CH631569A5 - Verfahren zum abgleichen des widerstandswertes eines thermistors. - Google Patents

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CH631569A5
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleichen des Widerstandswertes eines Thermistors, welcher auf einer der Flächen eines Körpers aus Thermistor-Halbleitermaterial zwei elektrische Kontakte aufweist und auf einer weiteren Fläche dieses Körpers einen weiteren dritten Kontakt, wobei der dritte Kontakt die zwei anderen ganz oder teilweise überlappt.

Bekanntlich ist ein Thermistor ein Halbleiter, der normalerweise aus keramikartigem Material besteht und ein Metalloxyd umfasst. Der keramische Grundkörper wird normalerweise aus einer gesinterten Mischung aus Manganoxyd, Nickeloxyd, Eisenoxyd, Magnesiumchromat oder Zinkchromat oder dergleichen gebildet. Ein Thermistor macht Gebrauch von den Widerstandseigenschaften eines Halbleiters. Thermistoren haben einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten spezifischen Widerstandes, wobei.der Widerstand des Thermistors mit steigender Temperatur abfällt.

Ein Thermistor wird an einen elektrischen Kreis angeschlossen, der den Widerstand des Thermistors in irgendeiner Art und Weise ausnutzt. Um eine elektrische Verbindung zu dem Thermistor herzustellen, ist der Thermistor mit Kontakten ausgestattet. Die Kontakte können verschiedenster Art sein. Sie können beispielsweise Kontaktflächen oder Knöpfe auf der Oberfläche des Thermistors aufweisen; ferner kann es sich um nackte Metalleiter handeln, die durch den Thermistor hin-durchgeführt sind und in Berührung mit dessen keramischem Material bestehen. Auch kann es sich um Leiter handeln, die angelötet oder anderweitig an den Körper des Thermistors angeheftet sind. Die Kontakte des Thermistors sind ihrerseits durch Leiter an andere Elemente des elektrischen Kreises angeschlossen.

Die keramischen Körper von Thermistoren sind auf verschiedenerlei Weise gebildet. Ein typischer Thermistor hat die Form einer Perle und ist etwas abgerundet. Er kann durch Ausformen oder Schneiden von einem Stab oder dergleichen gebildet sein. Eine weitere typische Thermistorform ist die Form einer mehrseitigen Tafel. Eine solche Tafel ist normalerweise sechsseitig und hat 2 grössere, einander gegenüberliegende Flächen sowie 4 schmälere Seitenflächen, die die grossen einander gegenüberliegenden Flächen darstellen. Ein tafelförmiger Thermistor kann beispielsweise aus einem grösseren Bogen oder jeglichem anderen Körper herausgeschnitten sein, der aus Thermistor-Material besteht; er kann aber auch durch Schmelzen hergestellt sein. Das keramische Material des Thermsitors kann praktisch in jeder beliebigen Grösse durch Formen oder Schneiden hergestellt werden. Zum Schneiden, Schleifen oder anderweitigen Formen von Thermistorkörpern auf bestimmte Grössen sind zahlreiche, verschiedenartige Techniken anwendbar, die jedoch allseits bekannt sind.

Der Widerstand eines Thermistors wird teilweise durch das Volumen des Halbleitermaterials bestimmt, aus welchem er besteht. Da die Stärke des Halbleitermaterials zwischen den Kontakten in einem ganz bestimmten Thermistor verringert ist, ist der Widerstand des Thermistors kleiner. Noch aussagekräftiger ist jedoch die Angabe, dass je mehr die Stärke des Thermistormaterials abnimmt, um so grösser wird die Änderung des Widerstandes bezüglich jeglicher Temperaturände-rung, welcher der Thermistor ausgesetzt ist. Wird in einem bestimmen Fall ein sehr genaues Einstellen des Thermistors gefordert, so ist es vorteilhaft, die Stärke des Halbleiterelementes des Thermistors so klein wie möglich zu wählen. Dies hat zur Herstellung von Perl- oder Plättchen-Thermistoren kleiner Abmessungen geführt; bei einem typischen Plättchen-Thermistor beträgt die Dicke des Halbleiters etwa 0,010 mm; die grösseren Flächen des Halbleitermaterials haben Abmessungen von 0,060x0,060 mm.

Eine Möglichkeit des Einstellens des Widerstandes des Thermistors besteht darin, einiges Halbleitermaterial zwischen den Thermistorkontakten zu entfernen. Die Halbleiter-Materialabschnitte des Thermistors sind jedoch normalerweise ein Massenerzeugnis, das in einheitlicher Weise hergestellt wird. Ein Entfernen eines Teiles des Halbleitermaterials aus einem

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einzelnen Thermistor lässt sich nur sehr schwierig vornehmen, ohne dass man hierfür einen besonderen Zeitaufwand treibt.

