CN102809441B - 作为倒装芯片安装在电路板上的温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造温度传感器的方法，其中，使至少100欧姆的、由铂制成的铂导轨(42)经由Pt接触区(41)与两个由铜制成的导轨(12、16)相连接，并且，由铂制成的铂导轨(42)以薄层技术加工成至少10mm长、3至50μm宽以及0.1至5μm厚的铂导轨，该铂导轨位于0.1至1mm厚的陶瓷基板(40)的1至10mm2大小的矩形表面上，所述铂导轨在其两端过渡至以20至500倍加宽的Pt接触区(41)中，根据本发明实现了，两个加宽的Pt接触区(41)在这些Pt接触区(41)的内部进行加工；在两个于内部加工的区域上涂覆金属贴；以及烘烤上金属贴，从而使由金属贴形成的银铂厚层软垫(3)通过氧化成分而固定在陶瓷基板(40)的、由Pt接触区(41)的内部结构自由接触到的氧化表面上。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度传感器，其具有固定在电缆的两个芯线之间的电路板，并且还涉及该温度传感器的制造，其中，由铂制成的导轨经由两个接触区与电路板的两个导轨相连接，其中，铂导轨以薄层技术加工成0.1至1m长、10至100μm宽以及1至5μm厚的铂导轨，该铂导轨位于0.1至1mm厚的陶瓷板的1至10mm2大小的矩形表面上，该铂导轨在其两端过渡至以2至5倍加宽的接触区中。
背景技术
DE3939165C1公开了一种温度传感器，其中，塑料箔在正、反面分别与一连接电缆连接，并且在箔的一侧设有构件，该构件经由正、反面的导轨与连接电缆连接。然而，电缆接触部适用于自动化制造。而且，这种挠性箔在其它文献中区别于挠性平板而被称为挠性电路板。因此，该形容词描述了与平板的区别，既不是指平板、也不是指电路板。
G8716103公开了一种经由电路板导轨的测量电阻的双面接触部，其中，经由贯穿接触部实现与电路板反面的导轨的接触。在持久可靠且精确的温度测量、以及再利用性和坚固构造方面，这种设置方案是可以进行改善的。
G29504105公开了一种连接电路板，其具有形成于连接电缆和功能构件之间的曲折延伸的电流通路。其中并没有反面接触。
DE3127727公开了一种用于测量温度的装置，其中，电阻设置在基板的正、反面上，并且分别在对应的侧面上形成电连接。并没有设置附加的电路板。
EP0809094公开了一种用于制造传感器设备的方法，采用温度敏感的测量电阻进行温度测量，测量电阻在陶瓷基板上具有形成为电阻层和接触面的金属薄膜，其中，电阻层由电绝缘保护层覆盖，而接触面是导电的，并且接触面直接与耐高温电路板上的相互电绝缘的导轨形成牢固的力学连接。测量电阻与电路板的一端接触。在电路板连接测量电阻的相反一端上设有用于连接载体或电缆的接触面。在用于连接和固定测量电阻的接触面上，直接在将测量电阻置于耐高温电路板上之前，首先于电路板上涂覆一个仍潮湿的厚膜导电贴，测量电阻以其自由接触面设置在该厚膜导电贴上，并且在加温到1000℃的过程中使该厚膜导电贴烘烤在电路板上，由此形成接触和固定。在一个实施方案中，在承载电路板的正、反面各设有一个连接器接触面。然而这种方法耗费工本。
DE19742236公开了一种温度传感器，其具有纵向延伸的电路板，该电路板具有至少一个导轨，该导轨位于由耐高温材料制成的基板上，并且该基板具有电绝缘的表面，其中，在该表面上设有两个与导轨连接的连接接触区，这两个连接接触区通过熔化工艺与连接电缆的连接导线的端部形成电连接。第一连接接触区设置在印刷电路板的正面，第二连接接触区设置在印刷电路板的反面。电路板由环氧树脂、三嗪、聚酰亚胺、或聚四氟乙烯构成。导轨在俯视图中呈曲折状延伸，并且在连接接触区的区域上形成平面。由此提供了一种持久可靠精确测量温度的传感器，该传感器具有简单坚固的结构和较高的质量。
AT502636涉及温度传感器的制造，其中，于一个塑料带上，在正、反面电流通路的每一端都连接有连接电缆。
相对以美观的方式，使芯片非常有效地经由接触面固定在导轨上。倒装芯片为固定在接触区上的桥接件，该桥接件桥接于塑料带上的导轨之间。由此，这种电连接必然受到力学影响。
