CN111742203B - 温度传感器元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连接至电子组件(17)或电子子组合件的温度传感器元件，其包含：至少一个电绝缘衬底(3)；至少一个传感器结构(7)，其具有接触面(5a、5b)，所述接触面用于在所述传感器结构的至少一些区域布置于所述电绝缘衬底(3)的第一侧上时供所述传感器结构(7)接触；和(i)至少一种粘着剂(12)，其至少部分地预施加至所述电绝缘衬底(3)的第二侧，其中所述第一侧与所述第二侧相对地定位，或(ii)至少一个金属化层(9)，其至少一些区域布置于所述电绝缘衬底(3)的所述第二侧上；和至少部分地预施加至所述金属化层(9)的至少一种烧结浆料(11)。本发明还涉及一种用于输送温度传感器元件的系统和一种用于生产温度传感器元件的方法。

Description

温度传感器元件

本发明涉及用于连接至电子组件或电子子组合件的温度传感器元件。本发明还涉及一种用于输送温度传感器元件的系统和一种用于生产温度传感器元件的方法。

从现有技术已知用于连接至电子组件或电子子组合件的各种温度传感器元件。此类型的温度传感器元件可通过烧结或胶合布置于例如印刷电路板上，例如直接铜接合型(Direct Copper Bonded type，DCB)陶瓷印刷电路板上。

一种用于生产烧结子组件的方法描述于DE 10 2010 050 315 C5中。在本文中，通过衬底的底面上的可烧结金属化将温度传感器元件烧结至电子组件上。所述温度传感器元件在衬底的顶面上具有印刷导体布置，其具有用于电接触印刷导体布置的接触面。所述印刷导体布置充当热敏电阻器。可通过例如接合线电接触衬底的顶面上的接触面。

然而，从现有技术获知的温度传感器元件是不利的，因为个别温度传感器元件在其布置于电子组件上之前需要具备连接构件，例如烧结浆料或胶，这通常在价值链层面(value chain level)上在生产温度传感器元件之后发生。这需要额外的工作步骤。此外，温度传感器元件可能在连接构件的布置过程中损坏或甚至毁坏。此外，温度传感器元件可能在输送至电子组件上的布置期间滑动或损坏。

因此，本发明的目标为提供一种克服现有技术的缺点的改良温度传感器元件。

所述目标是根据本发明通过根据专利技术方案1的主题的温度传感器来实现。

出于此目的，用于连接至电子组件或电子子组合件的根据本发明的温度传感器元件包含：

至少一个电绝缘衬底；

至少一个传感器结构，其具有接触面，用于在所述传感器结构的至少一些区域布置于所述电绝缘衬底的第一侧上时供所述传感器结构接触；和

(i)至少一种粘着剂，其至少部分地预施加至所述电绝缘衬底的第二侧，其中所述第一侧与所述第二侧相对地定位，或

(ii)至少一个金属化层，其至少一些区域布置于所述电绝缘衬底的所述第二侧上，和至少部分地预施加至所述金属化层的至少一种烧结浆料。

可使用术语“衬底”表示用于传感器结构的电绝缘载体材料。衬底的第一侧和第二侧的表面可设置为基本上平坦的。

根据本发明，具有用于接触传感器结构的接触面的至少一个传感器结构的至少一些区域布置于电绝缘衬底的第一侧上。在本文中，“传感器结构”应理解为适于直接地或间接地记录温度值的结构。举例来说，传感器结构可为经气相沉积于衬底上的电阻器的网状结构。用于接触传感器结构的接触面可设置为由导电材料制成，例如由与传感器结构自身相同的材料制成。举例来说，一个接触面可布置于传感器结构的各末端处以测量两个接触面之间的电阻。

