
陶瓷电极1具有介电层2。介电层2优选地由具有高介电常数，优选大于15000的陶瓷材料组成。
[0141]
例如，介电层2的陶瓷材料可以是(1-y)[pba(mgbnbc)o
3-e
]+y[pbatido3]材料或具有包含锰和稀土元素的掺杂剂的bam(tinzr
p
)o3材料。
[0142]
介电层2可以具有任意形状。介电层2优选可以是矩形、正方形或如所示情况中的圆形，其中其被设计为平坦的。即，其横向尺寸远大于厚度。
[0143]
介电层的面积例如可以为15至100mm2。优选地，该面积可以为20至50mm2，例如36mm2。
[0144]
与常规介电层相比，该介电层相对薄。介电层的厚度d小于150μm。
[0145]
厚度d优选为20至100μm，例如厚度d可以为40μm。但是，替代地，厚度也可以为80μm。
[0146]
此外，介电层2具有第一表面21与第二表面22。第二表面22是在例如用于肿瘤治疗的应用中面向患者方向的表面。
[0147]
在本发明的第一实施例中，电极层3布置在介电层2的第一表面21上。电极层3优选具有与介电层2相同的基本形状并且可以布置在其中心。在当前情况下，电极层3是盘形或圆形的并且布置在介电层2的中心。
[0148]
然而，介电层2的延伸方向(其为电极层3的延伸方向)中的面积小于介电层2的面积。由此，介电层2的第一表面21的空闲区域23保持没有电极或在该空闲区域中不被电极3覆盖。
[0149]
在本实施例中，空闲区域为介电层的横向边缘区域。这意味着，空闲区域在这种情况下与介电层2的边缘直接接触。
[0150]
由于在本实施例中电极层3和介电层2具有相同形状且彼此居中，横向边缘区域或空闲区域在此形成环形，其沿介电层2的整个外边缘延伸。
[0151]
本发明的发明人已发现，边缘区域的宽度b优选至少对应于介电层的厚度d，或者b大于或等于d。
[0152]
在此，在与介电层2的延伸方向平行的方向上测量宽度。在点对称形状例如圆形中，宽度b的方向优选朝向圆的中点方向测量。在矩形或正方形的情况下，宽度b优选地在垂
直于矩形或正方形的外边缘的方向上测量。
[0153]
b优选大于50μm，更优选宽于100μm。b可以优选小于1.5mm，例如小于1mm。
[0154]
b越宽，与其接触的加强元件或载体元件所起的稳定化作用越高。但是，b不应太大，因为否则由电极面积定义的有效面积过度减小，这会对组件的总电容产生负面影响。
[0155]
此外，载体元件4布置在介电层2的第一表面21上。
[0156]
载体元件4优选地具有与介电层2的材料相似或相同的陶瓷材料。然而，其也可以由其它任意材料，例如由非常适合于通过烧结牢固地与介电层2的陶瓷材料结合的陶瓷材料制成。
[0157]
载体元件应该至少与空闲区域23的一些部分直接物理接触，以能够有效地与介电层2的陶瓷接合。优选地，如在本实施例中所示，载体元件4被设计成其完全覆盖空闲区域23。
[0158]
此外，载体元件4在此也形成在电极层3的一些部分上。由于与电极层3重叠，更大的面积被载体元件4覆盖并且因此可以被其有效地承载。
[0159]
此外，载体元件4具有空腔5。空腔5在垂直于介电层2的延伸方向的方向上，即在厚度方向上贯穿整个载体元件。在该空腔5的底部，电极层3暴露。因此可以通过空腔5从外部与电极层3电接触或因此在应用中与其建立接触。
[0160]
载体元件4因此优选地具有与介电层2相同或相似的形状。
[0161]
载体元件4的厚度优选至少与介电层2的厚度d一样大。然而，载体元件的厚度优选明显更大。例如，载体元件的厚度可以为100μm至1000μm，优选载体元件的厚度可以为200μm至700μm。例如，载体元件的厚度也可以为400μm至600μm，例如约500
±
30μm。
[0162]
图2以示意性截面的形式显示了根据本发明的陶瓷电极的第二实施例。陶瓷电极的第二实施例基本上对应于图1a中所示的实施例。然而，与图1a中所示的陶瓷电极不同，陶瓷电极的第二实施方案具有接触部件6。在本实施例中，该接触部件6被设计为载体元件4中的孔。该孔填充载体元件4中的空腔5。
[0163]