对于批量生产，一方面要实现简化和节省材料的目的，另一方面还要具有良好的传感器敏感度。如果缩小接触区的表面，那么就减弱力学固定。如果为了进一步简化批量生产，缩短曲折结构，直到在塑料电路板上实现热解耦，那么会造成不利的响应时间，并因此导致变差的测量精确度。
发明内容
因此，令人惊奇的是，根据本发明，以较短的导轨在较短的塑料电路板上实现总是足够的响应时间；并且，根据本发明，使接触区并未完全形成为平面结构的、而是内部结构变化的倒装芯片实现力学稳定的安装，本发明的倒装芯片特别具有框架结构或晶格结构。
为了实现上述目的，铂薄膜结构的两个加宽的区域具有一个内部结构，特别是晶格结构，通过该晶格结构，使作为厚层涂覆的金属贴的连接材料以氧化成分固定在基板的可自由接触到的氧化表面上。
上述目的通过独立权利要求的技术特征得以实现。优选的实施方案在从属权利要求中给出。
在批量生产中，对铂薄层的两个加宽的区域从内部进行加工，特别加工成晶格结构，然后在两个内部加工而成的区域上、也就是延伸经由区域外缘地涂覆金属贴，特别为铂贴，接着对金属贴进行烘烤，从而使由金属贴形成的厚层以氧化成分固定在基板的由接触区的内部结构可自由接触到的氧化表面上。
上述内部结构优选为通过薄层技术加工而成的铂晶格。由Pt制成的简单的框架相对于传统的接触区已经提高了接触强度，特别是延伸经由接触区的边缘而压入金属贴。腔室结构或曲折结构都同样适用于本发明的接触区。
作为金属贴的金属成分适合采用Ag、Pt、Pd、Ni、Au和Ir。已被证实的是铂贴，特别是含有银和钯的铂贴、以及含有Pt和必要时含有Pd的银贴。其它金属或者破坏测量精确性，或者诸如Al、Cu、Fe那样破坏力学稳定性。作为金属贴的粘结剂适于采用玻璃或玻璃陶瓷。
接触区的贵金属贴(软垫)使倒装芯片通过软焊料能够力学稳定地焊接在铜箔电路板的接触区上。倒装芯片的借由接触区的固定省去了用于SMD构件的、通常耗费工本的、经由端侧的焊接连接。
经证实，软焊料的主要成分为锌，附加成分为银、铜或铅。在此，软焊料或其与烘烤上的铂贴的连接是力学稳定性的薄弱点。因此尽可能薄地涂覆这样的厚度，即，使该厚度能够承受不同的延展度，不同的延展度是由连接的不同材料的不同热膨胀程度造成的。
本发明的温度传感器具有由铂制成的导轨，该温度传感器的桥接芯片经由接触区固定在由铜制成的导轨上，其中，该固定指的是由铂制成的导轨与由铜制成的导轨的连接。倒装芯片的基板为一块0.1至1mm、特别为0.3至0.5mm厚的陶瓷板，该陶瓷板具有1至10mm2、特别为2至5mm2大小的矩形表面，该矩形表面的优选的边长比为1.2至2.5、特别为1.3至2.0。太薄或太长的基板/陶瓷板难以进行操作，而且当由于缺少刚性而形成短路的情况下力学失效。较厚的基板会降低测量精确度，正如以平方值降低(ebensowiequadratische)。虽然塑料基板可以节省工本地制成，但是对于由铂制成的导轨却不适合。由铂制成的导轨相对于其它导轨便于进行温度测量。
在倒装芯片的基板上，由铂薄层制成的导轨可以采用至少100欧姆的、特别为500至10000欧姆的、曲折的、至少10mm、优选20至500mm、特别为40至200mm长、3至100μm、特别为20至30μm宽以及1至5μm、特别为1至3μm厚的铂导轨，在该铂导轨的两端上过渡至以20至500倍、特别使50至200倍加宽的接触区中。主要的是，更薄、以及更短、更窄和更宽的铂导轨都会降低测量精确度。更长的铂导轨需要更大的基板。更厚的铂导轨需要多层薄层镀层。厚层铂导轨会降低测量精确度。如果薄层接触区更宽，那么对于铂导轨留有更小的位置。更窄的薄层接触区会降低测量精确度。
特别地，在两个区域上、于铂导轨的两端分别固定有Ag/Pt、Pt/Ag或Ag-Pt-Pd厚层。由此改善力学稳定性。对此材料的选择非常重要。还提供了铂晶格以及基板表面的通道，该通道可以采用软焊料进行更容易稳定的焊接。
厚层固定在电路板的各个接触区上，并且由此还将陶瓷基板固定在电路板上。
