DE102021118569B4

DE102021118569B4 - NTC-Sensor und Verfahren zur Herstellung eines NTC-Sensors

Info

Publication number: DE102021118569B4
Application number: DE102021118569.6A
Authority: DE
Inventors: Jan Ihle; Elisabeth Schwarz-Funder; Wolfgang Fail; Gerhard Hojas; Subramanian Ravichandran; Dhananjay Chavan
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2023-01-26
Anticipated expiration: 2041-07-20
Also published as: DE102021118569A1; CN117651852A; WO2023001532A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen NTC-Sensor (100) umfassend einen Chip (1), zwei parallele Drähte (2) jeweils aufweisend Kontaktstellen (5, 6, 7) und Kontaktierungen zwischen dem Chip (1) und den Kontaktstellen (5, 6, 7) jeder der Drähte (2), wobei eine maximale laterale Abmessung des NTC-Sensors in jeder Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte (2) gleich oder geringer ist als die Summe der lateralen Abmessungen des Chips (1) und der Drähte (1). Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines NTC-Sensors (100).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen NTC-Sensor und ein Verfahren zur Herstellung von NTC-Sensoren.
Bisher verfügbare NTC-Thermistor-Temperatursensoren mit Kunststoffbeschichtung werden mit konventionellen Montage- und Beschichtungstechnologien hergestellt.
Der elektrische Widerstand einer NTC-Thermistor-Keramik ändert sich bei wechselnden Temperaturen. Insbesondere nimmt der Widerstand des NTC-Thermistors mit steigenden Temperaturen ab. NTC steht hierbei für Negative Temperature Coefficient (Negativer Temperatur-Koeffizient). NTC-Thermistoren werden auch als Heißleiter bezeichnet.
Die NTC-Thermistor-Keramik wird über Anschlussdrähte in einen Stromkreis eingebunden. Über die Änderung des Widerstandes im Stromkreis kann somit indirekt die Temperatur des NTC-Thermistors gemessen werden. Da die Temperatur des NTC-Thermistors in der Regel von der Umgebungstemperatur abhängt, kann so auch die Umgebungstemperatur gemessen werden. Ein Kunststoffgehäuse kann den Thermistor vor Umwelteinflüssen schützen, sollte aber, um ein Messen der Umgebungstemperatur zu ermöglichen, gut wärmeleitend sein.
Beispiele für Thermistorelemente sind aus dem Dokument DE 10 2005 017 816 A1 bekannt.
Die Patentschrift EP 2 159 556 B1 offenbart weiterhin einen Temperaturfühler mit Elektroden, wobei die Elektroden mittels zweier Drähte elektrisch kontaktiert sind. Die Drähte scheinen an ihren Enden von einer isolierenden Umhüllung freigelegt zu sein, um die Kontaktstellen zu bilden. Der Temperaturfühler ist parallel zu einem längeren der beiden Drähte oder, falls die beiden Drähte gleich lang sind, quer zu den Köpfen der beiden Drähte angeordnet. Die Verbindung zwischen den parallelen Drähten und den Elektroden wird durch Löten hergestellt. Um eine stabile Lötverbindung herzustellen und die Oberflächenspannung der Lötverbindung zu reduzieren, können die Drahtenden verschiedene geometrische Formen aufweisen.
Die WO 2018 / 182 011 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Temperaturfühlern, wobei in einem ersten Schritt die isolierende Umhüllung an der Umfangsseite mehrerer paralleler Drähte an nebeneinanderliegenden Stellen entfernt wird und anschließend Thermistor-Elemente an den nebeneinander-liegenden Stellen der entfernten Umhüllung aufgesetzt werden.
Die DE 28 15 003 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem ein Thermistorelement mittels zweier flacher Metallstreifen kontaktiert wird, die per Löten auf derselben Oberfläche des Thermistor-Elements auf-gebracht werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten NTC-Sensoren und Verfahren zur Herstellung von NTC-Sensoren zu verbessern.
Die definierte Aufgabe kann zumindest teilweise durch einen erfindungsgemäßen NTC-Sensor gelöst werden.
Der NTC-Sensor umfasst einen Chip, zwei parallele Drähte, die jeweils Kontaktstellen aufweisen, und Kontaktierungen zwischen dem Chip und den Kontaktstellen jeder der Drähte.
Eine maximale laterale Abmessung des NTC-Sensors in jeder Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte ist hierbei gleich oder geringer als die Summe der lateralen Abmessungen des Chips und der Drähte.
Als Erstreckungsrichtung wird die Richtung, in der die Drähte verlaufen, bezeichnet. Die Drähte sind parallel nebeneinander und bevorzugt geradlinig angeordnet.
Die Drähte können isolierende Ummantelungen aufweisen. Die Drähte können unmittelbar aneinander anliegen oder beabstandet sein. Es kann sich um zwei einzelne Drähte oder einen Doppeldraht handeln, in dem die isolierenden Ummantelungen zweier Drähte unmittelbar verbunden sind.
Die Drähte weisen Kontaktstellen auf, an denen die elektrisch leitenden Drähte keine isolierende Ummantelung aufweisen. Dies können beispielsweise die Drahtenden sein oder Stellen seitlich an den Drähten, an denen die isolierende Ummantelungen gezielt entfernt wurden.
Die Chips sind an den Kontaktstellen der Drähte angeordnet. Der Chip kann so angeordnet sein, dass die maximale Abmessung des Chips senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte gerichtet ist. Diese Anordnung wird erreicht, indem die beiden Kontaktstellen nebeneinander auf zwei parallel verlaufenden Drähten ausgebildet sind.
Zwischen dem Chip und den Drähten sind sowohl mechanische Verbindungen als auch elektrische Kontaktierungen ausgebildet.
Bevorzugt weist der Chip Außenelektroden zur elektrischen Kontaktierung auf, die mit den Drähten verbunden sind. Die Verbindung bzw. die Kontaktierung zwischen Chip und Drähten wird entweder durch Löten oder durch das Aufbringen von leitfähigem Kleber hergestellt.
Wie oben beschrieben, ist die maximale laterale Abmessung des NTC-Sensors in jeder Richtung gleich oder geringer ist als die Summe der lateralen Abmessungen des Chips und der Drähte.
Als laterale Abmessung wird jede Abmessung des NTC-Sensors in einer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der beiden parallel verlaufenden Drähte bezeichnet.
Aufgrund einer gezielten Kontaktierung mit geringen Mengen an Kontaktierungsmaterial wie Lot oder Kleber und einer vorteilhaften Anordnung des Chips an den Drähten kann die äußere Abmessung des NTC-Chips wie beschrieben reduziert werden. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass der NTC-Sensor einfach durch Einführkanäle mit geringen Abmessung in Baugruppen mit geringen Abmessung eingeführt werden kann.