该孔优选由导电金属，优选钯构成，因为这特别适用于下面描述的制造方法。例如，该孔可由含钯的金属糊制成。
[0164]
该孔与电极层3接触。此外，由于其至少终止于载体元件的表面，其适用于将陶瓷电极经由孔的上侧引入到应用中，例如焊接在其中。
[0165]
在这样的焊接步骤中，载体元件4的陶瓷可以例如通过阻焊剂(阻焊剂)来保护。
[0166]
图3显示了根据本发明的陶瓷电极的第三实施例，其中其也可以基本上对应于图1中所示的实施例。
[0167]
在此，除了第一实施例的部件之外，还设计接触部件6。其被设计为接触层，其覆盖空腔5的壁和载体元件4的表面的一些部分。在此，这也使得能够与电极层3进行电接触。
[0168]
如下所述，可以通过各种方法来制造接触层或接触部件6。在此所示的接触层优选由导电材料组成或包含一种或多种导电材料。导电材料优选选自铬、镍、锡和钯。例如，铬和/或镍的薄层可以与载体元件4直接接触，然后在其上施加镍或镍/锡层。
[0169]
接触部件6的所示水平部分可再次用作焊接面。
[0170]
图4显示了第三实施例的变体作为第四实施例。
[0171]
在第四实施例中，接触部件6被设计为连续层并且因此也覆盖电极层3的否则暴露
的部分。
[0172]
这可以具有的优点在于，可以更容易地实施制造接触层的工艺。此外，接触部件6因此可以保护电极层的材料免受外部影响。此外，通过更平坦的连接可以实现更稳定的电接触。
[0173]
图5以示意性截面的形式显示了根据本发明的陶瓷电极的第五实施例。
[0174]
原则上，图5所示的陶瓷电极可以基本上对应于前面提到的电极。
[0175]
然而，图5所示的陶瓷电极的不同之处尤其在于以下性能。
[0176]
如图5中可见，载体元件4仅被设计在空闲区域23中或介电层2的第一表面21的横向边缘区域中。在此由载体元件4留出的空腔5比前面的实施例中明显更宽，并且在这种情况下对应于电极层3的宽度或直径。
[0177]
在此，电极层3与接触部件6一起被设计为共同层。电极层3优选覆盖开口5的整个底部或未被载体元件4覆盖的介电层2的第一表面21的整个区域。
[0178]
接触部件6在此由布置在开口或载体元件4的侧壁上的区域和由布置在载体元件4上的区域表示。接触部件6在此与电极层3一起被设计为共同层。
[0179]
这种具有大空腔的形状可以带来几个优点。一方面，载体元件4被设计为不太实心或体积不太庞大，并且基本上仅是沿着介电层2的外边缘延伸的框架。
[0180]
此外，如下文所示可以产生该方法的优点，因为电极层3和接触部件6可以在共同的步骤中制造，即作为共同的单层或多层。
[0181]
图6在图6a至6f中显示了制造如尤其图4所示的陶瓷电极的方法的步骤。其也可以适配的形式用于制造图1至3的实施例。
[0182]
图6a显示了例如在载体膜(未示出)上提供的第一坯膜2
′
。第一坯膜2
′
具有第一表面21
′
和第二表面22
′
。对此替代地，也可以使用两个第一坯膜或多个第一坯膜代替该第一坯膜2
′
。在此重要的仅仅是，所述多个第一坯膜的厚度或所述一个第一坯膜的厚度小于或等于150μm，以排除烧结收缩。
[0183]
特别优选是使用单个或两个第一坯膜的变体。
[0184]
如图6b所示，在第一坯膜2
′
的第一表面21
′
上提供金属层3
′
。金属层3
′
优选地通过用金属糊印刷来制造，该金属糊优选包含钯或另一种耐热金属。
[0185]
如图6c所示，在下一步骤中，提供包括多个第二坯膜41
′
或由多个第二坯膜41
′
组成的坯膜堆叠体4
′
。坯膜堆叠体4
′
优选地具有空腔5，其优选地填充有例如包含聚碳酸亚丙酯的聚合物糊51。
[0186]
例如除了形成空腔5的凹部之外，第二坯膜41
′
可以基本上对应于第一坯膜2
′
。
[0187]
对此替代地，第二坯膜41
′
由特别适合与第一坯膜2
′
的陶瓷材料结合的陶瓷材料制成。
[0188]
特别地，在第一坯膜2
′
的第一表面21
′
的空闲区域23
′
中，坯膜堆叠体4
′
与第一坯膜2
′
的第一表面21
′
之间存在接触。
[0189]
在随后的步骤中，这种接触实现第一坯膜与坯膜堆叠体的牢固且因此稳定的结合。
[0190]
