DE102004016619A1

DE102004016619A1 - Electrical component

Info

Publication number: DE102004016619A1
Application number: DE200410016619
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. Huber (FH); Jürgen Söllner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-04-03
Filing date: 2004-04-03
Publication date: 2005-10-13
Also published as: WO2005098876A1

Abstract

Ein elektrisches Bauteil (1) weist mindestens zwei Kontaktanschlüsse (2) und dazwischen einen Trägerkörper (3) mit eingelagerten Partikeln auf. Die Partikel sind von einer Leitschicht umgeben und mit den Kontaktanschlüssen (2) elektrisch kontaktierbar.An electrical component (1) has at least two contact terminals (2) and therebetween a carrier body (3) with embedded particles. The particles are surrounded by a conductive layer and can be contacted electrically with the contact connections (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.The The invention relates to an electrical component having the features of Preamble of claim 1.

Aus DE 198 54 642 A1 ist ein Bauelement zur Verwendung in elektrischen Schaltungen bekannt. Dessen Gehäuse ist mit einer Kunststoffmatrix gefüllt, in die eine Vielzahl von Metallkugeln eingebettet ist. Diese Metallkugeln weisen auf ihren Oberflächen eine dünne Isolierschicht auf. Dieser Aufbau bildet eine Wärmesenke zur Ableitung von Verlustwärme.Out DE 198 54 642 A1 For example, a device for use in electrical circuits is known. Its housing is filled with a plastic matrix, in which a plurality of metal balls is embedded. These metal balls have a thin insulating layer on their surfaces. This structure forms a heat sink for the dissipation of heat loss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Bauteil zu schaffen, dessen Kontaktanschlüsse mittels der Partikel effizient miteinander elektrisch verbindbar sind.Of the Invention is based on the object to an electrical component create, whose contact connections efficiently electrically interconnected by means of the particles are.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.These Task is solved by the combination of features of claim 1.

Erfindungsgemäß sind die Partikel von einer elektrisch leitfähigen Leitschicht umgeben. Dabei sind die Partikel mit ihren Leitschichten innerhalb des Trägerkörpers derart angeordnet, dass sie zu einer wirksamen elektrischen Leitfähigkeit innerhalb des Trägerkörpers beitragen können und dadurch eine elektrische Kontaktierung der Kontaktanschlüsse miteinander entstehen kann. Dabei sind die Partikel mittels ihrer Leit schicht je nach Positionierung im Trägerkörper entweder unmittelbar mit den Kontaktanschlüssen kontaktiert oder über ihre Kontaktierung mit benachbarten Körnern mittelbar mit den Kontaktanschlüssen kontaktiert.According to the invention Particles surrounded by an electrically conductive conductive layer. The particles are with their conductive layers within the carrier body in such a way arranged that they have an effective electrical conductivity contribute within the carrier body can and thereby an electrical contacting of the contact terminals with each other can arise. The particles are by means of their Leit layer depending on the positioning in the carrier body either contacted directly with the contact terminals or via their Contacting with neighboring grains indirectly with the contact connections contacted.