金属化层可为例如金层、银层或金属合金，其可布置于衬底的第二侧上，例如经气相沉积或通过厚膜技术施加。

根据本发明：

(i)至少一种粘着剂至少部分地预施加至所述电绝缘衬底的第二侧，其中所述第一侧与所述第二侧相对地定位，或

(ii)至少一个金属化层的至少一些区域布置于所述电绝缘衬底的所述第二侧，且至少一种烧结浆料至少部分地预施加至所述金属化层。

根据本发明的精神，应将预施加粘着剂或预施加烧结浆料理解为连接构件，其可提前布置于衬底的第二侧或金属化层上且基本上准确地保持在适当位置。例如，可预施加此类型的连接构件以作为连接构件层。

本发明首次允许生产温度传感器元件，其提供包括预施加连接构件的温度传感器元件的良好输送特性。

由于连接构件甚至可在输送至最终处理机之前预施加，因此可省略在最终处理机的生产工艺期间的连接构件施加，从而可节省最终处理机的处理时间和处理成本。

举例来说，预施加连接构件可为部分固化、不完全化学交联的高粘性粘着剂，其可在最终连接至电子组件或电子子组合件期间通过热处理(例如通过感应加热)完全固化且化学交联。或者，预施加连接构件可为例如在施加烧结浆料之后通过加热预干燥的烧结浆料。举例来说，可使用EP 2 428 293 B1中所描述的烧结浆料作为烧结浆料。

在一个实例中，接触面适用于传感器结构的电接触，且所述接触面布置于电绝缘衬底的第一侧上。

例如通过接合线，将接触面布置于电绝缘衬底的第一侧上改良了接触面的可接触性。在替代性实例中，两个或仅一个接触面也可布置于衬底的一侧上。

在另一实例中，至少一个钝化层的至少一些区域布置于所述传感器结构上，优选地，其整个表面布置于所述衬底的所述第一侧上。

钝化层可理解为布置于传感器结构上的惰性层。有利的是，钝化可在传感器结构的表面处实现急剧减小的反应性。因此，由于传感器结构的表面处减小的反应性，温度传感器元件可在长时间段内在高精确性下操作。

举例来说，钝化层可包含至少一种聚酰亚胺材料、一种玻璃材料、一种陶瓷材料和/或一种玻璃陶瓷材料。

在一个实例中，烧结浆料包含银烧结浆料，和通过模板印刷、网版印刷、喷射印刷、分配或转移印刷将烧结浆料预施加至所述金属化层。

可将烧结浆料以预定结构的形式施加至金属化层，其中预定结构可极佳地匹配衬底的结构。前述印刷技术可用于以适当形状和/或以对应于衬底和/或结构化衬底的形状和/或结构的适当结构施加烧结浆料，使得烧结浆料可经施加和/或附接以使得在连接至电子组件或电子子组合件期间完全匹配。

在另一实例中，粘着剂包含“B级”或“预干燥”粘着剂，且所述粘着剂是通过模板印刷、网版印刷、喷射印刷、分配或转移印刷预施加至电绝缘衬底的第二侧。

“B级”或“预干燥”粘着剂应理解为由一种组分系统，尤其是基于环氧化合物的组分系统组成，且在长时间内保持其反应性的粘着剂。在将组分定位成使用热和压力胶合在一起之后，粘着剂进行固化。

