DE102005026241B4

DE102005026241B4 - Thermistor mit isolierten, lötbaren Anschlussdrähten

Info

Publication number: DE102005026241B4
Application number: DE200510026241
Authority: DE
Inventors: Javier Arrimadas Matias; Markus Weiglhofer; Gerald Kloiber
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2015-02-26
Anticipated expiration: 2025-06-08
Also published as: DE102005026241A1

Abstract

Thermistor mit einem Grundkörper (1) und mindestens einem Anschlusselement (2a, 2b), das einen Anschlussdraht (3) mit einer isolierenden Umhüllung (4) umfasst, wobei die Umhüllung durch Löten abschmelzbar ist.

Description

Es wird ein leicht herstellbares und für mehrere Anwendungen verwendbares elektrisches Bauelement beschrieben.
Aus JP 61139731 A ist ein Temperatursensor bekannt, bei dem zwei biegbare, mit isolierenden Umhüllungen versehene Anschlussdrähte mit einem Thermistor verbunden sind.
DE 197 21 101 A1 beschreibt einen Thermistor mit Zuleitungsanschlüssen, die mit einem Harzüberzug elektrisch isoliert sind.
EP 0 416 133 A1 beschreibt das Bonden von Anschlussdrähten eines Halbleiterchips mit dem Leadframe eines Chipgehäuses und eine Isolationsschicht und einen derartigen Anschlussdraht.
US 5,639,558 A beschreibt Bonddrähte, die mit einer Beschichtung aus Polyparabansäureharz oder Polyarylatharz umhüllt sind.
JP 03185742 A beschreibt einen Halbleiterchip, dessen Bonddrähte mit einer Umhüllung isoliert sind, die bei Bondtemperaturen ab 350°C schmelzbar ist.
US 4,053,864 beschreibt einen PTCR-Thermistor mit Anschlussdrähten ohne isolierende Umhüllung. Die Anschlussdrähte sind bereits in die Verkapselung des Grundkörpers integriert.
DE 26 59 566 A1 offenbart einen Kondensator, bei dem auch keine isolierende Umhüllung der Anschlüsse vorgesehen ist. Wie in der einzigen Figur gezeigt, sind die Anschlüsse in den Grundkörper des Kondensators eingebettet, wodurch sich auch hier ein Anlöten derselben erübrigt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen leicht herstellbaren Thermistor zu schaffen.
Es wird ein Thermistor nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein separates Abtragen der isolierenden Umhüllung, beispielsweise um den Anschlussdraht mit dem Grundkörper zu kontaktieren, vermieden werden kann.
Der Grundkörper weist vorzugsweise keramisches Material auf und darf mit einer isolierenden Beschichtung versehen sein.
Es ist günstig, wenn das Anschlusselement plastisch verformbar ist und ein Ende aufweist, welches in ein Kontaktloch einer Leiterplatte steckbar ist.
Im Falle mehrerer Anschlussdrähte wird durch deren plastischen Verformbarkeit und deren in ein Kontaktloch einer Leiterplatte steckbaren Enden erreicht, dass das elektrische Bauelement mit einer Leiterplatte nahezu beliebigem Rastermaßes verbunden werden kann. Das Bauelement ist somit für unterschiedliche Anwendungen verwendbar, bei dem beispielsweise Leiterplatten oder Stecker mit unterschiedlichen Rastermaßen benötigt werden.
Zum Einstecken des elektrischen Bauelements im obigen Sinne wird bevorzugt, dass eines der beiden Anschlusselemente einen Abschnitt aufweist, der vom anderen Anschlusselement weggebogen ist und die Enden beider Anschlusselemente in einem zweiten Abschnitt parallel zueinander verlaufen. Die Enden werden dann mit einem Abstand voneinander in die entsprechenden Kontaktlöcher einer Leiterplatte oder eines Steckers gesteckt.
Erfindungsgemäß ist das elektrische Bauelement ein Thermistor, der bei Temperaturmessgeräten Verwendung findet.
Es ist günstig, wenn das Anschlusselement eine Zugfestigkeit und Steifigkeit aufweist, die ein Verbiegen in eine dauerhaft anhaltende Form ermöglichen. Dabei kann entweder der Anschlussdraht oder die isolierende Umhüllung des Anschlussdrahts ein zur benötigten Zugfestigkeit und Steifigkeit beitragendes Material aufweisen. Auch ist es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Anschlussdrahtmaterial und das isolierende Umhüllungsmaterial jeweils in verschiedenen Anteilen zur benötigten Zugfestigkeit und Steifigkeit beitragen.
Die beschriebenen Gegenstände werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele und der Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Thermistor, der vorzugsweise ein NTC-Thermistor ist, mit zwei plastisch verformbaren, drahtförmigen Anschlusselementen 2a und 2b. Der Thermistor weist einen Grundkörper 1 auf, der keramisches Material, beispielsweise Mn, Ni und/oder Co, enthält, und dessen Oberfläche zumindest teilweise mit einer isolierenden Beschichtung 5 versehen ist, welche vorzugsweise ein Epoxydharz enthält.
Die Anschlusselemente 2a, 2b weisen jeweils einen elektrisch leitenden Anschlussdraht 3 auf, der mit einer isolierenden Umhüllung 4 ausgebildet ist. Die isolierende Umhüllung ist auch als flexibler Hohlzylinder zu verstehen, der den Anschlussdraht umschließt. Die Umhüllung 4 besteht aus einem Material, das beim Löten der Anschlussdrähte auf den Grundkörper 1 abschmelzbar ist. Hierzu sind Polyester, Polyurethan oder Polyesterimide besonders geeignet, welche einzelnd oder in Kombination zwischen 370 und 400°C abschmelzen. Unterhalb dieses Temperaturbereichs haben sie den Vorteil, dass sie besonders abriebbeständig sind, wie beispielsweise bei einer Einsatztemperatur von zwischen 175 bis 195°C. Auch ist die isolierende Umhüllung 4 der Anschlussdrähte von Vorteil, wenn das elektrische Bauelement bzw. der Thermistor in eine metallische Hülse eingebaut ist, gegenüber der die Anschlussdrähte isoliert sein sollten.
Die Umhüllung 4 kann wie folgt aus mehreren Schichten bestehen:

