CN101484784B - 具有传感器元件的电部件、封装传感器元件的方法和制造板装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有嵌入到板装置中的传感器元件(1)的电部件。所述板装置包括至少三个板(21、22、23)和布置在这些板之间的印制导线(31、32、33)，所述印制导线与所述传感器元件(1)导电连接。至少两个所述印制导线具有暴露的区域(31a、32a)。此外本发明涉及用于封装传感器元件(1)的方法和用于制造板装置的方法。

Description

具有传感器元件的电部件、封装传感器元件的方法和制造板装置的方法
具有传感器元件的部件由文献DE 10139109 A1已知。由文献DE197 40 262 C1已知一种用于NTC热敏电阻的烧结陶瓷。
要实现的目的在于，说明一种具有传感器元件的电部件，该电部件具有高的机械稳定性且可以采用成批的成本低廉的方法来制造。
其它要实现的目的在于，说明一种用于封装传感器元件的方法以及一种用于制造具有集成印制导线的板装置的方法。
根据第一优选的实施方式，说明一种具有传感器元件的电部件，该传感器元件嵌入到板装置中。板装置包括至少三个板和在这些板之间所布置的印制导线，所述印制导线与传感器元件导电连接。至少两个所述印制导线具有暴露的区域。
构造为连接件的部件以高的机械稳定性为特征，且适合用于高温应用。
根据第二优选实施方式，说明一种具有板装置和在该板装置中所包含的传感器元件的电部件。板装置包括至少三个具有有印制导线的板。传感器元件通过布置在位于末端的板的内侧的印制导线与中间板的印制导线导电连接。位于末端的板的内侧是该板的面向中间板的、即背离外面的侧。
下面说明两个优选实施方式的有益扩展方案。
传感器元件优选地被构造为耐高温的温度探头。传感器元件在一种有利的变型方案中被构造为NTC热敏电阻，且包括含有NTC陶瓷的体。NTC表示负温度系数(Negative Temperature Coefficient)。NTC陶瓷优选地耐老化。陶瓷组分优选地基于具有钙钛矿结构的均相系BaII xLaIII 1-xTiIV x+yCoII yCoIII 1-x-2yO3。具有所述组分的陶瓷以在温度测量方面的高灵敏性为特征。其它的特别是在文献DE 197 40 262 C1中记载的陶瓷材料也适合于传感器元件。该文献的有关陶瓷材料的公开内容被引用于此。
体优选地是具有任意横截面的平坦产品。体例如可以被构造为盘。在体的两个主面上优选设有电极，所述电极与板装置的至少一个所述印制导线导电连接。
体优选被烧结。印制导线例如采用丝网印刷方法施加和煅烧到优选作为导电的膏(导电膏)的板上。导电膏也用于在不同的印制导线之间以及在印制导线和传感器元件之间连接，导电膏优选含有由AgPt、AgPd和/或Pt构成的颗粒。印制导线(Leiterbahn)和具有这种特性的电连接以高的耐氧化/还原性为特征。
板的大小优选这样选择，使得在板装置的至少一个区域中形成具有印制导线的暴露的区域的梯级。
板优选具有互不相同的横向尺寸。在一种有利的变型方案中，横向尺寸从下向上减小，或者相反。在另一种变型方案中，中间板可以大于两个位于末端的板，从而中间板的区域突出。
板包括两个位于末端的板和布置在这两个位于末端的板之间的中间板，在所述中间板中优选地构造用于容纳传感器元件的通孔。该孔原则上可以用旁洞(Nische)来代替，所述旁洞通过如下措施来形成，即中间板相对于位于末端的板移位。该旁洞的尺度优选与传感器元件的尺度匹配。
至少一个所述位于末端的板也可以具有孔，然而所述孔的截面大小优选明显小于传感器元件的截面大小。
在一种有利的变型方案中，在第一位于末端的板上构造与传感器元件导电连接的第一印制导线。第一印制导线的暴露的区域优选形成部件的第一接触面。
在中间板上优选设有第二印制导线。第二印制导线的暴露的区域优选形成部件的第二接触面。