Dieser Lösung liegt die Überlegung zugrunde, eine möglichst stabile elektrische Leitfähigkeit des Trägerkörpers im Laufe der Betriebszeit erzielen zu können. Aufgrund des Überzugs der Partikel mit einer zusätzlichen Schicht muss für die Partikel selbst kein teurer Werkstoff gewählt werden, um ein Oxidieren und damit eine abnehmende Leitfähigkeit im Laufe der Betriebszeit des Bauteils zu vermeiden. Vielmehr können die Partikel zum Erzielen eines niedrigen elektrischen Kontaktwiderstands aus kostengünstigen Materialien hergestellt werden. Zur Beibehaltung des niedrigen Kontaktwiderstandes im Laufe der Betriebszeit sind die Partikel mit einer Schicht überzogen, die oxidschichtverhindernd wirkt, d.h. keine oder nur eine gering elektrisch isolierend wirkende Oxidhaut bildet. Die Kombination des Partikels mit der zusätzlichen Leitschicht lässt ein weitgehend inertes, gut leitendes Korn entstehen. Hierdurch bildet der Trägerkörper eine Matrix mit hoher und stabiler, dauerhafter elektrischer Leitfähigkeit.This solution lies the consideration underlying, one possible stable electrical conductivity of the Carrier body in To achieve over the operating time. Due to the coating the particle with an additional Layer must be for The particles themselves are not an expensive material to be oxidized and thus a decreasing conductivity in the Avoiding the operating time of the component. Rather, the Particles for achieving a low electrical contact resistance from inexpensive Materials are produced. To maintain the low contact resistance during operation the particles are coated with a layer the oxide layer preventing, i. no or only a small one forms electrically insulating oxide skin. The combination of the particle with the additional Leaves conductive layer a largely inert, good conductive grain arise. hereby the carrier body forms a Matrix with high and stable, permanent electrical conductivity.

Um eine möglichst hohe Leitfähigkeit zwischen den Kontaktanschlüssen im kalten Zustand des Bauteils zu erzielen, sind die Partikel vorzugsweise aus einem Leiterwerkstoff, d.h. aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellt.Around one possible high conductivity between the contact connections in the cold state of the component, the particles are preferably made of a conductor material, i. from a good electrically conductive Material produced.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Partikel aus einem Widerstandswerkstoff, d.h. aus einem elektrisch schlecht oder nichtleitenden Material hergestellt. Diese Variante ist z.B. bei speziellen Anwendungen von PPTC-Elementen (beispielsweise als Sicherungen mit kleinen Maximalströmen) von Vorteil, wenn keine hohe, sondern eine mittlere oder kleine maximale Leitfähigkeit des Materials im kalten Zustand des Bauteils gefordert wird. Dazu werden die Partikel aus schlecht- oder nichtleitendem Material, insbesondere aus anorganischen Isolatoren oder kostengünstigen Kunststoffen, gefertigt. Werden diese Partikel aus Widerstandswerkstoff mit einem gut leitfähigen Material bzw. Leitschicht ummantelt, findet die Stromleitung bei gegenseitiger Berührung der Körner und Ausbildung von Strombrücken in dem Trägerkörper hauptsächlich in der Oberflächenschicht der Körner statt. Dadurch ist der aktive Flächenquerschnitt an leitfähigem Material deutlich geringer und es fließen geringere Ströme als bei voll leitfähigen Körnern.In a further preferred embodiment are the particles of a resistance material, i. from a produced electrically poor or non-conductive material. These Variant is e.g. in special applications of PPTC elements (for example, as fuses with small maximum currents) of Advantage if not high, but a medium or small maximum conductivity of the material in the cold state of the component is required. To if the particles are made of poor or non-conductive material, in particular inorganic insulators or cost-effective Plastics, manufactured. Will these particles of resistance material with a good conductive Covered material or conductive layer, the power line is at mutual contact the grains and training of power bridges in the carrier body mainly in the surface layer the grains instead of. This is the active area cross section on conductive Material significantly lower and lower currents flow than at fully conductive Grains.

Durch geeignete Auswahl des Materials der Partikel und deren Dichte im Trägerkörper sowie der Dicke der Leitschicht ist das Stromverhalten des Bauteils individuell an unterschiedliche technische Anforderungen anpassbar.By suitable selection of the material of the particles and their density in the Carrier body as well the thickness of the conductive layer is the current behavior of the component individually adaptable to different technical requirements.

In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Partikel aus preisgünstigem Nickel.In a preferred embodiment the particles consist of inexpensive Nickel.