Als Einführkanal wird hierbei insbesondere der freiliegende Weg zwischen der Außenseite einer Baugruppe und der Stelle in der Baugruppe, an der der Sensor verbaut werden soll, bezeichnet. Die Abmessung des freiliegenden Querschnitts des Einführkanals kann somit sehr gering gewählt werden. Die gesamte Baugruppe kann möglichst klein ausgeführt werden, was Platz und Kosten reduziert.
Gemäß einer Ausführungsform ist die maximale laterale Abmessung des NTC-Sensors nicht größer oder nur geringfügig größer als eine laterale Abmessung des Chips in derselben Richtung.
Dies kann durch eine vorteilhafte Anordnung des Chips an den Drähten erreicht werden. Weiterhin kann dies durch eine vorteilhafte Kontaktierung mit geringen Mengen an Kontaktierungsmaterial wie Lot oder Kleber erreicht werden.
Der Chip ist in dieser Ausführungsform beim Einschieben des NTC-Sensors durch einen Einführungskanal in seine Einbausituation in einer Baugruppe die limitierende Komponente. Wird der Chip mit möglichst geringen Abmessungen ausgeführt, kann auch die Größe des NTC-Sensors minimiert werden.
In einer Ausführungsform ist die laterale Abmessung des Chips in jeder Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte nicht größer als die Abmessung der beiden Drähte in derselben Richtung.
So ist in der Richtung, in der die beiden Drähte nebeneinanderliegen, die Abmessung des Chips nicht größer als die Summe der Durchmesser der Drähte. Die Drähte liegen bevorzugt direkt aneinander an, sodass die Abmessung des NTC-Sensors in der lateralen Richtung nicht größer ist als die Abmessung des Chips.
In der hierzu senkrechten Richtung, in der die Drähte nicht nebeneinanderliegen, ist die laterale Abmessung des Chips nicht größer als der Durchmesser eines der Drähte.
Die Drähte weisen bevorzugt in allen Ausführungsformen beide denselben Durchmesser auf.
In einer Ausführungsform ist die laterale Abmessung des Chips in jeder Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte geringer als die Abmessung der beiden Drähte in derselben Richtung.
Die Durchmesser der Drähte werden jeweils inklusive einer möglichen isolierenden Ummantelung gemessen.
Die maximale Abmessung des Chips ist nicht größer als die Summe der Durchmesser der beiden Drähte. Somit weist ein Sensorkopf umfassend den Chip mit den aufgebrachten Drähten eine Abmessung auf, die sich bevorzugt kaum von den Abmessungen der übrigen Abschnitte der Drähte unterscheidet. Der Sensorkopf ist in der Regel der Abschnitt des Sensors mit den breitesten Abmessungen. Der beschriebene Sensor mit sehr kleinem Sensorkopf kann daher problemlos auch in sehr kleine Baugruppen, in welche die Drähte durch Kanäle eingeführt werden können, wie beispielsweise in Batterien, eingebaut werden.
In einer Ausführungsform weist der Chip eine maximale Ausdehnung von 0,6 mm auf.
Eine typische Abmessung der Drähte mit umgebender Ummantelung beträgt 0,3 mm. Zwei direkt nebeneinanderliegende Drähte bzw. ein Doppeldraht weisen somit eine Breite von 0,6 mm auf. Wird an den Kopfenden der Drähte der Chip mit einer maximalen Ausdehnung von 0,6 mm angebracht und der Chip geeignet orientiert, ist somit sichergestellt, dass der Chip nicht seitlich über die Drähte herausragt. Der Sensorkopf weist somit kaum oder nur geringfügig größere Abmessungen als die Drähte auf.
Im Falle von Drähten geringerer oder größerer Durchmesser kann der Chip entsprechend geringere oder größere Abmessungen aufweisen, wobei das Abmessungsverhältnis zwischen Chip und Drähten erhalten bleiben soll.
Der Chip ist bevorzugt quaderförmig ausgeführt. Die maximale Ausdehnung des Chips beträgt 0,6 mm. Die Ausdehnung des Chips in einer lateralen Richtung senkrecht zur maximalen Ausdehnungsrichtung beträgt maximal 0,3 mm. Wird der Chip in geeigneter Orientierung an das Kopfende zweier nebeneinanderliegender Drähte mit einem Durchmesser von jeweils 0,3 mm angebracht, ragt der Chip somit seitlich nicht über die Drähte hinaus.
Die Ausdehnung des Chips entlang einer dritten Richtung, die senkrecht zur Kontaktfläche zwischen Chip und Drähten steht, also entlang der Erstreckungsrichtung der Drähte, kann variabel sein, weist jedoch bevorzugt eine maximale Ausdehnung von 0,33 mm auf.
In einer Ausführungsform ist der Chip ein keramisches Vielschichtbauteil mit Innenelektroden.
Das Vielschichtbauteil besteht aus mehreren NTC-Thermistor-Keramikschichten zwischen denen metallische Innenelektroden vorgesehen sind. Der elektrische Widerstand eines solchen Vielschichtbauteils kann sehr genau definiert werden. So können Widerstandstoleranzen von unter 1 % erzielt werden.
Der Widerstand des NTC-Materials ist von der Temperatur abhängig. Bei größeren Temperaturen sinkt der Widerstand (Heißleiter). Das Verhalten des Widerstands in Abhängigkeit der Temperatur wird über Widerstands-Temperatur-Kennlinien wiedergegeben. Die Widerstandstoleranz kann für eine Nenntemperatur so eingestellt werden, dass sie einen Wert von 1 % nicht übersteigt.
In der beschriebenen Ausführungsform können die Innenelektroden durch Außenelektroden auf den Oberflächen des Chips elektrisch kontaktiert werden. Die Außenelektroden sind bevorzugt an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Chips aufgebracht. Die Außenelektroden können kappenförmig ausgestaltet sein und verschiedene Seitenflächen des Chips bedecken. Bevorzugt sind die im Vielschichtbauteil gestapelten Innenelektroden jeweils abwechselnd mit den beiden entgegengesetzt positionierten Außenelektroden verbunden.
Die Außenelektroden umfassen Metallisierungsschichten beispielsweise aus Silber, die beispielsweise über einen Tauchprozess mit anschließendem Einbrennen aufgebracht werden. Zusätzlich können Ni-Sn(Nickel-Zinn)-Schichten galvanisch aufgetragen werden. Die Ni-Sn-Schichten werden bevorzugt außen auf die Metallisierungsschichten aus Silber aufgetragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Chip eine monolithische NTC-Thermistor-Keramik. Die Keramik im Chip kann also als durchgehender Monolith geformt sein. Innerhalb der Keramik sind keine weiteren Komponenten wie Innenelektroden vorhanden. Ein solcher Chip kann sehr einfach bereitgestellt werden. Zur Kontaktierung des Chips sind auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen Außenelektroden vorhanden.
In einer Ausführungsform sind die zwei Drähte parallel angeordnet und verlaufen bevorzugt geradlinig nebeneinander.
Im Falle von ummantelten Drähten, können die isolierenden Ummantelungen der Drähte direkt aneinander anliegen.