Eine weitere Grösse, die den Widerstand eines Thermistors bestimmt, ist die Oberfläche der elektrischen Kontakte des Thermistors, die an den Leitern anliegen, welche ihrerseits zu dem Thermistor führen. Dabei kommt es hauptsächlich auf jene Oberfläche der Kontakte an, mit denen sich das Halbleitermaterial des Thermistors tatsächlich in Berührung befindet. Der Widerstand eines Thermistors bei konstanter Temperatur und konstantem Druck lässt sich durch die folgene Gleichung ausdrücken: R = lt/A. Hierin bedeutet 1 den spezifischen Widerstand des Halbleitermaterials, t ist die Dicke des Halbleitermaterials aus der geringsten Entfernung zwischen seinen beiden Kontakten, und A bedeutet die Oberfläche des Berührungsmaterials bzw. des Halbleitermaterials (je nach Anordnung der Kontakte), das in den Stromfluss durch den Thermistor einbezogen ist (dies wird im einzelnen in der noch folgenden Beschreibung beschrieben werden).

Bestehen die Kontakte des Thermistors aus nackten Leiterabschnitten, die durch den Thermistor hindurchgeführt sind, so ist die Oberfläche der Thermistorkontakte, die sich tatsächlich in Berührung mit der Oberfläche des Thermistormaterials befindet, vorbestimmt; sie ist nicht variabel und im wesentlichen einer Veränderung nicht zugänglich. Deshalb kann der Widerstand eines solchen Thermistors durch Veränderung der Oberflächen der Kontakte auf dem Thermistorhalbleitermaterial nicht eingestellt werden.

Bei einem Thermistor, bei dem die metallischen, elektrischen Kontakte auf das Äussere des Halbleitermaterials aufgebracht werden, kann der Widerstand des Thermistors dadurch eingestellt werden, dass man einen Teil der Oberflächen der Kontakte des Thermistors von dem Halbleitermaterial des Thermistors abtrennt. Es wurde gefunden, dass bei einem Thermistor, der nur 2 metallische Kontakte aufweist, beispielsweise aus Silber oder Kupfer, und bei dem jeder Kontakt an einen zugehörenden elektrischen Leiter in einem Kreis angeschlossen ist und die Kontakte auf einander gegenüberliegenden Flächen des Thermistors angeordnet sind, bei Wegnahme von Material an der Oberfläche auf dem Halbleiter am Ort eines oder beider Kontakte um einen gewissen Betrag bzw. Prozentsatz der Widerstand des Thermistors ansteigt, entsprechend der maximalen prozentualen Wegnahme des Oberflächenmaterials eines der Kontakte. (Auch dies wird weiter unten noch im einzelnen erläutert werden.) Wird beispielsweise die Oberfläche von wenigstens einem der beiden Kontakte um 4% vermindert, dann steigt der Widerstand des Thermistors auch um 4% an, d. h. er hat einen Widerstand, der 4% mehr beträgt (in Ohm), als vor dem Abtrennen. Ist der Thermistor beispielsweise auf 5000 Ohm ausgelegt, so erlangt er nach dem zuvor erwähnten Trimmen einen Widerstand von 5200 Ohm. Wie oben erwähnt, haben Thermistoren normalerweise kleine Abmessungen. Die Oberflächen ihrer Kontakte auf der Oberfläche des Halbleitermaterials des Thermistors ist dementsprechend ebenfalls gering. Ein genaues Trimmen von beispielsweise 1% oder nur einem Bruchteil eines Prozentes des Materials eines Thermistorkontaktes ist demgemäss sehr schwierig.

Man kennt zahlreiche Verfahren zum Trimmen von Kontakten von Thermistoren. So kann ein Kontakt beispielsweise abgefeilt, abgeschmirgelt oder anderweitig geschliffen werden. Thermistoren sind derart klein und die Widerstandsänderung, die erforderlich sein kann, ist gelegentlich derart gering, dass bereits ein einmaliges, leichtes Reiben an einem Thermistorkontakt mittels einer leicht aufgerauhten Oberfläche genügend von dem Kontakt wegnehmen kann, um die Auslegung des Thermistors auf das gewünschte Mass zu verringern. Derartige Techniken, die von Hand oder mittels Reiben durchzuführen sind, um Thermistorkontakte zurechtzutrimmen, wie zuvor beschrieben, sind jedoch zeitaufwendig und können die Herstellung von Thermistoren und insbesondere das richtige Bemessen von deren Widerstand sehr aufwendig und teuer machen. Um dem abzuhelfen, wurde bereits ein Verfahren entwickelt, das die Laser-Technik verwendete, und zwar entweder für sich allein oder in Kombination mit dem Feinschleifen. Hierbei wird ein gebündelter Laserstrahl auf einen Thermistorkontakt gerichtet, um ein Stückchen dieses Kontaktes von gewünschter Grösse wegzubrennen.