在一个实例中，衬底包含至少一种陶瓷绝缘材料，尤其为氧化铝、氮化铝或碳化硅、玻璃夹层材料或印刷电路板材料。

有利的是，陶瓷绝缘材料提供极佳的机械、化学、热以和电学特性的组合。

在另一实例中，金属化层包含至少一种金材料、一种银材料或一种金属合金。

在又一实例中，传感器结构包含至少一个电阻器元件，其中电阻器元件是通过由铂或铂合金制成的薄膜提供。

在又一实例中，传感器结构包含至少一个电阻器元件，其中电阻器元件通过厚膜(例如通过网版印刷或喷墨印刷)以结构化方式施加，且由铂或铂合金制成。

举例来说，传感器结构可以PT100或PT1000的形式提供且可使用铂的电阻对温度的相依性作为测量效应。

在另一实例中，传感器结构包含电阻随温度改变的其它金属层，尤其为镍、钼、金、银、铜或金属合金。

在另一实例中，传感器结构包含具有热阻特性的体积结构或体积体，尤其为氧化物金属体或分层结构。

本发明还提出一种用于输送温度传感器元件的系统，其包含：

至少一个用于连接至电子组件或电子子组合件的温度传感器元件，其包含：

至少一个电绝缘衬底；

至少一个传感器结构，其具有接触面，所述接触面用于在所述传感器结构的至少一些区域布置于所述电绝缘衬底的第一侧上时供所述传感器结构接触；和

(i)至少一种粘着剂，其至少部分地预施加至所述电绝缘衬底的第二侧，其中所述第一侧与所述第二侧相对地定位，或

(ii)至少一个金属化层，其至少一些区域布置于所述电绝缘衬底的所述第二侧上；和至少部分地预施加至所述金属化层的至少一种烧结浆料；和

至少一个支撑元件，其中所述支撑元件至少部分地接触所述预施加粘着剂或所述预施加烧结浆料。

用于所述系统中的温度传感器元件可为根据上文所定义的本发明和上文所定义的本发明的实例中的温度传感器元件。

为了使预施加粘着剂或预施加烧结浆料在温度传感器元件的输送和处理期间准确地保持在相同位置，支撑元件至少部分地接触预施加粘着剂或预施加烧结浆料。举例来说，此可理解为将温度传感器元件布置于支撑元件上，或将并行地自面板生产的许多温度传感器元件进行个性化。

有利地，预施加粘着剂或预施加烧结浆料提供温度传感器元件在支撑元件上的足够保持力，直至预施加粘着剂或预施加烧结浆料在生产工艺期间在温度传感器元件最终附接于电子组件或电子子组合件上时积累足够保持强度为止。

温度传感器元件和/或具有多个温度传感器元件的布置可提供于支撑元件(例如膜框架)上。在所述传递形式中，其可在后续工艺和/或程序步骤中自膜框架去除，且烧结或胶合至电子组件或电子子组合件上。此对应于所谓的取放技术(pick&place technology)。这意味着温度传感器元件可从载体和/或膜框架拆卸，且可通过机器人技术和/或抓握设施或喷嘴和/或抽吸设施输送至对应电子组件或电子子组合件。

在一个实例中，系统包含众多的温度传感器元件，其中支撑元件至少部分地布置于预施加粘着剂或预施加烧结浆料上。举例来说，所述众多可包含已经以结构化方式布置于支撑元件上的数百或甚至数千个温度传感器元件。

在又一实例中，支撑元件包含至少一个转印膜或一个晶片框架。

举例来说，具有或不具有可调节粘着力的膜可在例如膜框架的框架中拉伸。同样，膜可连续卷绕于线圈载体上。举例来说，转印膜可为UV膜。

此外，本发明包含一种生产用于连接至电子组件或电子子组合件的温度传感器元件的方法，其包含：

提供至少一个电绝缘衬底；

将至少一个传感器结构的至少一些区域布置于电绝缘衬底的第一侧上，所述至少一个传感器结构具有用于供所述传感器结构接触的接触面；和

(i)将至少一种粘着剂至少部分地预施加至所述电绝缘衬底的第二侧，其中所述第一侧与所述第二侧相对定位，或

(ii)将至少一个金属化层的至少一些区域布置于所述电绝缘衬底的所述第二侧上；和

将至少一种烧结浆料至少部分地预施加于所述金属化层上。

在一个实例中，所述方法包含：

将温度传感器元件布置于至少一个支撑元件上，其中所述支撑元件至少部分地接触预施加粘着剂或预施加烧结浆料。

本发明的其它特性和优点自以下描述中显而易见，其中本发明的优选实施例是通过示意性图式来说明。

在图式中：

图1展示根据本发明的第一实施例的温度传感器元件的示意图；

图2展示根据本发明的第二实施例的温度传感器元件的示意图；

图3展示根据本发明的实施例的用于输送温度传感器元件的系统的示意图；和

图4展示根据本发明的第一实施例的连接至电子组件的温度传感器元件的示意图。

图1展示根据本发明的第一实施例的温度传感器元件1的示意图。此处所展示的温度传感器元件1包含衬底3，且传感器结构7施加至衬底3的第一侧。在图1中，传感器结构7展示为在两个接触面5a、5b之间曲折的印刷导体。在此处未展示的实施例中，传感器结构可同样经不同地设计，例如绕组可经布置以处于彼此内部，以便能够在狭小空间中行进较长距离且因此达到某一阻力。