电路板为10至30mm、特别为12至20mm长、以及1至5mm、特别为2至4mm宽的采用玻璃纤维加强的塑料带，该塑料带特别由环氧树脂、三嗪、聚酰亚胺或聚四氟乙烯制成。双马来酰亚胺三嗪环氧树脂(BT环氧树脂)是环氧、三嗪和聚酰亚胺。许多其它塑料无法满足热力学要求。
更厚、更宽和更短的电路板会降低测量精确度。更长的电路板由于刚性必须要更厚，而更薄的电路板由于刚性必须更短以及由于力学承载性能必须更窄。在塑料带上，在正、反面上各一条由铜制成的导轨优选曲线延伸，例如形成曲折结构。测量精确度在采用纯铜的条件下最好，而不是采用银。涉及相对于导轨、电路板或基板尺寸的依赖，测量敏感度对于添加铜的依赖性很少。通过将基板插在芯线之间，或者通过每个芯线插在电路板的一侧上，使两个导轨中的一个导引在电路板的正面，而导轨中的另一个导引在后面，这样确保持久良好的彼此电绝缘，并且简化了电缆芯线的连接。这种自动居中不仅实现了便于短路保护的芯线固定，而且稳定住固定在芯线之间的电路板，由此使电路板精确固定，并且更便于插入到保护管中。自动居中在保护管中实现了导轨与保护管的可靠分隔。这样就省去了分隔固定件或保护层的设置，并持久安全。
由此实现了电路板固定在连接电缆的两个芯线之间的自动居中的应用。
反面的导轨借助于贯穿接触部与电路板正面上的接触区连接，并且两个导轨的其它三个端部加工成较宽的接触区，这些接触区用锌焊料进行镀层，其中，对两个用于固定陶瓷板的接触区采用锌焊料镀层，并采用锌焊料焊接铂厚层。
由于稳定性原因，使接触区上的固定和电流流通相互隔开。塑料电路板的接触区是完全平面的，并且实现了简单有效的接触以及充分的接触稳定性。更大的接触区或更宽的导轨会降低测量精确度，同理更窄的导轨也会降低测量精确度。
位于贯穿接触部和接触区之间的反面上的导轨曲线形地设置在塑料电路板上，由此，该导轨的电阻由于相对于测量电阻而具有更窄的导轨宽度而可以忽略。优选地，导轨不直接相互叠加延伸，而是可以相互调换。这样又进一步提高了测量精确度。
根据本发明提供了用于取暖费用计算的温度传感器，该温度传感器以较短的导轨在长度低于20mm的塑料电路板上总是提供适宜的响应时间，甚至是该导轨在低于5mm宽度的条件下。
基板在接触区的区域上平行安装在电路板上。在测量电阻的区域中，塑料电路板相对自由地与导轨电绝缘。
Pt薄层结构的电阻高出所有其它导体和触点的电阻总和的多倍。
在批量生产中，为了制造温度传感器，根据本发明，在将倒装芯片分隔开之前，先将倒装芯片加工设置在一块面板上，从而固定在电路板上。
对此起决定作用的是，倒装芯片具有无机基板，在该基板上，于分隔面板之前，先将一个平面薄层加工成导轨，该导轨位于两个接触区之间。
然后将分隔开的倒装芯片安装在一块面板上，该面板基于一块采用纤维加强的塑料，例如一块BT环氧树脂箔，该塑料设置在面板的重复单元上。与此相应，电路板作为重复单元由这样的塑料加工而成，该塑料在两侧都具有镀铜层并且采用纤维加强，电路板还设有接触展开部，并且该电路板在倒装芯片组装之后被分隔开。由此，使三个加工而成的平面连接成温度传感器的一个组合电路板，其中，倒装芯片的导轨与对应的电路板的连接经由接触区来实现，倒装芯片作为桥接件安装在这些接触区上。
附图说明
下面，结合实施例和附图对本发明进行详细说明。
图1示出了传感器的层状结构的分解示意图；
图2示出了传感器的测量电阻的示意图；
图3示出了电路板上的测量电阻的桥接结构的示意图；
图4示出了用于固定测量电阻的电路板的侧视图。
附图标记说明
10塑料带
11较大接触区
12导轨
13、14较小接触区
15接触展开部
16导轨
17较大接触区
2SAC软焊料
3银铂厚层软垫
4倒装芯片
40陶瓷基板
41Pt接触区
42铂导轨
具体实施方式
实施例1
将一片300mm×150mm×0.4mm、两侧镀有50μm铜、用玻璃纤维加强的BT环氧树脂塑料带10加工成1000个15mm×3mm的较大单元。在此，每个单元在一端都设有接触展开部15，而在另一端于正、反面上各设有3.5×2.5mm的较大接触区11、17。较大接触区11曲折形地经由导轨12与较小接触区13连接。在反面上，接触展开部15与较大接触区17通过曲折形的导轨16相连接。在正面上设有两个较小的1.5mm的沿着电路板的纵向延伸的接触区13、14，并且这两个接触区由倒装芯片4桥接。接触展开部15设置在其中一个较小接触区14上。