Aneinander anliegende Drähte benötigen beim Einbau in eine elektronische Baugruppe weniger Platz als beabstandet angeordnete Drähte. Der Chip mit den zuvor beschriebenen Abmessungen kann durch zwei aneinander anliegende Drähte einfach kontaktiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich nicht um zwei einzelne Drähte, sondern um einen Doppeldraht, bei dem die Ummantelungen der zwei Drähte fest verbunden sind. Ein solcher Doppeldraht ist im Herstellungsprozess einfacher zu handhaben als einzelne Drähte.
In einer Ausführungsform fungieren die Stirnflächen der Drähte als Kontaktstellen, auf die der Chip aufgesetzt ist.
Die Stirnflächen der Drähte können als stumpfe Enden der Drähte ausgeführt sein. Ein stumpfes Ende entsteht beispielsweise, wenn ein Draht quer zu seiner Längsrichtung zertrennt wird. An diesem stumpfen Ende liegt der metallische, elektrisch leitende Draht von der isolierenden Ummantelung frei.
Gegebenenfalls kann die Ummantelung um die Stirnflächen an den Drahtenden weiter entfernt sein. Die Ummantelung kann beispielsweise durch mechanisches Schneiden oder durch Laserablation entfernt werden.
Wird der Chip, dessen Abmessungen die der Drähte, die weiterhin bevorzugt parallel nebeneinander angeordnet sind, nicht oder nur kaum übersteigt, direkt auf die Stirnflächen der Drähte aufgebracht, ragt der Chip nicht oder nur kaum seitlich über die Drähte hinaus. Der Chip stellt dann quasi eine Verlängerung der Drähte mit ähnlichen Abmessungen wie die Drähte dar. Die Abmessungen des Sensorkopfes, also des Chips mit darin angebrachten Drähten, entsprechen also in etwa den Abmessungen des Chips. Somit kann der Sensorkopf einfach zusammen mit den Drähten in eine Baugruppe eingeführt werden.
Die Kontaktstellen sind L-förmig ausgebildet, wobei der Chip auf die L-förmigen Kontaktstellen aufgesetzt wird.
Die Stirnflächen der Drähte fungieren als Kontaktstellen, die dann L-förmig ausgebildet sind. Hierzu sind die zuvor beschriebenen stumpfen Enden der Drähte teilweise abgeflacht, sodass das Ende eine Schaufelform aufweist.
Die Abmessungen jedes Drahtes in der abgeflachten Richtung sind im Vergleich zum Durchmesser des Drahtes vernachlässigbar. Die abgeflachten Seitenflächen des Drahtes sind ähnlich wie Schaufelblätter geformt.
Die wie ein Schaufelblatt geformte Fläche bietet eine große Kontaktfläche, die an dem Chip angebracht sein kann. Somit wird eine stabile und sichere Verbindung und elektrische Kontaktierung mit niedrigem Anschlusswiderstand zwischen dem Chip und den Drähten hergestellt.
Insbesondere können die L-förmigen - wie ein Schaufelblatt geformten - Flächen zweier Drähte an zwei entgegengesetzten Außenflächen des Chips angebracht sein. Somit kann der Chip zwischen den Drähten angeordnet sein, was die Stabilität des Sensors weiter erhöht.
Aufgrund der Abflachung des Drahtes entsprechen die Abmessungen des Sensorkopfes auch in dieser Ausführungsform in etwa den Abmessungen des Chips. Bei geeignet gewählten Chipabmessungen ragt der Sensorkopf nicht oder kaum seitlich über die Drähte hervor und bildet somit quasi eine Verlängerung der Drähte mit ähnlichen Abmessungen. Der Sensorkopf kann somit einfach mit den Drähten in eine Baugruppe eingeführt werden.
In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Kontaktstellen gebildet, indem dafür vorgesehener Abschnitte des Drahtes aus einer isolierenden Ummantelung freigelegt sind.
In einer Ausführungsform wird die Verbindung zwischen Chip und Drähten durch Löten hergestellt.
In einer Ausführungsform sind die Kontaktierungen mittels einer möglichst geringen Menge an Lot gebildet.
In einer Ausführungsform wird die für das Löten benötigte Wärme durch die Selbsterhitzung der NTC-Thermistor-Keramik bei Anlegen einer elektrischen Spannung bereitgestellt.
Auf Drahtenden der Drähte, an welchen der Chip verlötet werden soll, wird Lotpaste aufgetragen. Die Lotpaste kann aus verschiedenen Metallen wie Blei, Zinn, Zink, Silber, Kupfer, Gold, Antimon und Wismut bestehen. Vorzugsweise kann die Lotpaste bleifrei sein. Weiterhin kann die Lotpaste mit einem Flussmittel imprägniert sein.
Anschließend kann der Chip in einer Horde zwischen den mit Lotpaste benetzten Drahtenden positioniert werden. Über die Drähte wird eine elektrische Spannung angelegt. Durch das an Anlegen der elektrischen Spannung erwärmt sich die NTC-Thermistor-Keramik des Chips.
Durch das Selbsterhitzen des Chips wird die Lotpaste aufgeschmolzen und verfestigt sich beim anschließenden Abkühlen. Eine gelötete Kontaktierung wird so generiert.
Durch die geringe, aber lokal begrenzte Wärmezufuhr beim Selbsterhitzen des Chips wird die Herstellung von Lötverbindungen mit dem Einsatz von minimalen Mengen an Lotpaste ermöglicht. Die Abmessungen des Sensorkopfes, umfassend den Chip und die daran gelöteten Drahtenden, kann so minimiert werden.
Die Menge an Lotpaste je Lötverbindung ist bevorzugt so gering, dass die Lötverbindung keinen oder kaum Einfluss auf die laterale Abmessung des Sensors hat. Die Menge an Lotpaste hängt von den Abmessungen des Chips und des Drahts ab und beträgt bevorzugt zwischen 0,1 mg und 10 mg.
Die wie zuvor beschrieben hergestellten Lötverbindungen weisen eine sehr hohe Festigkeit auf. Insbesondere ist die Festigkeit der durch Selbsterhitzen hergestellten Lötverbindungen höher als die von herkömmlichen Lötverbindungen, zu deren Herstellung die Wärme von außen zugeführt wird.
Die Festigkeit der Lötverbindung ist weiterhin sehr genau einstellbar. Bevorzugt hält die Lötverbindung einer Zugkraft von maximal 6 N (Newton) stand. Noch bevorzugter hält die Lötverbindung einer Zugkraft von maximal 8 N oder maximal 10 N oder mehr stand.
In einer Ausführungsform sind die Kontaktierungen zwischen dem Chip und den Kontaktstellen der Drähte mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers gebildet. Der leitfähige Kleber umfasst beispielsweise ein Polymermaterial, in dem elektrisch leitfähige Partikel z.B. Metallpartikel aus Silber verteilt sind.
In einer Ausführungsform sind die Kontaktierungen mittels einer möglichst geringen Menge an Kleber gebildet.
