DD235357A1

DD235357A1 - Verfahren zur herstellung von schichtthermistoren

Info

Publication number: DD235357A1
Application number: DD27407885A
Authority: DD
Inventors: Wolfhard Bauer; Siegfried Hellner; Andreas Kraft; Dietmar Moeller; Wolfram Pienkoss; Joachim Klose
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1985-03-13
Filing date: 1985-03-13
Publication date: 1986-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Schichtthermistoren aus mehreren Metalloxiden zur Anwendung in der Dickschichttechnik. Aufgabengemaess soll die Parameterstreuung relativ niederohmiger Schichtthermistoren durch Verminderung der Reaktionswahrscheinlichkeit der Bestandteile im fertigen Erzeugnis ebenfalls vermindert werden. Erfindungsgemaess geschieht dieses durch Schmelzen der Bestandteile bis zum Reaktionsgleichgewicht, Zerkleinern und Weiterverarbeitung nach der ansich bekannten Dickschichttechnologie.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schichtthermistoren, insbesondere in Dickschichthybridschaltungen zur Realisierung eines Überlastschutzes der eigentlichen elektronischen Schaltung. Weitere Einsatzgebiete sind

Temperaturmessungen

Anlauf- und Verzögerungsschaltungen

Strömungsmessungen

Kompensations- und Regelschaltungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Thermistoren in kompakter Bauform werden hergestellt, indem Metalloxide gemischt, nach keramischer Technologie zu einer entsprechenden Form gepreßt und zur Erreichung der mechanischen und elektrischen Kennwerte bei hohen Temperaturen gesintert werden (DE 1 042 080, DE 1 665 268).

Bei einem Verfahren zur Herstellung trägerfreier Thermistorschichten werden entsprechende Metalloxide mit organischen Bindemitteln gemischt und auf einen Träger aufgebracht. Nach dem Trocknen und Abheben der Schicht vom Träger erfolgt das Sintern bei 1100 bis 1300°C und anschließend die Kontaktierung (DE 842 966). Bei diesem Verfahren weichen die verfahrenstechnischen Abläufe und Parameter stark von den bei der Herstellung von Dickschichtschaltungen üblichen ab. Die auf diese Weise hergestellten Thermistoren können nur nachträglich in Hybridschaltungen eingebaut werden, was technologische und Toleranz-Probleme mit sich bringt.

Die gleichen Nachteile treffen auch auf ein Verfahren zu, bei dem die Thermistoren zwar auf dem Träger verbleiben, dieser Träger aber nicht für die Dickschichttechnologie verwendbar ist. Grund ist die Art der Kontaktierung sowie die Forderung nach elektrischer Leitfähigkeit bzw. Porosität (DE 1 590 869).

Ein weiteres Verfahren läßt zwar die Herstellung von Thermistorschichten innerhalb von Dickschichtschaltungen zu (DE 1 815 759), aber diese Schichten haben einen derart hohen spezifischen Widerstand, daß sie nur in sandwichartiger Anordnung der Thermistorschicht zwischen zwei Anschlußleiterbahnen brauchbar sind, was mit einem erhöhten verfahrenstechnischen Aufwand sowie einer Einschränkung der Anwendungsmöglichkeiten verbunden ist.

Bei allen genannten Verfahren erfolgt die Einstellung der elektrischen Kennwerte durch chemische Umsetzung während des Sinter-und Einbrennvorganges, wobei die Formgebung bzw. die Festlegung der geometrischen Struktur vorher erfolgt. Damit haftet ihnen der Mangel einer ungenügenden Beeinflußbarkeit bzw. starken Streuung der elektrischen Kennwerte an.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens für die Herstellung niederohmiger Thermistorschichten nach Dickschichtverfahrenstechnik, wobei gleiche oder ähnliche geometrische Strukturen und Verfahren, wie sie bei der Herstellung von Widerstandsschichten ohne Temperaturabhängigkeit üblich sind, verwendbar sein sollen, um so alle Vorzüge der Dickschichttechnologie, wie z. B. kleine relative Toleranzen, kleine Abmessungen, erhöhte Zuverlässigkeit, ökonomische Realisierung im Komplex wirksam werden zu lassen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Parameterstreuung relativ niederohmiger Dickschichtthermistoren durch Verminderung der Reaktionswahrscheinlichkeit der Bestandteile im fertigen Erzeugnis ebenfalls zu vermindern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der Herstellung von Schichtthermistoren aus Metalloxiden dadurch gelöst, daß diese bis zum Reaktionsgleichgewicht miteinander geschmolzen, nach der Erstarrung zerkleinert und entsprechend der ansich bekannten Dickschichttechnologie weiterverarbeitet werden.