接触区采用SAC软焊料2镀层。SAC软焊料2、特别是较小接触区13、14含有锌、银和铜。
倒装芯片4仅与Pt接触区41固定。相对于惯用的SMD构件，倒装芯片4在其端面上没有焊料接触。在批量生产中，倒装芯片4安装在面板(Nutzen)上。
为了制造倒装芯片，将2μm厚的铂薄层在0.5mm厚的陶瓷基板上，在每2×1.5mm的单元中、采用平板印刷的方式加工成弯曲的、各50mm长、20μm宽的铂导轨，该铂导轨42的电阻约为1000欧姆并作为曲折结构而置于每两个Pt接触区41之间。在此，Pt接触区41分别在两个纵向端部各形成矩形的晶格状单元。在各个晶格上涂覆并烘烤上Ag-Pt贴。由此，形成为银铂厚层软垫3的银铂厚层在晶格孔隙中特别牢固地粘附在陶瓷基板40上。然后，将这些单元分隔成芯片4。分隔成的芯片4通过烘烤上的银铂厚层软垫3而安装在面板上，该银铂厚层软垫设置在通过由铜制成的较小接触区13、14的SAC软焊料2上。对此，与对应的SMD构件不同，分隔成的芯片通常首先在其狭窄一侧之上或周围进行金属化。分隔将面板分隔或分成两排，其中，较大的连接接触区11、17朝向外侧。较大的连接接触区11、17成对地在双芯电缆5之间、于芯线对51之间固定。因此，组装好的电路板1自动居中设置在电缆芯线之间。紧接着，在电缆上稳固实现了到金属保护管中的自动居中插入。这样的自动居中以及倒装芯片的安装避免了金属管内发生短路。因为不需要构件将导轨和保护管隔开，所以本发明技术方案的精美之处在于满足较高的安全性能基础上还实现了简单性。因为电路板不是平板，并因此在批量生产中没有刚性要求，所以不需要采用挠性电路板。
由玻璃或玻璃陶瓷制成的钝化结构61防止测量电阻受到化学侵害。在力学上，测量电阻受到塑料带10上的较小接触区13、14之间的无金属区域的保护。
屏蔽漆62、63保护电路板不受到化学侵害。自动居中保护电路板不受到力学影响。
实施例2
将一片150mm×100mm×0.3mm、两侧镀有50μm铜、用玻璃纤维加强的BT环氧树脂箔加工成500个、特别是尺寸为10mm×2.5mm的较小单元。在此，每个单元在一端都设有接触展开部15，而在另一端于正、反面上各设有2.5×2mm的较大接触区11、17。在反面上，接触展开部15与接触区17通过导轨16相连接。在正面上设有两个较小的1mm的沿着电路板1的纵向延伸的接触区13、14，并且这两个接触区由倒装芯片4桥接。在加工铜镀层期间，该区域内的较小接触区13经由导轨12与较大接触区11相连接。接触展开部15在较小接触区14之外的范围形成。在接触展开部15和较大接触区17之间形成有直线形、1mm宽的导轨16。
接触区11、13、14和17采用软焊料镀层。较小接触区的SAC软焊料2含有锌合金、银或铜。
倒装芯片4仅经由该倒装芯片的与陶瓷基板固定的银铂厚层软垫3而安装在陶瓷基板的Pt接触区41上。相对于惯用的SMD构件，倒装芯片4在其端面上没有焊料接触。在批量生产中，倒装芯片4安装在面板上。
为了制造特别小的倒装芯片，将1μm厚的铂薄层在0.3mm厚的陶瓷基板上，在每1.5×1mm的单元中、采用平板印刷的方式加工成弯曲的、各30mm长、20μm宽的铂导轨，该铂导轨的电阻约为1000欧姆并作为曲折结构而置于每两个接触区之间。在此，接触区分别在两个纵向端部各形成矩形的单元，这些单元构成向外敞开的腔室。在这些腔室上、直至断面的边缘上都涂覆并烘烤上Ag-Pt-Pd贴。烘烤上的银铂厚层软垫3直接粘附在Pt接触区41所形成的孔隙中，并且特别牢固地粘附在倒装芯片4的陶瓷基板40上。最后，将这些单元分隔成芯片，而不需要之后在狭窄一侧上进行金属化。分隔成的芯片4仅通过烘烤上的银铂厚层软垫3而安装在面板上，该银铂厚层软垫设置在经由较小接触区13、14的SAC软焊料2上。
将面板进行分隔。连接接触区11、17成对地在双芯电缆之间、于芯线对之间固定。因此，组装好的电路板自动居中设置在电缆芯线之间。紧接着，在电缆上稳固实现了到金属保护管中的自动居中插入。这样的自动居中以及倒装芯片的安装避免了金属管内发生短路。因为不需要构件将导轨和保护管隔开，所以本发明技术方案的精美之处在于满足较高的安全性能基础上还实现了简单性，而且因此仅由屏蔽漆62、63来防止化学侵害。