Die Menge an Kleber ist bevorzugt so gering, dass der Kleber keinen oder kaum Einfluss auf die laterale Abmessung des Sensors hat. Die Menge an Kleber je Kontaktierung hängt von den Abmessungen des Chips und des Drahts ab und beträgt bevorzugt zwischen 0,1 mg und 10 mg.
In einer Ausführungsform wird der leitfähige Kleber durch die Selbsterhitzung der NTC-Thermistor-Keramik bei Anlegen einer elektrischen Spannung gehärtet.
Ähnlich wie oben in Bezug auf das Löten beschrieben, kann die elektrische Spannung über die Drähte und sich bildende Brücken aus leitfähigem Kleber an den Chip angelegt werden. Das Anlegen einer elektrischen Spannung führt zur Erwärmung des NTC-Thermistor-Materials.
Durch die geringe aber lokal begrenzte Wärmezufuhr kann eine feste Verbindung zwischen Chip und Draht mit einer minimalen Menge an Kleber hergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Sensorkopf des NTC-Sensors von einem Polymermaterial umhüllt. Der Sensorkopf umfasst den Chip und die Kontaktierungen.
Eine Umhüllung mit einem Polymermaterial schützt den Sensorkopf, also den Chip mit angeschlossenen Drähten vor äußeren mechanischen, chemischen oder physikalischen Einflüssen. Die Umhüllung ist bevorzugt elektrisch isolierend und nicht feuchtigkeitsdurchlässig.
Der Sensorkopf kann den Chip, die daran aufgebrachten Kontaktstellen der Drähte, die Kontaktierungen zwischen Chip und Drähten, die zum Beispiel durch Lot oder einen leitfähigen Kleber gebildet werden, und eine Umhüllung aus Polymermaterial umfassen.
Die Umhüllung kann mittels verschiedener Technologien wie beispielsweise durch Eintauchen in ein flüssiges Polymermaterial, durch das Überziehen eines Schrumpfschlauches oder durch das Schmelzen eines im Fluidbett auf den Sensorkopf aufgebrachten Polymerpulvers aufgetragen werden.
Alternativ kann die Umhüllung auch durch das Eintauchen des Sensorkopfes in ein Polymerpulver und anschließender Selbsterhitzung des Chips ähnlich wie beim Löten oder Härten des Klebers erhalten werden. Das letztgenannte Verfahren ermöglicht die Bildung einer besonders dünnen Umhüllung, die mit minimalem Materialaufwand gebildet wird, den Sensorkopf jedoch lückenlos umschließt.
Alternativ kann die Umhüllung nach dem Aufbringen durch die Selbsterhitzung des Chips und einer nachgelagerten thermischen Behandlung im Ofen ausgehärtet werden.
In einer Ausführungsform beträgt die laterale Abmessung des Sensorkopfs einschließlich des umhüllenden Polymermaterials in jeder Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte nicht mehr als das Doppelte der gesamten Abmessung der beiden Drähte in derselben Richtung.
In einer Ausführungsform ist die laterale Abmessung des Sensorkopfs einschließlich des umhüllenden Polymermaterials in jeder Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte nicht größer als die gesamte Abmessung der beiden Drähte in derselben Richtung.
Bevorzugt beträgt der Durchmesser eines Drahtes nicht mehr als 0,3 mm und die Summer der beiden Durchmesser somit nicht mehr als 0,6 mm.
Bevorzugt verlaufen die Drähte geradlinig nebeneinander. Die beiden Drähte können als fest verbundener Doppeldraht ausgeführt sein. Somit beträgt die Breite der zwei nebeneinanderliegenden Drähte bzw. eines Doppeldrahtes bestehend aus zwei in Erstreckungsrichtung nebeneinanderliegenden und verbundenen Drähten nicht mehr als 0,6 mm.
Die Breite des Sensorkopfes beträgt in derselben Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte bevorzugt nicht mehr als 1,3 mm unabhängig vom Durchmesser der Drähte.
Im Falle einer Breite des Doppeldrahtes von 0,6 mm beträgt die Breite des Sensorkopfes bevorzugt nicht mehr als 1,2 mm, bevorzugter nicht mehr als 1 mm und noch bevorzugter nicht mehr als 0,8 mm.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Sensorkopf nicht breiter als der Doppeldraht bzw. die beiden parallelen Drähte.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Breite des Sensorkopfes circa 0,6 mm oder genau 0,6 mm oder weniger als 0,6 mm.
Die Abmessung des Sensorkopfes senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte und senkrecht zur Breite beträgt nicht mehr als 1,3 mm und bevorzugt nicht mehr als 0,6 mm. Besonders bevorzugt beträgt die genannte Abmessung des Sensorkopfes nicht mehr als der Drahtdurchmesser von 0,3 mm.
Durch die zunehmenden Miniaturisierung elektrischer und elektronischer Bauteile und die zunehmende Automatisierung steigt der Bedarf an Sensoren mit sehr geringen Abmessungen, die in den miniaturisierten Bauteilen eingesetzt werden können. Begrenzend ist hierbei in der Regel der Sensorkopf, der naturgemäß eine größere Ausdehnung als die Anschlussdrähte aufweist.
Durch eine Minimierung der Abmessungen des Sensorkopfes, die dann bevorzugt nicht mehr die Abmessungen der übrigen Drähte übertreffen, kann der gesamte Sensor einfach durch das Einführen der Drähte mit Sensorkopf in die elektronischen Bauteile eingesetzt werden.
Mögliche Einsatzgebiete sind Batterien und Akkumulatoren beispielsweise im Automobil- oder Industriebereich.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines NTC-Sensors. Der verfahrensgemäß hergestellte NTC-Sensor kann alle oder einzelne der zuvor in Bezug auf den NTC-Sensor beschriebenen Merkmale aufweisen. Ferner kann der zuvor beschriebene Sensor alle im Folgenden beschriebenen Merkmale aufweisen und mittels des beschriebenen Verfahrens hergestellt worden sein.
Das Verfahren zur Herstellung eines NTC-Sensors umfasst mehrere Schritte.
In einem Schritt werden zwei Drähte, die Kontaktstellen aufweisen, und ein Chip, der eine NTC-Thermistor-Keramik umfasst, bereitgestellt.
Der Chip wird an den Kontaktstellen der Drähte angeordnet, sodass die maximale laterale Abmessung des NTC-Sensors in jeder Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte geringer ist als die Summe der lateralen Abmessungen des Chips und der Drähte.
Die maximale Abmessung des NTC-Sensors ist in einer Ausführungsform nicht größer als die Abmessung des Chips. Die Abmessung des Chips ist in einer bevorzugten Ausführungsform nicht größer als die Abmessung der beiden Drähte in derselben Richtung.
Eine mechanische Verbindung und eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Chip und den Drähten wird durch Löten oder das Aufbringen von leitfähigem Kleber ausgebildet.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Verbindung zwischen Chip und Drähten durch Löten hergestellt.
In einer Ausführungsform wird die für das Löten benötigte Wärme durch die Selbsterhitzung der NTC-Thermistor-Keramik bei Anlegen einer elektrischen Spannung bereitgestellt.