Indem auf Verfahrensschritte, wie Pressen und Sintern der gemischten Ausgangsstoffe verzichtet wurde und die Bildung der Wirksubstanz bei Temperaturen im Bereich der Schmelztemperaturen der Ausgangsstoffe erfolgt, unterliegt die daraus hergestellte Dickschichtpaste und schließlich der Dickschichtwiderstand während der weiteren Verarbeitung nur noch geringen Eigenschaftsänderungen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

In einem Korundtiegel werden 10 g einer Mischung aus 64 Gew.-% CoO, 19 Gew.-% Mn02 und 17 Gew.-% CuO eine Stunde lang auf 1300 °C erhitzt. Vom Reaktionsprodukt wird der Korundtiegel durch Zerschlagen entfernt. Das Reaktionsprodukt wird in Stücke kleiner als 1 mm zerkleinert. Anschließend wird es unter Zugabe von Benzylalkohol und keramischen Mahlkörpern im Massenverhältnis 1:1:1 in eine keramische Trommelmühle gefüllt und 64 Stunden gemahlen. Die erreichte Korngröße liegt unter 1 pm. Nach dem Verdunsten des o. g. Lösungsmittels werden 5 g dieses Pulvers mit 1 g Glasfritte gemischt um im Ganzen auch eine Korngröße unter 1 pm zu erreichen. Diesem Gemisch werden 2 g Siebdrucköl und 300 mg Benzylalkohol zugesetzt. Nach dem Mischen in einem Keramikmörser und der Homogenisierung auf einem Dreiwalzenstuhl wird die Paste auf ein bereits mit Leiterbahnen versehenes Substrat aus Al203-Keramik gedruckt. Die gedruckten Strukturen werden 10 Minuten bei 23 °C und anschließend 15 Minuten bei 120 °C an Luft getrocknet. Nach dem Einbrennen der Schicht bei 850 °C übereine Haltezeit von 10 Minuten wurde ein Flächenwiderstand von 20 Kiloohm/Quadrat und ein B-Wert von 2600 K erhalten. Die gebrannte Schichtdicke beträgt dabei 18 pm. Durch anschließendes Aufdrucken einer Deckschicht aus bleihaltiger Glasfritte und Einbrennen derselben bei etwa 560 °C wurden die vorher ermittelten elektrischen Kennwerte um maximal 2% verändert; der Variationskoeffizient eines Fertigungsloses derart hergestellter Thermistoren lag bei 1 %.

Claims

Erfindungsanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Schichtthermistoren aus mehreren Metalloxiden, gekennzeichnet dadurch, daß die Metalloxide bis zum Reaktionsgleichgewicht miteinander geschmolzen, nach der Erstarrung zerkleinert und entsprechend der ansich bekannten Dickschichttechnologie weiterverarbeitet werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schichtthermistoren, insbesondere in Dickschichthybridschaltungen zur Realisierung eines Überlastschutzes der eigentlichen elektronischen Schaltung. Weitere Einsatzgebiete sind

Temperaturmessungen

Anlauf- und Verzögerungsschaltungen

Strömungsmessungen

Kompensations- und Regelschaltungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Thermistoren in kompakter Bauform werden hergestellt, indem Metalloxide gemischt, nach keramischer Technologie zu einer entsprechenden Form gepreßt und zur Erreichung der mechanischen und elektrischen Kennwerte bei hohen Temperaturen gesintert werden (DE 1 042 080, DE 1 665 268).

Bei einem Verfahren zur Herstellung trägerfreier Thermistorschichten werden entsprechende Metalloxide mit organischen Bindemitteln gemischt und auf einen Träger aufgebracht. Nach dem Trocknen und Abheben der Schicht vom Träger erfolgt das Sintern bei 1100 bis 1300⁰C und anschließend die Kontaktierung (DE 842 966). Bei diesem Verfahren weichen die verfahrenstechnischen Abläufe und Parameter stark von den bei der Herstellung von Dickschichtschaltungen üblichen ab. Die auf diese Weise hergestellten Thermistoren können nur nachträglich in Hybridschaltungen eingebaut werden, was technologische und Toleranz-Probleme mit sich bringt.

Die gleichen Nachteile treffen auch auf ein Verfahren zu, bei dem die Thermistoren zwar auf dem Träger verbleiben, dieser Träger aber nicht für die Dickschichttechnologie verwendbar ist. Grund ist die Art der Kontaktierung sowie die Forderung nach elektrischer Leitfähigkeit bzw. Porosität (DE 1 590 869).