Jegliches dieser Verfahren zum Trimmen eines Thermistorkontaktes, also beispielsweise das Feinschleifen, das Trimmen mittels Laserstrahlen usw. arbeitet innerhalb gewisser Toleranzgrenzen. Dies bedeutet, dass ein bestimmtes Trimmverfahren entweder etwas zu wenig oder etwas zu viel von einem Kontakt entfernt sein kann. Dies führt wiederum zu unerwünschten Unterschieden zwischen dem Istwert und dem Sollwert eines bestimmten Thermistors. Es wäre somit wünschenswert, ein Verfahren zu schaffen, das das Trimmen eines grösseren Prozentsatzes der Oberfläche eines Thermistorkontaktes erlaubt und dabei einen geringeren Prozentsatz der Widerstandsänderung des Thermistors herbeiführt. Bei einem solchen Verfahren hätte ein kleinerer Fehler bezüglich des Aus-masses, in welchem ein Thermistorkontakt zu trimmen ist, oder bezüglich der Toleranzen, innerhalb deren das Trimmen notwendigerweise zu sein hat, einen geringeren Einfluss auf den Endwert des Thermistors, als dies bei derzeit angewandten Trimmverfahren der Fall ist.

Dem Vernehmen nach soll es Thermistoren gegeben haben bei denen 2 verschiedene Widerstandsauslegungen gleichzeitig gegeben sind. Derartige Thermistoren haben 3 Kontakte, die an deren Oberflächen befestigt sind, statt den erwähnten zweien. Der dritte Kontakt ist dabei normalerweise grösser als die beiden anderen. Bei einem plättchenartigen Thermistor nehmen die beiden kleineren Kontakte eine Fläche des Halbleitermaterials ein, während der dritte Kontakt im wesentlichen die Gesamtheit der übrigen Fläche des Halbleitermaterials bedeckt. Ein derartiger Thermistor hat gleichzeitig zwei verschiedene Widerstandsauslegungen, je nachdem welche beiden der drei Thermistorkontakte an die Leiter eines elektrischen Kreises angeschlossen sind. Sind die Leiter an die beiden kleiner bemessenen Kontakte der einen Fläche des Thermistors angeschlossen, so hat der Thermistor einen ersten Widerstandswert. Sind die Leiter stattdessen an den einen der beiden Kontakte an der einen Fläche des Thermistors und an den grösser bemessenen Kontakt an der gegenüberliegenden Fläche des Thermistors angeschlossen, so hat der Thermistor einen zweiten, von dem ersten unterschiedlichen Widerstandswert. Diese Erscheinung ist darauf zurückzuführen, dass die Änderung bezüglich der Kontakte die gesamte Kontaktfläche und die Breite des Spaltes zwischen den Kontakten, d. h. die Dicke des Halbleitermaterials ändert.

Die Anwendbarkeit der Thermistoren mit drei Kontakten zum Zwecke einer genaueren Widerstandswertabgleichung von Thermistoren wurde indessen bisher nicht in Betracht gezogen.

Wird irgendeiner der Faktoren, die den Widerstandswert beeinflussen, geändert, so wird der Widerstand des Thermistors natürlich geändert.

Der Erfindung liegt demgemäs ganz allgemein die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum genauen Abgleichen des Widerstandswertes eines derartigen Thermistors anzugeben, d. h. ein Verfahren, mit welchem eine relativ grosse Änderung am Thermistor eine relativ kleine Änderung des Widerstandswertes des Thermistors herbeizuführen vermag. Ferner soll die Erfindung auf Thermistoren besonders kleiner Abmessungen anwendbar sein.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren gelöst, das gekennzeichnet ist durch den im Anspruch 1 definierten Verfahrensschritt.

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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt mithin darin, einen Teil eines der drei Kontakte in deren Überlappungsbereich zu entfernen, um den Widerstand des Thermistors in unerwarteter Weise zu ändern.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt einn Thermistor von dessen einer Stirnseite her gesehen.

Fig. 2 zeigt den Thermistor gemäss Fig. 1, der bereits getrimmt ist, in Draufsicht.

Fig. 3 zeigt den Thermistor in einer Ansicht von unten und

Fig. 4 zeigt diesen Thermistor in perspektivischer und teilweise schematischer Ansicht; hierbei ist der Thermistor auf eine Unterlage montiert, an einen Kreis angeschlossen und wird gerade geeicht.

Die Fig. 5,6 und 7 sind Ansichten verschiedener Thermistoren.