Hierzu werden die Drähte, auf deren Kontaktstellen Lotpaste aufgetragen ist, mit dem Chip, bevorzugt mit den Außenelektroden des Chips, in Kontakt gebracht.
Die Lotpaste kann aus verschiedenen Metallen wie Blei, Zinn, Zink, Silber, Kupfer, Gold, Antimon und Wismut bestehen. Vorzugsweise kann die Lotpaste bleifrei sein. Weiterhin kann die Lotpaste mit einem Flussmittel imprägniert sein.
Anschließend wird über die Drähte eine elektrische Spannung an den Chip angelegt. Durch das Anlegen der elektrischen Spannung erwärmt sich die NTC-Thermistor-Keramik.
Durch das Selbsterhitzen des Chips wird die Lotpaste aufgeschmolzen und verfestigt sich beim anschließenden Abkühlen.
Die Lotpaste kann an den Kontaktstellen der Drähte bevorzugt durch das Eintauchen der Drähte in ein Reservoir mit Lotpaste aufgebracht werden. Alternativ kann über eine Spendervorrichtung eine dosierte Menge an Lotpaste auf die Kontaktstellen aufgetragen werden. Letzteres bietet sich vor allem an, wenn die Kontaktstellen nicht an einem Ende des Drahtes positioniert sind, sondern zum Beispiel seitlich am Draht.
Durch die geringe, aber lokal begrenzte Wärmezufuhr beim Selbsterhitzen des Chips wird die Herstellung von Lötverbindungen mit dem Einsatz von minimalen Mengen an Lotpaste ermöglicht. Die Abmessungen des Sensorkopfes, umfassend den Chip und die daran gelöteten Drahtenden, kann so minimiert werden.
Die wie zuvor beschrieben hergestellten Lötverbindungen weisen eine sehr hohe Festigkeit auf. Insbesondere ist die Festigkeit der durch Selbsterhitzen hergestellten Lötverbindungen höher als die von herkömmlichen Lötverbindungen, zu deren Herstellung die Wärme von außen zugeführt wird.
Die Festigkeit der Lötverbindung ist weiterhin sehr genau einstellbar. Bevorzugt hält die Lötverbindung einer Zugkraft von maximal 6 N (Newton) stand. Noch bevorzugter hält die Lötverbindung einer Zugkraft von maximal 8 N oder maximal 10 N oder mehr stand.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Verbindung und die elektrische Kontaktierung zwischen dem Chip und den Kontaktstellen der Drähte durch einen leitfähigen Kleber hergestellt. Der leitfähige Kleber umfasst ein Polymermaterial, in dem elektrisch leitfähige Partikel wie beispielsweise Metallpartikel aus Silber verteilt sind.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der leitfähige Kleber durch die Selbsterhitzung der NTC-Thermistor-Keramik bei Anlegen einer elektrischen Spannung gehärtet.
Das Anlegen einer elektrischen Spannung führt zur Erwärmung des NTC-Thermistor-Materials. Durch die geringe aber lokal begrenzte Wärmezufuhr kann eine feste Verbindung zwischen Chip und Draht mit einer minimalen Menge an Kleber hergestellt werden.
Bevorzugt werden die Drahtenden in einem ersten Schritt kurz in den Kleber eingetaucht, sodass etwas Kleber an den Kontaktstellen der Drähte haftet. Anschließend werden die Kontaktstellen der Drähte auf die Außenelektroden oder auf die Außenmetallisierungen des Chips aufgesetzt und der Chip erwärmt. Hierzu kann elektrische Spannung über die Drähte und die Materialbrücke aus leitfähigem Kleber an den Chip angelegt werden. Durch die Erwärmung härtet der thermische härtbare Kleber aus und eine feste mechanische und elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Draht und Chip wird hergestellt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der leitfähige Kleber durch Bestrahlung mit UV-Licht gehärtet. Hierzu wird statt eines thermisch härtbaren Klebers ein UV-härtbarer Kleber verwendet. Ansonsten kann wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform vorgegangen werden. Um den Kleber zu härten, wird dann eine externe UV-Strahlungsquelle benötigt.
In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens sind die Drähte parallel angeordnet. Hierbei sind entlang der Drähte mehrere Kontaktstellen durch Freilegen des jeweiligen Drahtes aus einer isolierenden Ummantelung gebildet.
Auf die Kontaktstellen wird jeweils ein Chip aufgesetzt und die Drähte werden anschließend zwischen den einzelnen Chips zertrennt, sodass mehrere NTC-Sensoren erhalten werden.
Mittels des beschriebenen Verfahrens kann der Chip auch seitlich auf die Drähte aufgebracht und kontaktiert werden. Dies bietet sich vor allem bei der Serienfertigung von NTC-Sensoren direkt von einer Drahtspule an.
Die Drahtspule wird hierfür jeweils um einen definierten Abschnitt ausgerollt. Die Kontaktstellen werden dann aus der isolierenden Ummantelung geschnitten und die Chips werden auf die Kontaktstellen aufgebracht.
Anschließend werden die Drähte zwischen den Chips zerteilt, um die einzelnen Sensoren zu erhalten. Um die Chips jeweils mit beiden Drähten kontaktieren zu können, müssen jeweils zwei nebeneinanderliegende Kontaktstellen auf den beiden Drähten freigelegt werden.
Bevorzugt wird die Ummantelung so entfernt, dass der gesamte Chip in die verbleibende Ummantelung eingebettet werden kann und direkt auf den beiden Kontaktstellen aufliegt. Der ganze Chip kann dabei direkt auf den metallischen Drähten aufliegen. Der Sensorkopf weist in dieser Ausführungsform Abmessungen auf, die die Abmessungen des Chips nicht oder kaum übertreffen.
In einer Ausführungsform werden entlang der Drähte, die hierfür parallel angeordnet sind, auf mehrere entlang der Drähte ausgebildete Kontaktstellen mehrere Chips aufgesetzt und die Drähte anschließend zwischen den einzelnen Chips zertrennt, sodass mehrere NTC-Sensoren erhalten werden.
Die Drähte sind hierfür bevorzugt geradlinig nebeneinander angeordnet. Jeweils ein Paar der Kontaktstellen ist entlang der Drähte nebeneinander, jeweils eine auf jedem der beiden Drähte, angeordnet. Auf jedem Paar der Kontaktstellen kann ein Chip angeordnet werden. Entsprechend ausgeführte Drähte ermöglichen eine Serienfertigung der NTC-Sensoren.
Bei Drähten kann es sich um zwei nebeneinanderliegende Einzeldrähte, einen Doppeldraht oder eine teilweise abgewickelte Drahtspule handeln.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und dazugehörigen Figuren näher beschrieben. Ähnliche oder augenscheinlich gleiche Elemente in den Figuren sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse in den Figuren sind nicht maßstabsgetreu. Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.