– erste Schicht enthält Polyurethan und zweite Schicht Polyamid,
– erste Schicht enthält Polyestermid und zweite Schicht Polyamid,
– erste Schicht enthält Polyester und die zweite Schicht Polyamid.

Es wird bevorzugt, dass die Umhüllung 4 eine Spannungsdurchschlagfestigkeit von lkv (dc) aufweist. Dies ist mit den genannten Materialien, einzeln oder in Kombination, sowie mit einer Umhüllungsdicke ab 30 μm möglich.
Allgemein können die Anschlusselemente also als isoliert und lötbar betrachtet werden. Wie in der Figur mit der Lotstelle 6 gezeigt, wird die Umhüllung 4 vom Anschlussdraht 3 beim Löten entfernt und der Anschlussdraht an einem Kontaktende gleichzeitig mit einer Elektrode des Grundkörpers kontaktiert.
Durch das Verbinden eines Grundkörpers mit Anschlussdrähten, die bereits mit isolierenden Umhüllungen 4 versehen sind, ist die Herstellung des Thermistors besonders einfach, da keine nachträgliche Beschichtung der Anschlussdrähte notwendig ist. Auch ist das Abziehen bzw. „Peeling Off” der isolierenden Umhüllung 4, beispielsweise um damit ein Kontaktende des Anschlusselements zu schaffen, nicht nötig, da die Umhüllung bereits beim Löten abschmelzt. Das bereits mit der isolierenden Umhüllung versehene Anschlusselement kann vorteilhafterweise auch in beliebiger Länge vorgeferigt werden.
Die Beschichtung 5 des Grundkörpers und die isolierende Umhüllung 4 der Anschlussdrähte bilden vorzugsweise separate Einheiten, die auch nicht in einem und demselben Prozessschritt hergestellt werden müssen. Das hat den Vorteil, dass die Isoliereigenschaften der Beschichtung 5 des Grundkörpers und der Umhüllung 4 auf unterschiedliche Spannungsbelastungen abgestimmt sein können. Es wird zudem bevorzugt, dass die Epoxydbeschichtung 5 dem Grundkörper 1 nach dem Befestigen der Anschlusselemente auf den Grundkörper aufgetragen wird.
Für die plastische Verformbarkeit der Anschlusselemente 2a, 2b wird bevorzugt, dass sie eine Zugfestigkeit von 500 bis 700 N/mm² aufweisen und durch eine zum Einstecken in einen Stecker oder eine Leiterplatte günstigen Steifigkeit gekennzeichnet sind. Unter dem Begriff „Zugfestigkeit” wird die maximale, im Zugversuch unmittelbar vor dem Bruch des belasteten Materials erreichte Spannung verstanden. Unter dem Begriff „Steifigkeit” wird die Eigenschaft eines Materials verstanden, einer Verformung entgegenzuwirken. Ein Maß dafür kann die Kraft sein, die auf das Material ausgeübt werden muss, um eine Auslenkung des Materials zu erreichen.
Folgende Maßnahmen können zur Zugfestigkeit und Steifigkeit im oben angegebenen Bereich beitragen:

1. Die Umhüllung 4 wird im Vergleich zum Anschlussdraht 3 dick ausgebildet. Mit einer geeigneten Dicke kann einerseits eine hohe Isolierung bzw. Spannungsdurchschlagfestigkeit erreicht werden, andererseits aber auch eine hohe Steifigkeit. Der Anschlussdraht 3 wird dagegen dünn und/oder weich gestaltet und kann damit auch durch eine geringe Steifigkeit gekennzeichnet sein. Das ist der Fall, wenn zum Beispiel Kupfer als Drahtmaterial verwendet wird.
2. Der Anschlussdraht 3 trägt wesentlich zur Zugfestigkeit und Steifigkeit des Anschlusselements bei. Hierzu wird ein Anschlussdraht 3 mit einer relativ hohen Steifigkeit, Zugfestigkeit oder Dicke verwendet, wie z. B. durch den Einsatz von Fe-Ni oder Fe-Cu (Staku-Draht) als härteres Drahtmaterial. Dagegen wird auf die Stärke der Umhüllung 4 bzw. auf ihre Steifigkeit weitestgehend verzichtet.