Die Fig. 7a und 7b veranschaulichen den Thermistor gemäss Fig. 7 in Diagrammform; alle diese Figuren zusammen veranschaulichen die Arbeitsweise der Erfindung.

Der Thermistor 10 gemäss der Fig. 1 bis 3 besteht aus einem gesinterten, metalloxydischen, keramischen Halbleiterkörper 12, der in üblicher, oben beschriebener Weise hergestellt ist. Der Körper 12 ist ein sechsseitiger Quader, der zwei einander gegenüberliegende grössere Flächen, nämlich die obere Fläche 14 und die untere Fläche 16 aufweist. Auf die gesamte obere Fläche 14 ist ein metallischer Kontakt 20 aufgebracht, dessen Fläche so gross ist, wie die Gesamtfläche 14 des Halbleiterkörpers 12. Kontakt 20 besteht aus einer Mischung von Silber und Glaskörnern; diese Mischung wurde geschmolzen und dann an der Oberfläche des keramischen Halbleitermateriales festgeschmort.

Unterhalb der unteren Fläche 16 des keramischen Körpers 12 sind Einzelkontakte 22 und 24 vorgesehen. Diese bestehen aus demselben Material wie der Kontakt 20. Die Kontakte 22 und 24 wurden ursprünglich in gleicher Weise wie Kontakt 20 als einzelne Schicht aufgebracht, die die gesamte Fläche 16 bedeckte. Um jedoch voneinander getrennte Kontakte 22 und 24 zu bilden, wurde die Einzelfläche auf der Unterfläche 16 durch Schneiden, Schleifen oder Feilen aufgeschnitten, um den Spalt 26 zu bilden, der somit frei von Kontaktmaterial ist. Um den Spalt vielleicht schmäler und auf jeden Fall in seinen Abmessungen genauer zu machen, so wie dies für genaues Einstellen des Thermistorwertes erforderlich ist, kann dieser Spalt auch mit der Laser-Technik hergestellt werden durch einfaches Heraustrennen mittels eines Laser-Strahles zwischen den Kontakten 22 und 24. Die Genauigkeit der Spaltbreite ist notwendig, damit der Unterschied der Widerstände des Thermistors über den gesamten Bereich der Temperaturen, denen der Thermistor ausgesetzt ist, konstant ist (lineare Funktion). Das Anordnen des Spaltes 26 wird danach ausgewählt, dass die Kontakte 22 und 24 im wesentlichen eine gleich grosse Berührungsfläche mit dem keramischen Körper 12 bilden. Eine derartige Flächengleichheit ist jedoch nicht entscheidend, wie die Formel für den Thermistorwiderstand, die im folgenden wiedergegeben werden soll, zeigen wird.

Mittels des Metalleiters 30, der in leitender Verbindung mit dem Kontakt 22 steht, sowie über einen zweiten Metalleiter 32, der in leitender Verbindung mit dem Kontakt 24 steht, kann der Thermistor 10 an einem elektrischen Kreis angeschlossen werden.

Der Widerstand von Thermistor 12 wird gemessen und beispielsweise als zu klein befunden. Gemäss der Erfindung wird ein Teil der Fläche einer seiner Kontakte, und zwar in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel seines dritten Kontaktes 20 zur Steigerung des Widerstandes von Thermistor 10 entfernt. Wie oben erwähnt, steigert dies den Widerstand des Thermistors nur um einen Bruchteil der Verminderung der Fläche dieses Kontaktes. Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, wurde ein Eckbereich 36 des Kontaktes 20 weggenommen, beispielsweise durch Entfernen mit der Laser-Methode, durch Feilen, Schleifen usw. Das Messen des Thermistorwiderstandes zeigt, dass er nunmehr den richtigen Widerstandswert hat.

In einer Abwandlung dieses Verfahrens kann Kontakt 20 weniger als die Gesamtheit der Fläche 14 einnehmen; die Kontakte 22 und 24 auf der Fläche 16 können jeweils von verschiedener Grösse sein; die Flächen 14 und 16 können jeweils verschiedene Grössen haben sowie weitere Abwandlungen dieser Kontakte und des gesamten Thermistor-Aufbaues sind denkbar.

In Fig. 4 ist ein Gerät, das zwecks Abgleichen des Thermistors verwendet wird, wiedergegeben.

Der Thermistor 10 soll unter bestimmten Werten der Temperatur, der Feuchtigkeit sowie anderen Umgebungsbedingungen einen bestimmten Widerstandswert haben. Der Widerstand des Thermistors wird unter Hinzuziehung eines bekannten Normwiderstandes gemessen und der Thermistorkontakt 20 derart getrimmt, dass der Widerstandswert des Thermistors 10 ein vorgegebenes Verhältnis zu dem bekannten Widerstand unter genauesten Messbedingungen einnimmt, d. h. der Widerstandswert des Thermistors gleicht dann dem bekannten Normwiderstand.