1 zeigt ein erstes, nicht erfindungsgemäßes, Ausführungsbeispiel des NTC-Sensors.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des NTC-Thermistor-Chips.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des NTC-Sensors.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des NTC-Sensors.
5 zeigt ein viertes, nicht erfindungsgemäßes, Ausführungsbeispiel des NTC-Sensors.
6 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines NTC-Sensors mit Umhüllung.

In 1 ist ein erstes, nicht erfindungsgemäßes, Ausführungsbeispiel des NTC-Sensors 100 dargestellt.
Bereitgestellt werden ein Chip 1 und zwei Drähte 2. Der Chip 1 umfasst ein NTC-Thermistor-Material. NTC steht hier für Negative Temperature Coefficient. D.h., dass das Thermistor-Material bei höheren Temperaturen einen geringeren elektrischen Widerstand aufweist (Heißleiter).
Der Chip 1 ist in 2 dargestellt und weist eine quaderförmige Struktur auf. Der Chip misst maximal 0,6 mm in der Länge L sowie 0,3 mm in der Breite W und 0,33 mm in der Höhe H. An den beiden Enden in Längsrichtung ist der Chip durch Außenelektroden 3 elektrisch kontaktiert. Die Außenelektroden 3 sind bevorzugt kappenförmig auf den beiden Enden in Längsrichtung aufgesetzt.
Die Außenelektroden 3 umfassen Metallisierungsschichten beispielsweise aus Silber, die beispielsweise über einen Tauchprozess mit anschließendem Einbrennen aufgebracht werden. Zusätzlich können Ni-Sn-Schichten galvanisch aufgetragen werden.
Der Chip 1 ist im Ausführungsbeispiel als keramisches Vielschichtbauteil mit Innenelektroden ausgeführt. Zwischen jeweils zwei keramischen Schichten ist eine metallische Innenelektrode angeordnet. Die Innenelektroden sind bevorzugt abwechselnd von den zwei Außenelektroden 3 elektrisch kontaktiert.
Der elektrische Widerstand eines solchen Vielschichtbauteils kann sehr genau eingestellt werden. Die Widerstandstoleranz, also die mögliche Abweichung des Widerstands von einem vorgegebenen, gewünschten elektrischen Widerstand bei einer Nenntemperatur beträgt unter 1 %.
Alternativ kann der Chip 1 in einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel einen monolithischen NTC-Keramikblock umfassen. Der NTC-Keramikblock weist keine Innenelektroden auf und ist einfach zu fertigen. An zwei gegenüberliegenden Seiten sind auf dem NTC-Keramikblock Außenelektroden 3 aufgebracht, die bevorzugt jeweils die gesamte Seitenoberfläche des Keramikblocks bedecken und über welche der NTC-Keramikblock elektrisch kontaktiert werden kann.
Bei den Drähten 2 handelt es sich beispielsweise um versilberte Nickeldrähte, Kupferdrähte, Kupfer-Litzendrähte, Ni-Fe- oder Cr-Ni-Drähte mit Cu, Ag oder Pt- Mantel.
Die Drähte 2 sind bevorzugt von einer elektrischen isolierenden Ummantelung 4 umhüllt. Die Ummantelung 4 besteht aus einem elektrisch nichtleitenden Polymermaterial wie beispielsweise Perfluoralkoxyalkan (PFA), Teflon, Polyurethan (PU), Polyamid (PA), Polyimid (PI), Silikon, Polyester, Polyacrylat, Epoxidpolymere, Harze oder Epoxidharze.
Die zwei Drähte 2 weisen an ihren Stirnflächen stumpfe Enden 5 auf, an denen die elektrisch leitenden Drähte freiliegen. Die stumpfen Enden 5 stellen somit Kontaktstellen dar, an denen der Chip 1 angebracht wird.
Hierzu gibt es mehrere mögliche Verfahren.
Gemäß eines ersten beispielhaften Verfahrens werden die stumpfen Enden 5 der Drähte 2 in eine Lotpaste eingetaucht und somit geringe Mengen an Lotpaste auf den stumpfen Enden 5 der Drähte 2 aufgebracht. Anschließend werden die stumpfen Enden 5 der Drähte 2 mit der aufgebrachten Lotpaste an den beiden gegenüberliegenden Außenelektroden 3 des Chips 1 angeordnet.
An den Chip 1 wird dann über die Drähte eine elektrische Spannung angelegt. Durch das Anlegen der elektrischen Spannung erhitzt sich der Chip 1 und die Lotpaste schmilzt. Das Flussmittel in der Lotpaste wird verflüchtigt und das Lot wird durch anschließendes Abkühlen ausgehärtet. Somit wird eine Lot-Verbindung zwischen den Außenelektroden 3 und den Kontaktstellen der Drähte 2 ausschließlich durch die Selbsterhitzung des Chips 1 bei Anlegen einer elektrischen Spannung erhalten.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht das Aufbringen geringster Mengen an Lotpaste, die mindestens erforderlich sind, um eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Chip 1 und den Drähten 2 zu erhalten. Die Abmessungen des Sensorkopfes, der den Chip 1 und die Anschlussdrähte 2 umfasst, kann so minimiert werden.
In einem alternativen Verfahren wird der Chip 1 auf die Kontaktstellen der Drähte 2 aufgeklebt. Hierzu werden die stumpfen Enden 5 der Drähte 2 in einen thermisch härtbaren Kleber eingetaucht. Anschließend werden die stumpfen Enden 5 der Drähte auf die Außenelektroden 3 des Chips 1 aufgebracht.
Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Drähte wird der Chip 1 erhitzt und der thermisch härtbare Kleber gehärtet.
In einem alternativen Verfahren wird der Chip 1 ebenfalls auf die Kontaktstellen der Drähte 2 aufgeklebt. Hierzu werden die stumpfen Enden 5 der Drähte 2 in einen UV-härtbaren Kleber eingetaucht. Anschließend werden die stumpfen Enden 5 der Drähte 2 auf die Außenelektroden 3 des Chips 1 aufgebracht. Durch Bestrahlung mit UV-Licht wird der Kleber anschließend gehärtet.
Der Kleber ist elektrisch leitend. Beispiele für solche Kleber sind polymerbasierte Kleber, die elektrisch leitende metallische Partikel wie zum Beispiel Silberpartikel enthalten. Das beschriebene Verfahren ermöglicht das Aufbringen minimaler Mengen an Kleber zur Herstellung der Verbindung zwischen Chip 1 und Drähten 3, sodass die Abmessungen des Sensorkopfes minimiert werden können.
Weiterhin wird die Geometrie des Sensorkopfes durch eine geeignete Abmessung des Chips 1 und durch eine vorteilhafte Anordnung des Chips 1 auf den Drähten 2 optimiert.
So wird im vorliegenden Verfahren ein Chip 1 verwendet, der nicht länger ist als die Summe der beiden Durchmesser der beiden nebeneinanderliegenden Drähte 2 und nicht breiter ist als der Durchmesser eines Drahtes 2.