In jedem Fall sollte aber sowohl der Anschlussdraht als auch die Umhüllung flexibel sein.
Die durch die oben genannten Werte gekennzeichneten Anschlusselemente sind plastisch verformbar, und diese Eigenschaft wird dazu verwendet, sie in eine in die Kontakt- oder Durchgangslöcher einer Leiterplatte 7 steckbare Form zu biegen. Zu diesem Zweck wird zumindest ihren Enden eine zum Einstecken ausreichende Steifigkeit gegeben.
Außerhalb der Grundkörpereinheit, welche als die durch den Grundkörper 1 mit der Epoxydharzbeschichtung 5 gebildeten Einheit zu verstehen ist, sind die Anschlusselemente 2a, 2b in einem ersten Abschnitt A voneinander weggebogen und verlaufen in diesem Abschnitt in einem Winkel. Vor und an ihren jeweiligen Kontaktenden, welche vorzugsweise verzinnt sind, verlaufen sie aber in einem zweiten Abschnitt B wesentlich parallel zueinander. Die Enden der Anschlusselemente weisen einen Abstand R zueinander auf, der dem Rastermaß R der Leiterplatte entspricht. Typischer Rastermaße können dabei zwischen 2,5 und 5 mm liegen. Damit kann mittels der Anschlusselemente das elektrische Bauelement bzw. der Thermistor direkt in die Kontaktlöcher einer Leiterplatte mit nahezu beliebigem Rastermaß gesteckt werden.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, das erste Anschlusselement 2a gerade zu gestalten, dafür aber das zweite Anschlusselemente 2b eine Form gemäß dem vorhergehenden Beispiel zu geben, damit sein Ende einen Abstand R vom Ende des ersten Anschlusselements 2a hat, der dem Rastermaß der Leiterplatte entspricht.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht darin, nur eines der Anschlusselemente 2a oder 2b mit der isolierenden Umhüllung und/oder plastisch verformbar auszubilden. Es ist also möglich, dass das erste Anschlusselement 2a starr und das zweite Anschlusselement 2b flexibel ist.
Bezugszeichenliste

1: keramischer Grundkörper
2a: erstes Anschlusselement
2b: zweites Anschlusselement
3: elektrisch leitender Anschlussdraht
4: isolierende Umhüllung eines Anschlussdrahts
5: Beschichtung des Grundkörpers
6: Lotstelle
7: Leiterplatte
A: ein verbogener Abschnitt eines Anschlusselements
B: ein parallel zum anderen Anschlusselement verlaufender Abschnitt eines Anschlusselements
R: Rastermaß der Leiterplatte

Claims

Thermistor mit einem Grundkörper (1) und mindestens einem Anschlusselement (2a, 2b), das einen Anschlussdraht (3) mit einer isolierenden Umhüllung (4) umfasst, wobei die Umhüllung durch Löten abschmelzbar ist.
Thermistor nach Anspruch 1, bei dem das Anschlusselement (2a, 2b) plastisch verformbar ist.
Thermistor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Anschlusselement (2a, 2b) mit einem Ende ausgebildet ist, welches in ein Kontaktloch einer Leiterplatte (7) steckbar ist.
Thermistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend zwei Anschlusselemente (2a, 2b) mit Enden, welche entsprechend eines Rastermaßes (R) einer Leiterplatte (7) voneinander beabstandet sind.
Thermistor nach Anspruch 4, bei dem eines der beiden Anschlusselemente (2a, 2b) einen Abschnitt (A) aufweist, das vom anderen Anschlusselement (2b) weggebogen ist und die Enden beider Anschlusselemente in einem zweiten Abschnitt (B) parallel zueinander verlaufen.
Thermistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Ende eines Anschlusselements (2a, 2b) verzinnt ist.
Thermistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Grundkörper (1) Keramikmaterial enthält.
Thermistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Grundkörper (1) mit einer isolierenden Beschichtung (5) versehen ist.
Thermistor nach Anspruch 8, bei dem die Beschichtung (5) Epoxydharz enthält.
Thermistor nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die Beschichtung (5) des Grundkörpers (1) und die isolierende Umhüllung (4) des Anschlusselements (2a, 2b) separate Einheiten bilden.
Thermistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anschlussdraht (3) eines oder mehrere der folgenden Materialien enthält: eine Eisen-Nickel Legierung, eine Eisen-Kupfer Legierung, Kupfer.
Thermistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Anschlusselement (2a, 2b) eine Zugfestigkeit von 500 bis 700 N/mm² aufweist.
Thermistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anschlussdraht (3) eine Zugfestigkeit von 500 bis 700 N/mm² aufweist.
Thermistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Umhüllung (4) des Anschlussdrahts (3) eine Zugfestigkeit von 500 bis 700 N/mm² aufweist.