Claims (11)
1.一种用于制造温度传感器的方法，其中，使至少100欧姆的、由铂制成的铂导轨(42)经由Pt接触区(41)与两个由铜制成的导轨(12、16)相连接，其中，所述由铂制成的铂导轨(42)以薄层技术加工成至少10mm长、3至50μm宽以及0.1至5μm厚的铂导轨，该铂导轨位于0.1至1mm厚的陶瓷基板(40)的1至10mm2大小的矩形表面上，所述铂导轨在其两端过渡至以20至500倍加宽的Pt接触区(41)中，其特征在于，两个加宽的Pt接触区(41)在这些Pt接触区(41)的内部进行加工；在两个于内部加工的Pt接触区上涂覆金属贴；以及烘烤上金属贴，从而使由金属贴形成的银铂厚层软垫(3)通过氧化成分而固定在所述陶瓷基板(40)的、由所述Pt接触区(41)的内部结构自由接触到的氧化表面上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述金属贴延伸经由所述Pt接触区的外缘而进行涂覆。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金属贴为银贴，所述银贴含有铂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述银贴含有钯。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述Pt接触区的银铂厚层软垫(3)通过SAC软焊料(2)焊接在塑料带(10)的铜镀层的接触区(13、14)上。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，SAC软焊料(2)的主要成分为锌，附加成分为银、铜、铅组中的至少一种金属。
7.一种温度传感器，其中，由铂制成的铂导轨(42)经由Pt接触区(41)与两个由铜制成的导轨(12、16)相连接，其中，由铂制成的0.1至5μm厚的薄层位于0.1至1mm厚的陶瓷基板(40)的1至10mm2大小的矩形表面上，所述薄层加工成弯曲的、至少10mm长、3至50μm宽的铂导轨(42)，并且在该铂导轨(42)的两端上形成0.1至2mm宽的Pt接触区(41)，其特征在于，两个Pt接触区(41)具有内部结构，通过该内部结构，使作为银铂厚层软垫(3)烘烤上的金属贴的连接材料通过氧化成分而固定在陶瓷基板(40)的可自由接触到的氧化表面上。
8.根据权利要求7所述的温度传感器，其特征在于，由铂制成的铂导轨(42)设置在陶瓷基板(40)上，所述陶瓷基板的长与宽的比为1.2至3.0，其中，在两个Pt接触区(41)上、于所述铂导轨(42)的两端分别固定有银铂厚层软垫(3)，所述银铂厚层软垫又固定在电路板的各一个接触区(13、14)上，并且由此使陶瓷基板(40)固定在所述电路板上，其中，所述电路板为10至30mm长以及1至5mm宽、0.2至0.5mm厚的塑料带(10)，在所述电路板上于正、反面各延伸一条由铜制成的导轨(12、16)，反面的导轨(16)通过接触展开部(15)与位于所述电路板正面上的接触区(14)相连接，两个导轨(12、16)的其它三个端部拓宽成接触区(11、13、17)，其中，固定在所述陶瓷基板(40)上两个接触区(13、14)采用SAC软焊料(2)镀层，通过该SAC软焊料来焊接银铂厚层软垫(3)。
9.根据权利要求7或8所述的温度传感器，其特征在于，所述导轨(12)设置在所述接触区(13)和接触区(11)之间，并且呈曲折形地围绕塑料电路板的中心。
10.根据权利要求8所述的温度传感器，其特征在于，所述接触区(11、13、14、17)覆盖2/3的电路板宽度，并且所述导轨(12、16)的宽度小于三分之一的电路板宽度。
11.根据权利要求8所述的温度传感器的应用，其特征在于，所述电路板固定在连接电缆的两个芯线之间。
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