Unter der Länge L wird hier und im Folgenden die Abmessung des Chips 1 zwischen den beiden Außenelektroden 3 verstanden. Diese Ausdehnungsrichtung entspricht der Richtung in der die beiden Drähte 2 nebeneinanderliegen.
Als Breite W des Chips 1 wird hier und im Folgenden die dazu senkrechte Ausdehnungsrichtung der Kontaktflächen zwischen Chip 1 und Draht 2 bezeichnet. Als Höhe H wird hier und im Folgenden die Richtung senkrecht zur Kontaktfläche bezeichnet.
Der Chip 1 wird hier auf den stumpfen Enden 5 der beiden nebeneinander anliegenden Drähte 2 positioniert. Durch die Abmessungen des Chips 1 ragt dieser weder in der Länge noch in der Breite über die Drähte 2 hinaus. Der Sensorkopf ist somit nicht länger oder breiter als der übrige Doppeldraht 2.
3 und 4 zeigen ein zweites und drittes Ausführungsbeispiel des NTC-Sensors 100. Merkmale des zweiten und dritten Ausführungsbeispiels, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, werden nicht explizit beschrieben.
Im Unterschied zum ersten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weisen die Drähte 2 im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel L-förmige Enden 6 auf. Die Stirnflächen der Drähte sind also nicht stumpf ausgeführt, sondern zu einer Schaufel geformt.
Mit L-förmig ist hier gemeint, dass die Drähte 2 an ihren Enden abgeflacht sind. Die flachen Abschnitte der Drähte 2 weisen daher eine Geometrie auf, die einem Schaufelblatt ähnlich ist. Die L-förmigen Enden 6 der Drähte 2 können seitlich auf die Außenelektroden 3 des Chips 1 aufgebracht werden. Die L-förmigen Enden 6 haben gegenüber den stumpfen Enden 5 der Drähte 2 den Vorteil, dass die Kontaktflächen zwischen den Drähten 2 und dem Chip 1 größer bemessen sind.
Die L-förmigen Enden 6 der Drähte 2 können entweder wie in 3 dargestellt an zwei entgegengesetzten Enden auf die kappenförmigen Außenelektroden 3 aufgesetzt werden oder diese, wie in 4 dargestellt, von derselben Seite aus kontaktieren.
Werden beide Außenelektroden 3 von derselben Seite aus kontaktiert, müssen auf einer Seitenoberfläche des Chips 1 beide Außenelektroden 3 vorhanden sein.
Die genaue Anordnung ist vor allem von der Praktikabilität während der Produktion abhängig. Die L-förmigen Enden 6 der Drähte 2 weisen sehr geringe Abmessungen auf, die gegenüber dem Durchmesser der nicht übrigen, nicht-abgeflachten Abschnitte der Drähte 2 vernachlässigbar sind. Damit weist auch in der beschriebenen Anordnung des zweiten und dritten Ausführungsbeispiels der Sensorkopf kaum größere Abmessungen als die Abmessungen entlang des übrigen Doppeldrahts 2 auf.
Die Kontaktflächen zwischen Drähten und Chip können im aktuellen Ausführungsbeispiel genügend groß ausgeführt werden, dass eine sichere Kontaktierung mit niedrigem Anschlusswiderstand erreicht wird.
Durch die großen Kontaktflächen erhöht sich weiterhin die mechanische Stabilität des Sensors. Wird der Chip wie in 3 gezeigt zwischen den Drähten angeordnet, kann die mechanische Stabilität des Sensors weiter verbessert werden.
5 zeigt ein viertes, nicht erfindungsgemäßes, Ausführungsbeispiel des NTC-Sensors 100. Merkmale des vierten Ausführungsbeispiels, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, werden nicht explizit beschrieben.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind die Drähte 2 im vierten Ausführungsbeispiel noch nicht in ihre endgültige Größe zugeschnitten sondern liegen als vollständige Drahtspule 200 vor. Vor dem Herstellungsprozess wird jeweils ein Abschnitt mit einer definierten Länge von der Drahtspule 200 abgewickelt.
Anschließend werden seitlich an den Drähten 2 Kontaktstellen 7 freigelegt, indem die isolierende Ummantelung 4 an den Kontaktstellen 7 bis zum elektrisch leitfähigen Draht 2 entfernt wird. Es werden immer an beiden Drähten 2 zwei nebeneinanderliegende Kontaktstellen 7 freigelegt. Im Ausführungsbeispiel wird die Ummantelung 4 bevorzugt so entfernt, dass der gesamte Chip 1 direkt auf die Drähte 2 aufgebracht werden kann und der Sensorkopf umfassend die Drähte 2 und den Chip 1 keine unnötig großen Abmessungen aufweist.
Wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen kann der Chip 1 sowohl durch Kleben wie auch durch Löten an den Drähten 2 befestigt werden. Hierzu werden bevorzugt mittels einer Spendervorrichtung geringe Mengen an Lotpaste oder Kleber auf die freigelegten Kontaktstellen 7 aufgetragen. Anschließend können die Chips 1 auf die Kontaktstellen 7 aufgebracht werden. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung können die Verbindungen zu allen auf die Drähte 2 aufgebrachten Chips 1 dann simultan gelötet bzw. der Klebstoff simultan gehärtet werden.
Nach dem vollständigen Aufbringen der Chips 1 werden die Doppeldrähte 2 mit Chips 1 jeweils zwischen den Chips 1 durchtrennt, um die gewünschten einzelnen Sensoren 100 zu erhalten.
Durch das beschriebene Verfahren können Arbeitsschritte eingespart werden und kann die Massenfertigung der Chips 1 kann vereinfacht werden.
Unabhängig von den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Sensorkopf zum Schutz vor äußeren mechanischen Einflüssen, zum Schutz vor Verschmutzung, zum Schutz vor Feuchtigkeit und zur elektrischen Isolation durch ein Polymermaterial umhüllt.
6 zeigt einen beispielhaften NTC-Sensor mit Umhüllung 8. Die Abmessungen des in 6 gezeigten Sensors in der Erstreckungsrichtung der Drähte HL und CL und die dazu senkrechten Abmessungen sind nur beispielhaft zu verstehen und entsprechen nicht zwingend den erfindungsgemäßen Abmessungen des NTC-Sensors.
Die Abmessung HL ist hier die Abmessung des Sensorkopfes ab den Drahtenden in der Erstreckungsrichtung der Drähte. Die Abmessung CL ist die Abmessung der gesamten Umhüllung 8 um den Sensorkopf und die Drähte in der Erstreckungsrichtung der Drähte. Die Abmessung HD ist der Durchmesser der rotationssymmetrischen Umhüllung in einer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte.
Das Umhüllen wird durchgeführt nachdem der Chip 1 mit den Drähten 2 verbunden ist. Das Polymermaterial kann mittels verschiedener Verfahren aufgetragen werden.