在下一步骤中(图6d)，对坯膜堆叠体进行脱脂，由此从坯膜堆叠体或坯膜中去除有机组分。在此，聚合物糊也基本上或完全被去除。
[0191]
然后，如图6e所示，对经脱脂的坯件进行烧结。由此，由所述一个第一坯膜2
′
或所述多个第一坯膜2
′
形成介电层2。由金属层3
′
形成电极层3。通过烧结由坯膜堆叠体4
′
形成载体元件4。由此可以获得如例如也在图1中所示那样的陶瓷电极1。
[0192]
在另一个步骤中，如图6f所示，可以将接触部件6施加到图6e中制成的陶瓷电极上。
[0193]
接触层或接触部件6可以通过丝网印刷法和随后的含金属糊的烧制来产生。烧制温度在此例如可以为680至760℃。对此替代地，可以使用溅射工艺。此外，可以使用电镀工艺来制造接触层或接触部件6，其中可以首先例如通过溅射施加种子层，然后通过电化学或电镀工艺生长接触层。替代地，也可以使用无电流沉积(英语：无电镀)。
[0194]
在图7中或在图7a至f中显示了另一种工艺，其以修改的形式尤其可以用于制造如图5所示的根据本发明的陶瓷电极。在其它方面，可以通过图7产生下文描述的陶瓷电极的第六实施例(图7f)。
[0195]
在第一步骤中，为了生产陶瓷电极，提供坯膜堆叠体4
′
(未明确示出坯膜堆叠体)。
[0196]
坯膜堆叠体4
′
可以例如是正方形的，并且具有4
×
4mm2至8
×
8mm2，例如6.5
×
6.5mm2的尺寸。坯膜堆叠体4
′
包括第二坯膜41
′
或由第二坯膜41
′
组成。
[0197]
该工艺也可以多重使用，即同时使用以制造多个陶瓷电极。在此，单独的坯膜堆叠体在以下步骤之一中被分离，即分割。
[0198]
下一步骤示于图7a和b中。
[0199]
坯膜堆叠体4
′
在结构化方法中以这样的方式结构化，以使得在第二坯膜堆叠体4
′
中掏出空腔5，这些空腔垂直地在厚度方向上延伸穿过坯膜堆叠体4
′
。空腔5优选地在坯膜堆叠体4
′
中形成规则图案。
[0200]
图7a在俯视图中显示了结构化坯膜堆叠体4
′
，图7b在沿图7a中的切割线a-b的示意性截面中显示了它。
[0201]
为了增加工艺中的稳定性，空腔5可以填充有聚合物糊51。
[0202]
冲压工艺和激光工艺优选用于结构化。这些结构化方法非常适合制造规则图案。
[0203]
通过冲压工艺或激光工艺，可以同时使多个坯膜堆叠体4
′
结构化。这特别适用于制造多个相同品质相同形状的陶瓷电极。
[0204]
在进一步的工艺步骤中，如图7c所示，将一个或多个第一坯膜2
′
附接到坯膜堆叠体4
′
。在当前实施例中，仅显示单个坯膜2
′
。由此形成坯件。
[0205]
结构化坯膜堆叠体4
′
具有上述空腔5。来自坯膜堆叠体的剩余陶瓷材料在此可以被认为是临时载体元件，因为由坯膜堆叠体4
′
的这些剩余结构通过烧结形成载体元件4，如下所述。
[0206]
如图7d中以示意性截面所示，之前制成的坯件可以在下一步骤中脱脂，由此尤其去除聚合物材料51。因此，空腔在脱脂之后优选打开，以使得第一坯膜2
′
的第一表面21
′
在其中暴露。
[0207]
通过烧结步骤(图7e)由所述一个第一坯膜2
′
或多个第一坯膜2
′
形成介电层2。由坯膜堆叠体4
′
或由临时载体元件通过烧结形成载体元件4。
[0208]
在此，载体元件4具有类似于图7a中所示的结构化坯膜堆叠体的结构化。因此，由载体元件4形成网格，其中载体元件4形成壁，这些壁将空腔5彼此分开。
[0209]
所得空腔的横截面积可为0.06mm2至5mm2，优选0.25mm2至2.25mm2或甚至更优选0.55mm2至1.5mm2，例如1mm2。
[0210]
载体元件或将空腔5彼此分开的部分的宽度尺寸在每种情况下都大于介电层的厚度d，例如其可为0.2mm至1.5mm，优选0.5mm至1.25mm，例如0.75mm。
[0211]
最外部的空腔5和介电层边缘之间的载体元件的厚度也可以在上述范围内。然而，载体元件在此可以优选地稍微更厚，其在此例如可以厚25％至50％。载体元件可以朝向边缘例如为1mm厚。
[0212]
由上面所示的结构化产生的包围不是强制性的，但是优选的。这可以增加稳定性，因为通过包围，介电层在边缘或角处不会露出。