Ein weiteres Verfahren läßt zwar die Herstellung von Thermistorschichten innerhalb von Dickschichtschaltungen zu (DE 1 815 759), aber diese Schichten haben einen derart hohen spezifischen Widerstand, daß sie nur in sandwichartiger Anordnung der Thermistorschicht zwischen zwei Anschlußleiterbahnen brauchbar sind, was mit einem erhöhten verfahrenstechnischen Aufwand sowie einer Einschränkung der Anwendungsmöglichkeiten verbunden ist.

Bei allen genannten Verfahren erfolgt die Einstellung der elektrischen Kennwerte durch chemische Umsetzung während des Sinter- und Einbrennvorganges, wobei die Formgebung bzw. die Festlegung der geometrischen Struktur vorher erfolgt. Damit haftet ihnen der Mangel einer ungenügenden Beeinflußbarkeit bzw. starken Streuung der elektrischen Kennwerte an.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens für die Herstellung niederohmiger Thermistorschichten nach Dickschichtverfahrenstechnik, wobei gleiche oder ähnliche geometrische Strukturen und Verfahren, wie sie bei der Herstellung von Widerstandsschichten ohne Temperaturabhängigkeit üblich sind, verwendbar sein sollen, um so alle Vorzüge der Dickschichttechnologie, wie z. B. kleine relative Toleranzen, kleine Abmessungen, erhöhte Zuverlässigkeit, ökonomische ,

Realisierung im Komplex wirksam werden zu lassen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Parameterstreuung relativ niederohmiger Dickschichtthermistoren durch Verminderung der Reaktionswahrscheinlichkeit der Bestandteile im fertigen Erzeugnis ebenfalls zu vermindern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der Herstellung von Schichtthermistoren aus Metalloxiden dadurch gelöst, daß diese bis zum Reaktionsgleichgewicht miteinander geschmolzen, nach der Erstarrung zerkleinert und entsprechend der ansich bekannten Dickschichttechnologie weiterverarbeitet werden.

Indem auf Verfahrensschritte, wie Pressen und Sintern der gemischten Ausgangsstoffe verzichtet wurde und die Bildung der Wirksubstanz bei Temperaturen im Bereich der Schmelztemperaturen der Ausgangsstoffe erfolgt, unterliegt die daraus hergestellte Dickschichtpaste und schließlich der Dickschichtwiderstand während der weiteren Verarbeitung nur noch geringen Eigenschaftsänderungen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

In einem Korundtiegel werden 10 g einer Mischung aus 64 Gew.-% CoO, 19 Gew.-% MnO₂ und 17 Gew.-% CuO eine Stunde lang auf 1300⁰C erhitzt. Vom Reaktionsprodukt wird der Korundtiegel durch Zerschlagen entfernt. Das Reaktionsprodukt wird in Stücke kleiner als 1 mm zerkleinert. Anschließend wird es unter Zugabe von Benzylalkohol und keramischen Mahlkörpern im Massenverhältnis 1:1:1 in eine keramische Trommelmühle gefüllt und 64 Stunden gemahlen. Die erreichte Korngröße liegt unter 1 μιη. Nach dem Verdunsten des o. g. Lösungsmittels werden 5 g dieses Pulvers mit 1 g Glasfritte gemischt um im Ganzen auch eine Korngröße unter 1 μιτι zu erreichen. Diesem Gemisch werden 2 g Siebdrucköl und 300 mg Benzylalkohol zugesetzt. Nach dem Mischen in einem Keramikmörser und der Homogenisierung auf einem Dreiwalzenstuhl wird die Paste auf ein bereits mit Leiterbahnen versehenes Substrat aus AI₂O₃-Keramik gedruckt. Die gedruckten Strukturen werden 10 Minuten bei 23 °C und anschließend 15 Minuten bei 12O⁰C an Luft getrocknet. Nach dem Einbrennen der Schicht bei 850⁰C über eine Haltezeit von 10 Minuten wurde ein Flächenwiderstand von 20 Kiloohm/Quadrat und ein B-Wert von 2600 K erhalten. Die gebrannte Schichtdicke beträgt dabei 18 μιτι. Durch anschließendes Aufdrucken einer Deckschicht aus bleihaltiger Glasfritte und Einbrennen derselben bei etwa 56O⁰C wurden die vorher ermittelten elektrischen Kennwerte um maximal 2% verändert; der Variationskoeffizient eines Fertigungsloses derart hergestellter Thermistoren lag bei 1 %.