Thermistor 10 wird auf die Leiter 30 und 32 in der in Fig. 1 veranschaulichten Weise aufgelegt. Die Leiter sind Metallfolienstreifen, die auf eine nichtleitende, langgestreckte Unterlage 40 aufgeklebt oder anderweitig an dieser befestigt werden. Die Unterlage und die Leiter 30 und 32 enden gemeinsam an der Endfläche 42 der Unterlage 40 (siehe Fig. 4). Die Leiter-Endbereiche 44 und 46 sind mit Einsteckklemmen versehen. Die oberen Flächen der Metallfolienleiter tragen eine dünne Lötschicht zwecks Befestigung an den Kontakten 22 und 24.

Die Unterlage 40 wird derart eingeschnitten, dass sie zwischen den Leitern 30 und 32 einen Streifen 47 bildet. Der Streifen 47 wird verformt, und zwar angehoben, um einen Spaltraum zwischen diesem Streifen 47 und der übrigen Unterlage 40 zu schaffen.

Der Thermistoer 10 wird sodann in diesen Spaltraum unterhalb des Streifens 47 eingeschoben, wobei die Kontakte 22 und 24 auf die jeweiligen Leiter 30 und 32 zu liegen kommen; sodann wird der Streifen 47 wieder losgelassen. Die Unterlage besteht aus einem flexiblen plastischen Werkstoff, wie beispielsweise das Material Mylar. Der Streifen 47 hat das Bestreben, in seinen Ausgangszustand zurückzukehren und hält somit den Thermistor sicher an Ort und Stelle.

Dem Thermistor wird genügend Wärme zugeführt, um die Lötschicht zu schmelzen, so dass sowohl eine mechanische, als auch elektrisch leitfähige Verbindung zu den Kontakten 22 und 24 bzw. den Leitern 30 und 32 hergestellt wird. Die Lötschicht hat einen genügend geringen Schmelzpunkt, so dass der Thermistor nicht durch die Hitze beschädigt wird, die ihn an die Leiter anlötet. Es kann zweckmässig sein, eine hier nicht dargestellte Hülle über Thermistor, Unterlage und Leiter zu ziehen oder drumherum zu legen, um diese zu schützen.

Der Spalt 26 zwischen den Kontakten 22 und 24 kann gebildet werden, bevor Thermistor 10 auf die Leiter 30 und 32 aufgebracht wird. Die gesamte Unterlage stellt ein bequemes Mittel zum Halten des Thermistors an Ort und Stelle dar sowie zum Arbeiten mit dem Thermistor. Ein Thermistor ist recht klein, so dass schon deswegen dafür gesorgt werden muss, eine wirksame Haltervorrichtung zu haben, wenn man damit arbeitet. So kann auch daran gedacht werden, den Spalt 26 erst dann zu bilden, wenn man den Thermistor auf der Unterlage montiert hat, z. B. durch Leiten eines Laser-Strahles in Längsrichtung entlang der Mittellinie der Unterlage 40 in der Höhe der Metallschicht, aus dem die Kontakte 22 und 24 gebildet sind.

Es wird ein erstes Messinstrument 50 vorgesehen, um den

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Widerstand des elektrisch angeschlossenen Thermistors 10 zu messen. Das Messinstrument 50 zeigt den Widerstand einer Digitalskala 52 digital an. Die Strippen 54 und 56, die von dem Messinstrument kommen, werden an den Steckern 58 und 60 innerhalb der hohlen Klemmbuchse 62 angeschlossen. Die Öffnung, die in die Klemmbuchse 62 führt, ist derart gestaltet, dass sie sowohl die Unterlage 40, als auch die Leiterenden 44 und 46 sicher aufnehmen und eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterenden 44 und 46 und den zugehörigen Steckern 58 und 60 herstellen kann. Eine im Stecker vorgesehene Feder kann zusätzlich die Klemmen zusammenhalten. Auf diese Weise ist der Thermistor 10 über seine Kontakte 22 und 24 an das Messinstrument 50 angeschlossen. Ist das Messinstrument 50 in Betrieb gesetzt, so zeigt seine Digitalskala 52 den Widerstandswert von Thermistor 10 an.