[0213]
载体元件4的位于空腔之间的部分另外增加机械稳定性，因为防止大面积自由浮动的介电层2。
[0214]
在进一步的最后步骤f中，可以同时形成金属层3
′
或因此电极层3连同在此是接触层的接触部件6。这些被设计为类似于针对图5所描述的。特别地，在此可以使用溅射、糊的烧制和/或电镀工艺。
[0215]
由此可以形成具有多个空腔的陶瓷电极1。
[0216]
在本实施方案中，空腔的数量是9。然而，类似地，可以用类似于图5所示结构的单个空腔到多个空腔，例如2、3、8、9、12或16个空腔来制成各个任意图案。
[0217]
图8a显示了如图4所示的两个根据本发明的陶瓷电极的电容对温度的依赖性的曲线图。
[0218]
对于两个陶瓷电极，在此使用的介电层的层厚度均为约80μm。有效电极面积或电极层面积为约20mm2。图8a中所示的曲线图显示，与实验室方法引起的轻微波动无关，在相关温度范围内，即在30℃和40℃之间，可以达到超过20nf或甚至几乎高达30nf的电容。
[0219]
图8b对于这些陶瓷电极还显示了损耗因数tanδ对温度的依赖性。对于30至40℃的相关温度范围，两种情况中都达到明显低于0.04的损耗因数。
[0220]
这表明损耗因数不受当前设计的影响，因此可以制造高品质的电极。
[0221]
图9a显示了根据图7f所示的实施方案制成的两个根据本发明的陶瓷电极的电容的温度依赖性。
[0222]
特别地，在此存在0.072mm，即72μm的介电体厚度，其由两个厚度各自为40μm的第一坯膜制成。被电极层3覆盖的介电层的总面积为约9
×
13mm2。其余面积被载体元件覆盖。这对应于36％的面积利用率，即电极层的覆盖率。
[0223]
图9a中所示的曲线图表明，在30和40℃之间的相关温度范围内，两个样品在此都可以达到几乎30nf的电容。
[0224]
这表明用如图7f所示的具有多个空腔的电极构型可以形成高效陶瓷电极。此外可以表明可以用约35mm2的电极面积来制造高电容电极，其因此比以迄今使用的电极明显更小。
[0225]
图9b对于图9b的实施例显示了损耗因数tanδ的温度依赖性，其在这种情况中在30和40℃之间的相关温度范围内也为约0.02或甚至更低。
[0226]
附图标记列表：
[0227]
1 陶瓷电极
[0228]
2介电层
[0229]2′
第一坯膜
[0230]
3电极层
[0231]3′
金属层
[0232]
4载体元件
[0233]4′
坯膜堆叠体
[0234]
5空腔
[0235]
6接触部件
[0236]
21介电层的第一表面
[0237]
21
′
第一坯膜的第一表面
[0238]
22介电层的第二表面
[0239]
22
′
第一坯膜的第二表面
[0240]
23介电层的空闲区域
[0241]
23
′
第一坯膜的空闲区域
[0242]
41
′
第二坯膜
[0243]
51聚合物糊
[0244]
d介电层的厚度
[0245]
b空闲区域的宽度。

技术特征：
1.陶瓷电极(1)，其具有作为机械稳定部件的载体元件(4)，厚度(d)小于或等于150μm的介电层(2)，和电极层(3)。2.根据权利要求1所述的陶瓷电极(1)，其中电极层(3)布置在介电层(2)的第一表面(21)上并将其部分覆盖，其中介电层(2)的第一表面(21)的空闲区域(23)不含电极层(2)，和载体元件(4)与该空闲区域(23)接触。3.根据权利要求2所述的陶瓷电极(1)，其中空闲区域(23)是介电层(2)的横向边缘区域。4.根据权利要求1至3中任一项所述的陶瓷电极(1)，其中空闲区域(23)的宽度(b)大于或等于介质层(2)的厚度(d)，其中宽度(b)对应于横向尺寸。5.根据权利要求1至4中任一项所述的陶瓷电极(1)，其中所述载体元件(4)的宽度大于或等于所述介电层(2)的厚度(d)，其中所述宽度对应于横向尺寸。6.根据权利要求1至5中任一项所述的陶瓷电极(1)，其具有电接触所述电极层的接触部件(6)。7.根据权利要求1至5中任一项所述的陶瓷电极(1)，其中20μm≤d≤100μm。8.根据权利要求1至7中任一项所述的陶瓷电极(1)，其中所述介电层(2)包含具有大于或等于15000的介电常数的陶瓷材料。9.根据权利要求8所述的陶瓷电极(1)，其中所述陶瓷材料选自(1-y)[pb