两个接触面优选可从部件的同一侧接触。但也可以从两个相对侧接触所述接触面。
在第二位于末端的板的内侧、即面向中间板的主面上优选设有第三印制导线，该第三印制导线将传感器元件与第二印制导线导电连接。第三印制导线优选完全埋藏在板装置中。
在另一变型方案中，在中间板的两个主面上设有印制导线，所述印制导线通过在相应的位于末端的板的内侧上所构造的、优选隐藏的印制导线与传感器元件导电连接。
板优选包括电绝缘的陶瓷，该陶瓷例如包括Alox或Si3N4。通过将传感器元件集成在具有绝缘特性的稳定板的复合结构(Verbund)中来确保在部件的运行中良好的电绝缘。
连续的板在没有印制导线的区域中优选地通过连接层相互连接。连接层优选是硬化的
Figure G2007800255850D00031
陶瓷粘接剂。连接层优选地包括A12O3颗粒。连接层可以含有高温玻璃，所述高温玻璃的软化温度高于1000℃。
印制导线优选与板装置的侧边缘相间隔。印制导线的暴露的区域特别是可以相对于梯级边缘缩进。
印制导线优选具有10至100微米的厚度。传感器元件的电极优选具有至20微米的厚度。板优选具有0.2至1mm的厚度。
所述的部件可以用于在1000℃范围内的温度测量。因此有利的是，印制导线的作为接触面设置的区域与外部的连接线焊接。
板装置可以布置在金属套管中。
此外，说明一种用于封装传感器元件的方法。该方法包括下述步骤。首先准备具有印制导线的三个板和传感器元件。将下部板和中间板接合，并将传感器元件插入到中间板的孔中，其中传感器元件接触下部板的印制导线。在该印制导线的、在插入传感器元件之前暴露的区域上优选布置导电膏，所述导电膏随后在煅烧之后在传感器元件与印制导线之间产生稳定的导电连接。将上部板与中间板如此连接，使得传感器元件被包围在板之间，其中布置在上部板的下侧的印制导线接触中间板的印制导线和传感器元件。
在施加上部板之前，可以在传感器元件和/或中间板的印制导线上布置导电膏，所述导电膏在煅烧之后在传感器元件和上部板的印制导线之间以及在上部板和中间板的上下叠置的印制导线之间产生稳定的导电连接。
上下叠置的板的彼此相遇的位于内部的印制导线可以替代地采用下述方法牢固地相互连接。从下方将导电膏引入到在布置在板之间的中间腔中，该中间腔包括上下叠置的印制导线的区域。导电膏优选经由在最下部的板中所构造的孔被引入。
在施加上部板之后，将具有被包围的传感器元件的板装置优选加热至约为800-1100℃的温度，其中导电膏被煅烧。
现在根据非按正确比例的示意图来说明具有嵌入式传感器元件的部件以及方法步骤。其中：
图1示出接合下部板和中间板；
图2示出插入传感器元件；
图3示出施加上部板；
图4示出将导电膏从下方注入到板装置的内腔中；
图5示出将上部板施加到中间板上，其中在连接所述板之前将导电膏布置在印制导线之间；
图6示出制好的具有集成传感器元件的板装置；
图7示出板装置在无印制导线的区域中的横截面；
图8示出从上方观察的根据图6、7的板装置的视图。
图1示出第一位于末端的板21和中间板22，其被接合。在接合之前，将在图7中可看到的连接层51施加到至少一个所述板上。
在板21上施加有第一印制导线31，在板22上施加有另一印制导线32。印制导线31、32的长度如此选择，使得它们与相应板的边缘相间隔。
板22具有通孔27。在连接板21、22之后(图2)，由中间板22的孔27和下部板21的表面形成盲孔(Sackloch)，在该盲孔的底上设有第一印制导线31的一部分。在该盲孔中插入导电膏41，然后插入传感器元件1。
传感器元件1包括体10和两个电极11、12，所述体10布置在这两个电极之间。体10的厚度优选基本等于中间板22的厚度。
导电膏(Leiterpaste)41布置在传感器元件1的下部电极11和印制导线31之间。
接下来，第二位于末端的板23与中间板和布置于其中的传感器元件连接(图3)。在接合之前，在板22、23的至少一个上施加在图7中可看到的连接层52。