Vorzugsweise besteht die Leitschicht aus einem Edelmetall, z.B. Platin, Rhodium oder Iridium. Edelmetalle lassen zwar teilweise eine Oxidschicht zu, diese wächst aber nur langsam und bleibt verhältnismäßig dünn. Die anfangs hohe Leitfähigkeit wird deshalb im Laufe der Betriebszeit kaum beeinträchtigt.Preferably if the conductive layer consists of a noble metal, e.g. Platinum, rhodium or iridium. Although precious metals partially allow an oxide layer, this is growing but only slowly and remains relatively thin. The initially high conductivity is therefore hardly affected during the operating time.

Eine Beschichtung der Partikel erfolgt vorzugsweise mit Gold. Dadurch wird die Eigenschaft des Goldes genutzt, keine Oxidschicht auszubilden. Wegen des nur für die Leitschicht – und nicht für die Partikel an sich – benötigten Goldmaterials ist diese Lösung für die hohe Leitfähigkeit zwischen den Kontaktanschlüssen besonders kostengünstig.A Coating of the particles is preferably carried out with gold. Thereby The property of gold is used to form no oxide layer. Because of of only for the conductive layer - and not for the particles in themselves - needed gold material is this solution for the high conductivity between the contact connections especially inexpensive.

Vorzugsweise sind die Partikel mit einem dünnen Kohlenstoffüberzug beschichtet. Die Oxide des Kohlenstoffes – Kohlenmonoxid und Kohlendioxid – sind gasförmig und verschwinden im Falle eines Entstehens von selbst aus dem Trägerkörper. Kohlenstoff als Beschichtung führt deshalb zu keinem erhöhten elektrischen Oberflächenwiderstand. Um die relativ niedrige Leitfähigkeit des Kohlenstoffes auszugleichen, wird diese Beschichtung relativ dünn dimensioniert.Preferably, the particles are coated with a thin carbon coating. The oxides of carbon - carbon monoxide and carbon dioxide - are gaseous and disappear in the event of their origin from the carrier itself. Koh As a result, coating as a coating does not lead to increased surface electrical resistance. To compensate for the relatively low conductivity of the carbon, this coating is dimensioned relatively thin.

Vorzugsweise werden die Partikel mit der Leitschicht beschichtet, indem sie in eine Lösung eingebracht oder eingetaucht werden. Beispielsweise erfolgt die Beschichtung über eine stromlose Abscheidung in einer geeigneten chemischen Lösung. In der Lösung werden die Partikel vorzugsweise umgerührt oder auf andere geeignete Art und Weise umgewälzt und bewegt, sodass eine Beschichtung von allen Seiten in gleichmäßiger Dicke erfolgen kann.Preferably The particles are coated with the conductive layer by placing in a solution be introduced or dipped. For example, the Coating over an electroless deposition in a suitable chemical solution. In the solution the particles are preferably stirred or otherwise suitable Fashion circulated and moves, leaving a coating of uniform thickness on all sides can be done.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Beschichten der Partikel mittels Bedampfen, mittels CVD (= Chemical vapor deposition, chemische Dampfphasen-Abscheidung)-Beschichtung oder mittels Besputtern. Die Beschichtung geschieht vorteilhaft im Vakuum oder in einer verdünnten Atmosphäre.In a preferred embodiment the coating of the particles by vapor deposition, by means of CVD (= chemical vapor deposition) coating or by sputtering. The coating is advantageously carried out in a vacuum or in a diluted one The atmosphere.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Trägerkörper aus einer elektrisch nichtleitenden Matrix, z.B. Kunststoffmatrix, hergestellt.In a preferred embodiment is the carrier body made an electrically non-conductive matrix, e.g. Plastic matrix, made.