Wie man aus Fig. 4 weiterhin erkennt, umfasst das Normgerät, mit welchem der Thermistor 10 verglichen wird, einen weiteren, quader- oder plättchenförmigen Thermistor 70, dessen Widerstand zuvor genau auf jenen Wert eingestellt worden ist, auf den Thermistor 10 eingestellt werden soll. Dieser Bezugsoder Eich-Thermistor soll dem einzustellenden genau gleichen, da Änderungen der Umgebungsbedingungen verschiedene Thermistoren verschieden beeinflussen könnten; die genaue Obereinstimmung der beiden Thermistoren vermeidet hingegen den Einfluss jeglicher Änderungen der Umgebungsbedingungen. Die Leiter 72 und 74 auf ihrer Unterlage 75 sind an dieselben Kontakte des Thermistors 70 angeschlossen; sie sind ebenfalls an ein zweites Messinstrument 80 angeschlossen, dessen Digitalanzeige 82 den Widerstandswert des Thermistors 70 anzeigt.

Der Thermistor 10 und das ihm zugeordnete Eichgerät, d. h. der Thermistor 70, werden in die Kammer 84 eingeführt. Das wichtigste der entscheidenden Merkmale von Kammer 84 besteht darin, dass sämtliche Bedingungen der Temperatur, des Druckes, der Feuchtigkeit, des Luftzustandes usw. für beide Thermistoren 10 und 70 die gleichen sind.

Bei dem in Fig. 4 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel wird der Thermistor vor dem Trimmen auf einen Wert von 4,910 Ohm gebracht, während Thermistor 70 den Wert von 5000 Ohm erhält. Der Widerstandswert des Thermistors 10 ist somit 1,8% geringer als der Widerstandswert von Thermistor 70.

Entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren wird Thermistorkontakt 20 auf Thermistor 10 nunmehr derart getrimmt, dass ein Teil der Fläche des Kontaktes entfällt, beispielsweise durch entsprechendes Formen eines Ausschnittes 36, so wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Um den Widerstandswert des Thermistors 10 um ungefähr 1,8% auf 5000 Ohm anzuheben, müssen 10% des Thermistorkontaktes 20 weggenommen werden. Ein Laser 90 wird in die Kammer 84 eingebracht und derart angeordnet, dass sein gebündelter Lichtstrahl auf eine Ecke des Kontaktes 20 gerichtet wird. Um den Kontakt zu trimmen, wird der Laser aktiviert und sodann bewegt, so dass der Laserstrahl genau die Menge des Kontaktmaterials wegbrennt, die für eine genaue Auslegung des Thermistors notwendig ist.

In der Praxis ist ein genaues Messen der Fläche des Kontaktes 20 und des hiervon zu entfernenden Anteiles nicht notwendig. Die Widerstände der Thermistoren 10 und 70 können laufend erfasst werden, während die Oberfläche des Kontaktes 20 getrimmt wird, so lange, bis die gemessenen Widerstandswerte der beiden Thermistoren 10 und 70 miteinander übereinstimmen.

Durch Trimmen der Kontakte unter wenigstens teilweiser Anwendung von Abrasion oder Laser-Technik kann die Temperatur des Thermistors 10 leicht ansteigen, der Temperaturanstieg ist jedoch minimal. Sobald das Trimmen vollendet ist, nimmt die Thermistortemperatur schnell jenen Wert an, der in der Kammer 84 herrscht. Beim Laser-Trimmen tritt eine fast vernachlässigbare Temperaturänderung des Thermistors 10 auf. Bereits nach sehr wenigen Sekunden kehrt die Widerstandsanzeige auf Skala 52 üblicherweise wieder auf einen konstanten Wert zurück.

Beim empirischen Beobachten des obengenannten Trimmens versuchte der Erfinder die theoretische Grundlage für die beobachtete Änderung des Widerstandes eines Thermistors herauszufinden. Hierbei ergab sich die folgende Erklärung, die zusammen mit der Betrachtung der Fig. 5-7 verstanden werden sollte.

Fig. 5 zeigt eine herkömmlichen Zwei-Kontakt-Thermistor 100, der an seiner Unterseite und an seiner Oberseite jeweils mit Kontakten 101 und 102 gleicher Flächenabmessungen versehen ist. Der Widerstandswert des Thermistors 100 wird anhand der folgenden Formel ermittelt:

R = lt/A

Die hierin verwendeten Symbole haben bei Normaltemperatur (25 °C) und Normaldruck (1 Atmosphäre) die folgenden Bedeutungen: R = Widerstand; 1 = spezifischer Widerstand des Halbleitermaterials (ein Merkmal des besonderen Materials und der jeweils herrschenden Temperatur und des Druk-kes); t = Dicke des Thermistors, d. h. des Abstandes zwischen den Kontakten 101 und 102; A = die Fläche der überlappenden Kontaktzone der Kontakte 101 und 102. In Fig. 5 haben die beiden Kontakte 101 und 102 dieselbe Fläche und befinden sich ausserdem übereinander, wobei A = LW ist. Werden beispielsweise 10% der Kontaktzone von Kontakt 102 weggenommen, so würden die Kontakte 101 und 102 nur 90% der Fläche von Kontakt 101 überlappen. Die Grundformel zeigt, dass der Widerstand von Thermistor 100 um 10% zunehmen würde. Dieselbe Änderung würde natürlich dann eintreten, wenn beide Kontakte 101 und 102 um 10% ihrer Oberflächen vermindert würden. Fig. 6 zeigt einen anderen Typ eines Plättchen-Thermi-stors 103. Bei diesem befinden sich die beiden Kontakte 104 und 105 auf derselben Fläche 106 des plättchenförmigen Körpers 107 aus Halbleitermaterial. Im Falle eines dünnen Plättchens 107 aus Halbleitermaterial ist wiederum dieselbe Grundformel anwendbar: R = lt/A. Wie jedoch ebenfalls aus Fig. 6 hervorgeht, ist bei einem dünnen Plättchen «A» abhängig von der Dickenabmessung des Körpers 107 entlang der Seite 109 mit dem einen Kontakt 104 bzw. 105, der sich längs seines Randes erstreckt und die kleinere Länge «L» aufweist, t ist die Breite des Spaltes 110 zwischen den Kontakten 104 und 105. A hängt von der Länge L der Kontakte 104 und 105 entlang 109 ab; bei A wird nur das L betrachtet, über welche sich die Kontakte erstrecken. Sofern ein Kontakt 104 oder 105 ein kleineres L als der andere hat, ist das kürzere L, das in die Berechnung von A eingeht. Man beachte hierbei, dass die jeweiligen Breiten der Kontakte 104 und 105 keinen Einfluss auf R haben, wobei, wie oben erwähnt, keine grosse Sorgfalt auf die Anordnung des Spaltes 110 gelegt werden muss, wenn auch eine Beachtung seiner Breite von grösserer Bedeutung ist.

Um den Widerstand des Thermistors 103 zu verändern,

wird die Länge L von einem oder beiden Kontakten 104 und 105 entsprechend vermindert. Wird L10% kleiner, so steigt R entsprechend der Formel um 10%.

Fig. 7 zeigt einen Thermistor 120 mit drei Kontakten. Er umfasst ein Element 122 aus Halbleitermaterial, den Kontakt 124, der sich über die Gesamtfläche erstreckt, und die beiden durch einen Spalt voneinander getrennten Kontakte 126 und 128 auf der gegenüberliegenden Seite. Die in Fig. 7 gemachten Angaben betreffen die Abmessungen eines Ausführungsbeispiels eines solchen Thermistors in mm.

Fig. 7a zeigt, dass bei dem Thermistor 120 drei verschiedene Werte für Rs und ts zwischen den drei verschiedenen Paaren der Kontaktkombination vorliegen. Fig. 7b zeigt, dass die

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Widerstände des Thermistors 120, Ri und R2, in Reihe und die beiden mit einem dritten Widerstand R3 parallel geschaltet sind. Der Widerstand von Thermistor 120 kann in folgender Weise berechnet werden:

Ri = 1-ti/Ai = 25,4-103 (• 0,254)/* 0,712(-1,53)~5950.

spielsweise durch Abschleifen eines keilförmigen Abschnittes, der den Leiter 124 umfasst, oder durch Ausschleifen eines rechteckigen Abschnittes, der die beiden Leiter 124 und 126 erfasst. In jedem Falle wird Ai um 10% vermindert und R2 entspre-5 chend der Formel Ri = lti/Ai um 10% erhöht. In unserem Beispiel ergeben 110% von Ri 6.545.

Hierin bedeutet Ai daskleinste LxW, über welches die Rtotal(neu)=5.95+6.545(6.67)/5.95+6.545+6.67=4349 Ohm.

Kontakte 124,126 überlappen (wie oben definiert). 1 ist eine

Konstante für das in Rede stehende Halbleitermaterial bei Nor- '» Die Änderung von Rtotai auf Rtota[ (neu) beträgt 79 Ohm. 79 maltemperatur und Normaldruck. ( £2 • mm) Ohm sind 1,85% des Ausgangswertes von 4270 Ohm von Ther mistor 120, wobei eine Änderung von 10% der Oberfläche eines R2 = H2/A2 = 25,4 • 103 ( • 0,254)/ • 0,712( • 1,53)~5950. Kontaktes des Thermistors 120 nur 1,85% Änderung seines

Widerstandes hervorruft.