a
(mg
b
nb
c
)o
3-e
]+y[pb
a
ti
d
o3]和具有包含锰和稀土元素的掺杂剂的ba
m
(ti
n
zr
p
)o3。10.根据权利要求1至9中任一项所述的陶瓷电极(1)，其具有15至100mm2的横截面积和300至700μm的最大厚度。11.根据权利要求1至10中任一项所述的陶瓷电极(1)，其被配置并适合于附接到人体或人体的部分。12.根据权利要求1至11中任一项所述的陶瓷电极(1)，其中所述陶瓷电极(1)在所述载体元件(4)中具有一个或多个空腔(5)。13.具有布置在柔性印刷电路板上的根据权利要求1至12中任一项所述的陶瓷电极(1)的组合件。14.装置，其包括多个根据权利要求1至12中任一项所述的陶瓷电极(1)或多个根据权利要求13所述的组合件。15.制造陶瓷电极(1)的方法，其包括a提供至少一个第一坯膜(2
′
)，b在所述至少一个第一坯膜(2
′
)的第一表面(21
′
)上形成金属层(3
′
)，c通过在第一表面(21
′
)上施加包括第二坯膜(41
′
)的坯膜堆叠体(4
′
)来形成坯件，d对坯件进行脱脂，和e对坯件进行烧结，其中通过烧结由所述一个或多个第一坯膜(2
′
)形成具有厚度(d)的介电层(2)，其中厚度(d)小于或等于150μm。
16.根据权利要求15所述的制造陶瓷电极(1)的方法，其中金属层(3
′
)这样形成在第一表面(21
′
)上，以使得第一表面(21
′
)的空闲区域(23
′
)保持没有金属层(3
′
)，并且这样施加坯膜堆叠体(4
′
)，以使得其与空闲区域(23
′
)接触。17.根据权利要求15或16所述的制造陶瓷电极(1)的方法，其中坯膜堆叠体(4
′
)具有空腔(5)，该空腔在施加坯膜堆叠体(4
′
)之前填充有金属材料，并且该金属材料与金属层(3
′
)接触。18.根据权利要求15或16所述的制造陶瓷电极(1)的方法，其中坯膜堆叠体(4
′
)具有空腔(5)，烧结后在其中形成接触层，该接触层接触金属层(3
′
)。19.根据权利要求18所述的制造陶瓷电极(1)的方法，其中在施加坯膜堆叠体(4
′
)之前，用聚合物糊(51)填充空腔(5)，该聚合物糊通过脱脂和/或烧结被去除。20.制造陶瓷电极(1)的方法，其包括a提供包括第二坯膜(41
′
)的坯膜堆叠体(4
′
)，b对坯膜堆叠体(4
′
)进行结构化，以形成空腔(5)和临时载体元件，c通过将至少一个第一坯膜(2
′
)施加到结构化坯膜堆叠体(4
′
)上来形成坯件，其中第一坯膜(2
′
)的第一表面(21
′
)与结构化坯膜堆叠体(4
′
)接触，d对坯件进行脱脂，e对坯件进行烧结，其中通过烧结由所述一个或多个第一坯膜(2
′
)形成具有厚度(d)的介电层(2)，其中厚度(d)小于或等于150μm，和f在第一坯膜(2
′
)的第一表面(21
′
)上形成金属层(3
′
)，其中介电层的空闲区域(23
′
)保持没有金属层(3
′
)，以及形成接触层。21.根据权利要求20所述的制造陶瓷电极(1)的方法，其中在结构化之后用聚合物糊(51)填充空腔(5)，该聚合物糊通过脱脂和/或烧结被去除。22.根据权利要求20或21所述的制造陶瓷电极(1)的方法，其中所述结构化通过冲压工艺或激光工艺进行。23.根据权利要求15至22中任一项所述的制造陶瓷电极(1)的方法，其中所述空闲区域(23
′
)的宽度大于或等于所述介电层(2)的厚度(d)。24.根据权利要求15至23中任一项所述的制造陶瓷电极(1)的方法，其中所述金属层(3
′
)通过溅射、电镀工艺或丝网印刷形成。

技术总结
陶瓷电极，其具有作为机械稳定部件的载体元件、厚度(D)小于或等于150μm的介电层和电极层。极层。极层。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：TDK电子股份有限公司
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2023/8/9