Vorteilhaft ist das Bauteil als temperaturveränderlicher Widerstand einsetzbar. Hierdurch kann das Bauteil zum Steuern bzw. Regeln eines elektrischen Schaltkreises, z.B. des elektrischen Stromes oder einer Temperatur, beitragen. So kann dieses Bauteil mittels seiner Kontaktanschlüsse auch als elektrische Sicherung gegen Überstrom in einem elektrischen Schaltkreis dienen. Insbesondere ist das Bauteil als PTC(= Positive Temperature Coefficient)-Widerstand oder als PPTC(= Polymere Positive Temperature Coefficient)-Widerstand ausgebildet. PTC-Widerstände sind spezielle elektrische Widerstandselemente, die im Unterschied zum Temperaturverhalten normaler elektrischer Widerstände in einem bestimmten Temperaturbereich einen sehr großen positiven Temperaturbeiwert und einen stark zunehmenden elektrischen Widerstand aufweisen. PPTC-Widerstände sind eine spezielle Ausgestaltung der PTC-Elemente aus polymerem Material. PPTC-Widerstände sind z.B. aus DE 100 65 193 A1 bekannt.Advantageously, the component can be used as a temperature-variable resistor. As a result, the component for controlling or regulating an electrical circuit, for example, the electric current or a temperature contribute. Thus, this component can also serve as an electrical fuse against overcurrent in an electrical circuit by means of its contact terminals. In particular, the component is designed as a PTC (= Positive Temperature Coefficient) resistor or as a PPTC (= Polymer Positive Temperature Coefficient) resistor. PTC resistors are special electrical resistance elements which, in contrast to the temperature behavior of normal electrical resistances in a certain temperature range, have a very large positive temperature coefficient and a strongly increasing electrical resistance. PPTC resistors are a special design of the PTC elements made of polymeric material. PPTC resistors are out for example DE 100 65 193 A1 known.

Der elektrische Schaltkreis enthält vorzugsweise flexible Flachleitungen oder Folienleitungen, deren elektrische Anschlüsse zumindest teilweise an das Bauteil angeschlossen sind. Das Bauteil kann folglich als raumsparender elektrischer Widerstand bzw. als elektrische Sicherung für Flach/Folienleitungen dienen.Of the contains electrical circuit preferably flexible flat cables or foil cables whose electrical connections at least partially connected to the component. The component Consequently, as a space-saving electrical resistance or as electrical fuse for Flat / foil lines serve.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:The Invention will be with reference to the embodiments illustrated in the drawings explained in more detail. there demonstrate:

1 eine schematische Querschnittsansicht auf das erfindungsgemäße Bauteil mit unterbrochenen Leitfähigkeitsketten der Körner, 1 a schematic cross-sectional view of the device according to the invention with interrupted chains of the grains,

2 eine schematisch vergrößerte Darstellung eines verwendeten Partikels bzw. Korns mit Oberflächenbeschichtung, 2 a schematic enlarged view of a used particle or grain with surface coating,

3 das Bauteil gemäß l mit aktivierten Leitfähigkeitsketten der Körner und schematisch dargestellten Stromwegen. 3 the component according to l with activated conductivity chains of the grains and schematically represented current paths.

Das elektrische Bauteil in Form eines PPTC-Widerstands 1 (1) ist mit seinen beiden Kontaktanschlüssen 2 (z.B. als Metallschichten ausgebildet) an einen hier nicht dargestellten elektrischen Schaltkreis, z.B. an Kontakte eines oder mehrerer flexibler Folienkabel, anschließbar. Zwischen den Kontaktanschlüssen 2 ist ein elektrisch nichtleitender Trägerkörper 3 (z.B. Kunststoffmatrix) angeordnet. In den Trägerkörper 3 sind Partikel 4, vorzugsweise in einer kugelförmigen oder sphärischen Form, eingelagert. Die Partikel 4 können elektrisch leitfähig oder in einer alternativen Ausführungsform elektrisch nichtleitend sein.The electrical component in the form of a PPTC resistor 1 ( 1 ) is with its two contact terminals 2 (For example, formed as metal layers) to an electrical circuit, not shown here, for example, to contacts one or more flexible film cable, connected. Between the contact connections 2 is an electrically non-conductive carrier body 3 (eg plastic matrix) arranged. In the carrier body 3 are particles 4 , preferably in a spherical or spherical shape, stored. The particles 4 may be electrically conductive or, in an alternative embodiment, electrically nonconductive.