传感器结构7可由铂制成且可作为PT100或PT1000使用。在此处未展示的实施例中，例如由玻璃制成的钝化层可布置于传感器结构7上，所述钝化层保护传感器结构不受影响其功能的环境影响。

衬底3可由陶瓷绝缘材料制成，尤其由氧化铝、氮化铝、碳化硅、玻璃夹层材料或印刷电路板材料制成，且可充当传感器结构7的载体。在所展示的实施例中，衬底3设计为电绝缘的且使传感器结构7与衬底3所附接的电子组件或电子子组合件(图1中未展示)绝缘。在此处未展示的实施例中，衬底3也可设计为至少部分导电的，使得接触面布置于与第一侧相对定位的衬底3的第二侧上。

图1中所展示的实施例具有布置于衬底3的第二侧上的金属化层9，其又具有布置于其上的预施加烧结浆料11。烧结浆料11可通过例如模板印刷、网版印刷、喷射印刷或分配预施加至金属化层9。一旦布置，可在温度传感器元件1可经受进一步处理之前首先预干燥预施加烧结浆料11。举例来说，众多的温度传感器元件可在单一衬底上建立且可通过锯切、激光切割等将其个性化。

图2展示根据本发明的第二实施例的温度传感器元件1’的示意图。所展示的实施例不同于图1中所展示的实施例，因为无金属化层布置于衬底3’上。此外，在所展示的实施例中，不存在预施加烧结浆料。相反，在此处所展示的实施例中，将粘着剂12预施加至电绝缘衬底3’的第二侧。

图3展示根据本发明的一个实施例的用于输送温度传感器元件1a至1n的系统13的示意图。图3中所展示的温度传感器元件1a至1n在构造上可与图1中所展示的温度传感器元件1相同。或者，也可使用图2中所展示的类型的温度传感器元件。在图3中所展示的系统13中，多个温度传感器元件1a至1n在支撑元件15上彼此邻近地布置。

所展示的支撑元件15可为例如膜框架。在所述传递形式中，可在末端处理机的工艺和/或程序步骤中自膜框架去除温度传感器元件1a至1n，且可将其烧结或胶合至电子组件或电子子组合件上。举例来说，温度传感器元件1a至1n可自支撑元件15和/或膜框架拆卸，且可通过机器人技术和/或抓握设施或喷嘴和/或抽吸设施(未示出)输送至对应电子组件或电子子组合件。

图4展示连接至电子组件17的根据本发明的第一实施例的温度传感器元件1的示意图。温度传感器元件1在构造上可与图1中所展示的温度传感器元件1相同。在所展示的实施例中，将温度传感器元件1烧结至电子组件17上，且通过接合线19a、19b来接触接触面。在此处未展示的实施例中，温度传感器元件同样可胶合至电子组件上。

前述描述、权利要求书和图式中所呈现的特征单独地或以任何组合形式对于本发明的各种实施例可为必要的。

参考标号列表

1、1a-1n、1’ 温度传感器元件

3、3’ 衬底

5a、5b、5a'、5b' 接触面

7、7' 传感器结构

9 金属化层

11 烧结浆料

12 粘着剂

13 用于输送的系统

15 支撑元件

17 电子组件

19a、19b 接合线

Claims (13)