在板23的向内的侧面上设有第三印制导线33，该第三印制导线一方面与传感器元件1的电极12匹配，另一方面与第二印制导线32匹配。
在板23中优选地构造通孔28，该通孔在图4中所提出的变型方案中被设置用于将导电膏引入到在板22、23之间所形成的内腔中。该孔可以通至印制导线33的任一位置。
在图4中所提出的方法变型方案中，将迄今所构成的板装置翻转。经由第二位于末端的板23的孔28从下方注入导电膏42。在对板装置加热时，导电膏42将印制导线33的整个面润湿，其中特别是实现在印制导线32、33之间的以及在印制导线33和传感器元件的电极12之间的牢固的和电的连接。
在图5中提出另一变型方案，其中尚在施加板23之前在至少一个导电面上布置导电膏42、43，视板装置的方向而定，所述导电面选自印制导线32、33和传感器元件的电极12。在这种情况下可以省去孔28。
制好的板装置在图6、7和8中示出。在此，在图7中示出平行于板装置的纵向的截面图AA。在该区域中，板装置没有印制导线。
在板21、22之间布置连接层51，在板22、23之间布置另一连接层52。连接层52的厚度可以略微厚于层51，因为在板22、23之间相叠地布置两个印制导线32、33，而在板21、22之间只布置一个印制导线31。
板21、22、23的尺寸如此被确定和如此上下叠置，使得它们的边缘在横向层面中在至少一侧相互错开。第一和第二印制导线31、32的区域31a、32a在此情况下暴露。暴露的区域31a、32a形成接触面，所述接触面可从同一侧(在图6中为从上方)接触。
所述的部件并不局限于在图中所示的元件的形式与数量以及所述的材料。
附图标记
1             传感器元件
10            传感器元件的体
11、12        传感器元件的电极
21            下部板
22            中间板
23            上部板
27、28        孔
31、32、33    印制导线
31a           印制导线31的暴露的区域
32a           印制导线32的暴露的区域
41、42、43    导电膏
51、52        连接层

Claims (15)

1.具有传感器元件的电部件，其中
-至少存在一个下部板(21)、一个中间板(22)和一个上部板(23)，并且所述中间板(22)被布置在所述下部板(21)和所述上部板(23)之间；
-所述中间板(22)具有通孔(27)或者旁洞，如此形成所述旁洞，使得所述中间板(22)相对于所述下部板(21)和所述上部板(23)移位；
-所述传感器元件(1)被布置在所述下部板(21)和所述上部板(23)之间在所述孔(27)或者旁洞中；
-在所述下部板(21)上布置有第一印制导线(31)，所述第一印制导线(31)与所述传感器元件(1)的电极(11)导电连接；
-在所述中间板(22)上布置有第二印制导线(32)，所述第二印制导线(32)借助于被构造在所述上部板(23)的向内的侧面上的第三印制导线(33)与所述传感器元件(1)的另一电极(12)导电连接；以及
所述第一印制导线(31)和所述第二印制导线(32)具有暴露的区域(31a、32a)，所述暴露的区域(31a、32a)形成所述部件的第一和第二接触面。
2.如权利要求1所述的电部件，其中
所述传感器元件(1)是温度探头并且包括含有NTC陶瓷的体(10)。
3.如权利要求2所述的电部件，其中所述NTC陶瓷具有陶瓷组分，所述陶瓷组分基于具有钙钛矿结构的均相系
BaII xLaIII 1-xTiIV x+yCoII yCoIII 1-x-2yO3。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电部件，其中
导电膏被用于不同印制导线之间的连接以及印制导线和传感器元件之间的连接，所述导电膏含有由AgPt、AgPd和/或Pt构成的颗粒。