Die ursprünglichen Partikel 4 sind von einer elektrisch leitenden Leitschicht 5 umgeben (2). Hierdurch entsteht ein dauerhaft elektrisch gut leitfähiges Korn 6. Diese Körner 6 können im Trägerkörper 3 Berührungsketten bzw. elektrisch leitende Leitfähigkeitsketten 7 bilden (3). Diese Ketten 7 wiederum wirken als elektrische Strompfade zwischen den Kontaktanschlüssen 2. Das Gemisch 8 aus Trägerkörper 3 und dauerhaft gut elektrisch leitfähigen Körnern 6 weist also eine stabile, hohe und dauerhafte elektrische Leitfähigkeit auf.The original particles 4 are of an electrically conductive conductive layer 5 surround ( 2 ). This results in a permanently good electrical conductive grain 6 , These grains 6 can in the carrier body 3 Contact chains or electrically conductive conductivity chains 7 form ( 3 ). These chains 7 in turn act as electrical current paths between the contact terminals 2 , The mixture 8th from carrier body 3 and permanently good electrically conductive grains 6 thus has a stable, high and durable electrical conductivity.

Aufgrund seines temperaturspezifischen Verhaltens sind die Ketten 7 des PPTC-Widerstands 1 im „kalten" Zustand aktiviert, so dass Körner 6 die Strompfade ausbilden (3). Im „heißen" Zustand des PPTC-Widerstands 1 sind die Ketten 7 unterbrochen, so dass keine Strompfade zwischen den Kontaktanschlüssen 2 ausgebildet sind. Mit anderen Worten steigt der elektrische Widerstand des PPTC-Elements 1 bei zunehmender Temperatur stark an (1). Das PPTC-Element 1 zeigt ein Temperaturverhalten nach Art eines Kaltleiterwiderstandes.Due to its temperature-specific behavior, the chains are 7 of the PPTC resistor 1 activated in the "cold" state, leaving grains 6 to form the current paths ( 3 ). In the "hot" state of the PPTC resistor 1 are the chains 7 interrupted, leaving no current paths between the contact terminals 2 are formed. In other words, the electrical resistance of the PPTC element increases 1 strongly at increasing temperature ( 1 ). The PPTC element 1 shows a temperature behavior in the manner of a PTC resistor.

Claims

Electrical component ( 1 ) with at least two Contact connections ( 2 ) and between a carrier body ( 3 ) with embedded particles ( 4 ), characterized in that the particles ( 4 ) of an electrically conductive conductive layer ( 5 ) and over the conductive layer ( 5 ) with the contact connections ( 2 ) are electrically contacted.

Component according to claim 1, characterized in that the particles ( 4 ) are made of a resistance material.

Component according to claim 1, characterized in that the particles ( 4 ) consist of nickel.

Component according to one of the preceding claims, characterized by a conductive layer ( 5 ) made of precious metal.

Component according to Claim 4, characterized by a conductive layer ( 5 ) of gold.

Component according to one of Claims 1 to 3, characterized by a conductive layer ( 5 ) made of carbon.

Component according to one of the preceding claims, characterized in that the particles ( 4 ) with the conductive layer ( 5 ) by introducing the particles ( 4 ) are coated in a solution.

Component according to claim 7, characterized that the coating by means of an electroless deposition in the solution he follows.

Component according to one of claims 1 to 6, characterized in that the particles ( 4 ) are coated either by vapor deposition or by CVD coating or by sputtering.

Component according to one of the preceding claims, characterized by a coating of the particles ( 4 ) with the conductive layer ( 5 ) in vacuo or in a dilute atmosphere.

Component according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier body ( 3 ) made of electrically non-conductive material, such as plastic.

Component according to one of the preceding claims, characterized by its use as a temperature-variable resistor.

Component according to claim 12, characterized in that that it is designed as a PPTC element.