1.一种用于输送温度传感器元件的系统，其包含：

至少一个用于连接至电子组件(17)或电子子组合件的温度传感器元件，其包含：

至少一个电绝缘衬底(3)；

至少一个传感器结构(7)，其具有接触面(5a、5b)，所述接触面用于在所述传感器结构的至少一些区域布置于所述电绝缘衬底(3)的第一侧上时供所述传感器结构(7)接触；和

(i)至少一种粘着剂(12)，其至少部分地预施加至所述电绝缘衬底(3)的第二侧，其中所述第一侧与所述第二侧相对地定位，或

(ii)至少一个金属化层(9)，其至少一些区域布置于所述电绝缘衬底(3)的所述第二侧上；和至少部分地预施加至所述金属化层(9)的至少一种烧结浆料(11)；和

至少一个支撑元件(15)，其中所述支撑元件(15)至少部分地接触所述预施加粘着剂(12)或所述预施加烧结浆料(11)，其中所述支撑元件(15)包含至少一个转印膜或一个晶片框架。

2.根据权利要求1所述的系统，其包含：

多个温度传感器元件，其中所述支撑元件(15)至少部分地布置于所述预施加粘着剂(12)或所述预施加烧结浆料(11)上。

3.根据权利要求1所述的系统，其中用于电接触的所述接触面(5a、5b)连接至所述传感器结构(7)且布置于所述电绝缘衬底(3)的所述第一侧上。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的系统，其包含：

至少一个钝化层，其至少一些区域布置于所述传感器结构(7)上。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述至少一个钝化层的整个表面布置于所述衬底(3)的所述第一侧上。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述钝化层包含至少一种聚酰亚胺材料、一种玻璃材料、一种陶瓷材料和/或一种玻璃陶瓷材料。

7.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的系统，其中所述烧结浆料(11)包含银烧结浆料且所述烧结浆料(11)是通过模板印刷、网版印刷、喷射印刷、分配或转移印刷预施加至所述金属化层(9)。

8.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的系统，其中所述粘着剂(12)包含“B级”或“预干燥”粘着剂，且其中所述粘着剂(12)是通过模板印刷、网版印刷、喷射印刷、分配或转移印刷预施加至所述电绝缘衬底(3)的所述第二侧。

9.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的系统，其中所述衬底(3)包含至少一种陶瓷绝缘材料、玻璃夹层材料或印刷电路板材料。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述至少一种陶瓷绝缘材料包括氧化铝、氮化铝或碳化硅。

11.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的系统，其中所述金属化层(9)包含至少一种金材料、一种银材料或一种金属合金。

12.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的系统，其中所述传感器结构(7)包含至少一个电阻器元件，其中所述电阻器元件是通过由铂或铂合金制成的薄膜提供。

13.一种用于输送温度传感器元件的方法，所述温度传感器元件经输送以连接至电子组件(17)或电子子组合件，所述方法包含：

提供至少一个电绝缘衬底(3)，其包括陶瓷绝缘材料、玻璃夹层材料或印刷电路板材料；

将至少一个传感器结构(7)的至少一些区域布置于所述电绝缘衬底(3)的第一侧上，所述至少一个传感器结构具有用于供所述传感器结构(7)接触的接触面(5a、5b)；和

(i)预施加至少一种粘着剂(12)，其至少部分地预施加至所述电绝缘衬底(3)的第二侧，其中所述第一侧与所述第二侧相对地定位，或

(ii)将至少一个金属化层(9)的至少一些区域布置于所述电绝缘衬底(3)的所述第二侧上；和

将至少一种烧结浆料(11)至少部分地预施加于所述金属化层(9)上；

将所述温度传感器元件布置于输送系统的至少一个支撑元件(15)上以输送所述温度传感器元件，其中所述支撑元件(15)至少部分地接触所述预施加粘着剂(12)或所述预施加烧结浆料(11)，其中所述支撑元件(15)包含至少一个转印膜或一个晶片框架；

将所述温度传感器元件从所述支撑元件(15)上拆卸；以及

将经拆卸的所述温度传感器元件输送至所述电子组件(17)或所述电子子组合件。

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