5.如权利要求1至3中任一项所述的电部件，其中
所述第一和第二印制导线(31、32)的暴露的区域(31a、32a)从同一侧被接触。
6.如权利要求1至3中任一项所述的电部件，其中
所述下部板(21)、所述中间板(22)和所述上部板(23)包括电绝缘的陶瓷。
7.如权利要求1至3中任一项所述的电部件，其中
所述下部板(21)、所述中间板(22)和所述上部板(23)在没有所述第一印制导线(31)、所述第二印制导线(32)和所述第三印制导线(33)的区域中通过连接层(51、52)相互连接。
8.如权利要求1所述的电部件，其中
所述第一印制导线(31)、所述第二印制导线(32)和所述第三印制导线(33)分别作为导电膏被施加到所述下部板(21)、所述中间板(22)和所述上部板(23)上。
9.用于封装传感器元件的方法，具有步骤：
-提供三个板(21、22、23)和传感器元件(1)，在所述三个板(21、22、23)上分别布置有印制导线(31、32、33)，
-将下部板(21)和中间板(22)接合，使得所述下部板(21)的印制导线(31)被布置在所述下部板(21)和所述中间板(22)之间并且所述中间板(22)的印制导线(32)位于所述中间板(22)的背离所述下部板(21)的一侧上；
-所述传感器元件(1)被插入到所述中间板(22)的孔(27)中或者被插入到旁洞中，使得所述传感器元件(1)的电极(11)与所述下部板(21)的印制导线(31)导电连接，其中如此形成所述旁洞，使得所述中间板(22)相对于所述下部板(21)错开，以及
-所述上部板(23)如此与所述中间板(22)连接，使得所述传感器元件(1)被布置在所述下部板(21)和所述上部板(23)之间并且所述上部板(23)的印制导线(33)与所述传感器元件(1)的另一电极(12)以及与所述中间板(22)的印制导线(32)导电连接。
10.如权利要求9所述的方法，其中
导电膏被用于不同印制导线之间的连接以及印制导线和传感器元件之间的连接，所述导电膏含有由AgPt、AgPd和/或Pt构成的颗粒。
11.如权利要求9所述的方法，其中
在所述上部板(23)中形成通孔(28)并且
在所述上部板(23)与所述中间板(22)连接之后通过所述通孔(28)注入导电膏(42)。
12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中在所述下部板(21)的印制导线(31)和布置在其上的所述传感器元件(1)的所述电极(11)之间布置导电膏(41)并且在所述上部板(23)的印制导线(33)和所述传感器元件(1)的所述另一电极(12)以及所述中间板(22)的印制导线(32)之间布置导电膏(42)。
13.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述下部板(21)、所述中间板(22)和所述上部板(23)的尺寸如此被确定和如此上下叠置，使得它们的边缘在横向层面中在至少一侧相互错开，并且所述下部板(21)和所述中间板(22)的所述印制导线(31、32)的区域(31a、32a)暴露，使得暴露的区域(31a、32a)形成接触面，所述接触面从同一侧被接触。
14.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中在所述下部板(21)和所述中间板(22)之间布置一连接层(51)并且在所述中间板(22)和所述上部板(23)之间布置另一连接层(52)。
15.如权利要求9所述的方法，其中
所述第一印制导线(31)、所述第二印制导线(32)和所述第三印制导线(33)分别作为导电膏被施加到所述下部板(21)、所述中间板(22)和所述上部板(23)上。
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