Hierin bedeutet A2 das kleinste LxW, über welches die 15 Es sei daran erinnert, dass die vorausgegangenen Formeln Kontakte 124,128 überlappen. auf der Annahme beruhen, dass ein dünnes Plättchen aus Halb leitermaterial verwendet wird, und dass Randeffekte vernach-R3 = U3/A3 = 25,4103 (•01)/-025(* 1,53)~6670. lässigt werden. Randeffekte bedeuten vornehmlich Streufeld-

Verluste aufgrund der Stärke des Halbleitermaterials, indem Hierin bedeutet A3 die Fläche 129 (wie in Verbindung mit 20 einige Feldlinien aus dem direkten Weg zwischen den beiden Fig. 6 erörtert). * Kontakten 126,128 ausscheren.

Der Widerstand des in Fig. 7b wiedergegebenen Kreises Bei einer Untersuchung, die an einem erfindungsgemäss ermittelt sich wie folgt: getrimmten Thermistor durchgeführt wurde, wurde eine Stei gerung des Widerstandes von 2% als Folge einer Verminderung Rto,ai=(Ri+R2)R3/Ri+R2+R3=10'(11.9)6.67/18.57=4270 25 Von 10% der Kontaktfläche 124 festgestellt. Diese Diskrepanz Ohm von 0,015% von der theoretischen Änderung des Widerstandes geht möglicherweise zurück auf die Stärke des Plättchens, auf Werden 10% der Fläche von Kontakt 124 vom Thermistor Randeffekte, auf Änderungen der normalen Umweltbedingun-120 entfernt, beispielsweise durch Abnehmen des Eckenbe- gen usw. Die Diskrepanz ist jedoch im Zusammenhang mit dem reichs 130, so wird Ri verändert. Ein derartiges Trimmen des 30 Auslegen oder Bemessen des Thermistorwertes unbedeutend, Kontaktes 124 kann mittels Laser-Technik oder auf andere insbesondere wenn man die in Fig. 4 veranschaulichte Methode Weise geschehen, wobei ein Teil des Kontaktes 124 oder die anwendet, bei der der Wert des Thermistors ständig überwacht gesamte Seitenkante des Thermistors einschliesslich des Kör- wird.

pers aus Halbleitermaterial abgenommen werden kann, bei-

G

2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

631569
1. Verfahren zum Abgleichen des Widerstandswertes eines Thermistors (10), welcher auf einer der Flächen (16) eines Körpers (12) aus Thermistor-Halbleitermaterial zwei elektrische Kontakte (22,24) aufweist und auf einer weiteren Fläche (14) dieses Körpers (12) einen weiteren dritten Kontakt (20), wobei der dritte Kontakt (20) die zwei anderen (22,24) ganz oder teilweise überlappt, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Teil (36) wenigstens eines Kontaktes (20,22,24) entfernt, um dessen Kontaktfläche zu verringern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Fläche (14) des dritten Kontaktes (20) zum Abgleichen benützt.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf den beiden ersten Kontakten (22,24) elektrische Leiter (30,32) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter an ein den Widerstand des Thermistors messendes Gerät angeschlossen werden, und dass der Widerstand des Thermistors gemessen wird; dass der gemessene Widerstand des Thermistors mit einem Eichwert verglichen wird, und dass die Kontaktfläche so lange in ihrer Grösse verringert wird, bis der gemessene Widerstand des Thermistors ein vorbestimmtes Verhältnis zu dem Eichwert einnimmt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Vermindern der Fläche wenigstens eines Kontaktes (20) der Widerstand des Thermistors (12) nach der folgenden Gleichung verändert wird:
R-total = (Ri + R2)R3/Ri + R2+ R3,
wobei Rtotal der Widerstand des Thermistors bedeutet; und
Ri = lti/Ai wobei Ai die kleinste Zone auf den einander gegenüberliegenden Flächen des Thermistors bedeutet, über die einer der beiden Kontakte auf der einen Fläche und der dritte Kontakt auf der gegenüberliegenden Fläche einander überlappen, wobei ti die Dicke des Halbleiter-Thermistormaterials zwischen den beiden überlappenden Kontakten und 1 eine Konstante für ein bestimmtes Halbleitermaterial ist;
R2 = It2/A2,
wobei Ai die kleinste Zone auf den einander gegenüberliegenden Flächen des Thermistors ist, über welche der andere der beiden Kontakte auf der einen Fläche und der dritte Kontakt auf der gegenüberliegenden Fläche einander überlappen, und wobei t2 die Dicke des Halbleiter-Thermistormaterials zwischen den zwei überlappenden Kontakten ist;
R3 = It3/A3,
wobei A3 eine Fläche ist, welche durch den Abstand zwischen den gegenüberliegenden Flächen und der Länge des Überlappungsbereichs des kürzeren der beiden Kontakte und des dritten Kontaktes bestimmt ist, und ferner t3 die Breite des Spaltes zwischen den beiden Kontakten (22,24) auf der einen Thermistorfläche (16) bedeutet.
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