Beispielsweise kann der Sensorkopf in ein Reservoir aus Polymerpulver getaucht werden und anschließend durch Anlegen einer elektrischen Spannung selbst erhitzt werden. Das Polymerpulver wird hierdurch aufgeschmolzen und es wird eine dünne Polymerumhüllung um den Sensorkopf gebildet. Durch dieses Verfahren kann eine sehr dünne Umhüllung 8 gebildet werden und die Abmessungen des Sensorkopfs können somit weiter minimiert werden.
Bevorzugt beträgt die laterale Abmessung des Sensorkopfs HD einschließlich des umhüllenden Polymermaterials 8 in jeder Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte nicht mehr als das Doppelte der gesamten Abmessung der beiden Drähte in derselben Richtung und noch bevorzugter nicht mehr als die gesamte Abmessung der beiden Drähte in derselben Richtung.
Zusätzlich kann eine thermische Nachbehandlung in einem Ofen zur Erhöhung des Aushärtegrades erfolgen.
In einem alternativen Verfahren werden die Sensorköpfe in bereits verflüssigtes Polymermaterial eingetaucht, um die Umhüllung 8 zu bilden. Nach dem Eintauchen muss die Umhüllung 8 ausgehärtet werden.
Gemäß eines dritten möglichen Verfahrens wird ein Schrumpfschlauch über den Sensorkopf gestülpt und im Ofen durch Hitzezufuhr zum Schrumpfen gebracht. Über die Auswahl der Schrumpfparameter kann die Schrumpfung so eingestellt werden, dass eine vollständige und dichte Umhüllung der Sensorköpfe entsteht.
Bei einem weiteren Verfahren wird ein Polymerpulver elektrostatisch geladen und in einem Fluidbett durch das Zuführen eines Gasstroms fluidisiert. Die elektrostatisch aufgeladen Pulverpartikel bleiben an dem in das Fluidbett eingetauchten Sensorkopf hängen und können dann im Ofen erwärmt, geschmolzen und anschließend ausgehärtet werden.
Alle vier zuvor beschriebenen Verfahren ermöglichen das Aufbringen einer vorteilhaften dünnen Polymerumhüllung 8 zum Schutz des Sensorkopfes.
In einem Massenfertigungsverfahren kann die Polymerumhüllung um den Sensorkopf aufgebracht werden bevor die einzelnen NTC-Sensoren 100 durch das Trennen der Drähte 2 aus einer Drahtspule 200 vereinzelt werden.
Bezugszeichenliste

1: Chip
2: Draht
3: Außenelektrode
4: Ummantelung
5: Stumpfes Ende
6: L-förmiges Ende
7: Seitliche Kontaktstelle
8: Umhüllung
100: NTC-Sensor
200: Drahtspule

Claims

NTC-Sensor (100) umfassend einen Chip (1), der eine NTC-Thermistor-Keramik aufweist, zwei parallele Drähte (2), jeweils aufweisend Kontaktstellen (6), und Kontaktierungen zwischen dem Chip (1) und den Kontaktstellen (6) jeder der Drähte (2), wobei eine maximale laterale Abmessung des NTC-Sensors in jeder Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte (2) gleich oder geringer ist als die Summe der lateralen Abmessungen des Chips (1) und der Drähte (2), wobei die Kontaktstellen (6) der Drähte (2) L-förmig ausgebildet sind, und wobei der Chip (1) auf die L-förmigen Kontaktstellen (6) aufgesetzt ist, wobei die Enden der Drähte (2) teilweise abgeflacht sind, sodass das Ende eine Schaufelform aufweist, wobei die Abmessungen jedes Drahtes (2) in der abgeflachten Richtung im Vergleich zum Durchmesser des Drahtes (2) vernachlässigbar sind und wobei die wie ein Schaufelblatt geformte Fläche eine vergrößerte Kontaktfläche bietet, an welcher der Chip (1) angebracht ist.
NTC-Sensor (100) nach Anspruch 1, wobei die maximale laterale Abmessung des NTC-Sensors (100) nicht größer ist als die laterale Abmessung des Chips (1) in derselben Richtung.
NTC-Sensor (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die laterale Abmessung des Chips (1) in jeder Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte (2) nicht größer ist als die gesamte Abmessung der beiden Drähte (2) in derselben Richtung.
NTC-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Chip (1) eine maximale laterale Ausdehnung von 0,6 mm aufweist.
NTC-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Chip (1) ein keramisches Vielschichtbauteil mit Innenelektroden ist.
NTC-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Chip (1) eine monolithische NTC-Thermistor-Keramik umfasst.
NTC-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zwei Drähte (2) eine isolierende Ummantelung aufweisen und direkt aneinander anliegen.
NTC-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Stirnflächen der Drähte (2) als Kontaktstellen (6) fungieren, auf die der Chip (1) aufgesetzt ist.
NTC-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kontaktierungen mittels einer geringen Menge an Lot gebildet sind.
NTC-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kontaktierungen mittels elektrisch leitfähigen Klebers gebildet sind.
NTC-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Sensorkopf des NTC-Sensors (100), umfassend den Chip (1) und die Kontaktierungen, von einem Polymermaterial (8) umhüllt ist.
NTC-Sensor (100) nach Anspruch 11, wobei die laterale Abmessung des Sensorkopfs einschließlich des umhüllenden Polymermaterials (8) in jeder Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte (2) nicht größer ist als das Doppelte der gesamten Abmessung der beiden Drähte (2) in derselben Richtung.
Verfahren zur Herstellung eines NTC-Sensors (100) umfassend die Schritte: Bereitstellen zweier Drähte (2), die Kontaktstellen (6) aufweisen, Bereitstellen eines Chips (1), umfassend eine NTC-Thermistor-Keramik, Anordnen des Chips (1) an den Kontaktstellen (6) der Drähte, sodass die maximale laterale Abmessung des NTC-Sensors (100) in jeder Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drähte (2) geringer ist als die Summe der lateralen Abmessungen des Chips (1) und der Drähte (2), Ausbilden einer mechanischen Verbindung und einer elektrischen Kontaktierung zwischen dem Chip (1) und den Drähten (2) durch Löten oder Aufbringen von leitfähigem Kleber, wobei die Kontaktstellen (6) der Drähte (2) L-förmig ausgebildet sind, und wobei der Chip (1) auf die L-förmigen Kontaktstellen (6) aufgesetzt ist, wobei die Enden der Drähte (2) teilweise abgeflacht sind, sodass das Ende eine Schaufelform aufweist, wobei die Abmessungen jedes Drahtes (2) in der abgeflachten Richtung im Vergleich zum Durchmesser des Drahtes (2) vernachlässigbar sind und wobei die wie ein Schaufelblatt geformte Fläche eine vergrößerte Kontaktfläche bietet, an welcher der Chip (1) angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die für das Löten benötigte Wärme durch die Selbsterhitzung der NTC-Thermistor-Keramik bei Anlegen einer elektrischen Spannung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der leitfähige Kleber durch die Selbsterhitzung der NTC-Thermistor-Keramik bei Anlegen einer elektrischen Spannung gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der leitfähige Kleber durch Bestrahlung mit UV-Licht gehärtet wird.