DE2852584A1 - Fast response air temp. sensor - has wire cage protecting semiconductor chip mounted on thin fin, and interconnected wires connecting sensor with connector - Google Patents
Fast response air temp. sensor - has wire cage protecting semiconductor chip mounted on thin fin, and interconnected wires connecting sensor with connectorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Thermometer, insbesondere einen Halb-The invention relates to a thermometer, in particular a half
leiterthermometer für Strömungsmittel mit einem Halbleitermeßfühler aus einem Schaltungsplättchen, das im wesentlichen als Parallelepipedblock ausgeformt ist. Der Meßfühler kann z.B. ein Siliciumhalbleiterplättchen sein, das mit verschiedeneWPremdatomen zur Steuerung des Widerstandes des Plättchens in Abhängiqkeit von Temperaturänderungen dotiert ist.Conductor thermometer for fluids with a semiconductor probe from a circuit plate, which is shaped essentially as a parallelepiped block is. The sensor can be, for example, a silicon semiconductor wafer coated with various foreign atoms to control the resistance of the platelet as a function of temperature changes is endowed.
Ein wichtiges Problem bei solchen Thermometern für Strömungsmittel besteht darin, ein möglichst schnelles Ansprechen auf Temperaturschwankungen zu erzielen, und die Aufqabe der Erfindunq besteht darin, ein verbessertes Thermometer für Strömungsmittel mit einem äußerst schnellen dynamischen und statischen Leistungsverhalten zu schaffen.An important problem with such fluid thermometers is to respond to temperature fluctuations as quickly as possible achieve, and the task of the invention is to provide an improved thermometer for fluids with extremely fast dynamic and static performance to accomplish.
Erfindungsgemäß ist somit ein Thermometer zur Messung der Temperatur eines Strömungsmittels vorgesehen, das eine erste und zweite Ausganqsleitung, einen Halbleitermeßfühler mit einer ersten und einer zweiten Kontaktfläche umfaßt, die elektrisch jeweils mit der ersten und zweiten Ausqancrsleitung verbunden sind, wobei sich der Widerstand des Halbleitermeßfühlers in Abhängigkeit von seiner Temperatur ändert, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermometer eine Grundplatte oder einen Sockel aus einem nicht leitenden Werkstoff umfaßt, daß mindestens eine Kühlrippe oder Flosse aus leitendem Material an der Grundplatte befestigt ist, ferner dadurch-, daß die Flosse ein hohes Verhältnis von Oberfläche zur Masse aufweist, sodann dadurch, daß der Halbleitermeßfühler auf der Kühlrippe montiert ist, so daß eine seiner ersten und zweiten Kontaktflächen elektrisch mit der Kühlrippe verbunden sind, weiter dadurch, daß die erste und zweite Ausgangsleitung mindestens teilweise in der Grundplatte bzw. im Sockel eingebettet sind und ihre entsprechenden Enden elektrisch an die Kühlrippe sowie an die zweite Kontaktfläche des Halbleitermeßfühlers angeschlossen sind.According to the invention is a thermometer for measuring the temperature of a fluid is provided which has a first and second outlet line, a A semiconductor probe having first and second contact surfaces comprising are each electrically connected to the first and second output line, wherein the resistance of the semiconductor probe as a function of its temperature changes, characterized in that the thermometer has a base plate or a Base made of a non-conductive material comprises that at least one cooling fin or fin made of conductive material is attached to the base plate, that the fin has a high surface-to-mass ratio, then in that the semiconductor probe is mounted on the cooling fin so that a its first and second contact surfaces are electrically connected to the cooling fin are further characterized in that the first and second output lines are at least partially are embedded in the base plate or in the base and their respective ends electrically to the cooling fin and to the second contact surface of the semiconductor sensor are connected.
Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibunq enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine allgemeine Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen schnell ansprechenden Strömungsmittelthermometers; Fig. 2 einen Grundriß des Strömungsmittelthermometers der Fig. 1 mit Darstellung der Anordnung des Halbleitermeßfühlers sowie der Beschaltung zwarhen den beiden Ausgangsleitungen, dem Halbleitermeßfühler und der Kühlrippe oder Flosse; Fis. 3 einen Querschnitt des Strömungsmittelthermometers der Fiq. 2 längs der Linie 3-3 der Ficr. 2; Fiq. 4 einen Querschnitt der Beschaltung zwischen einer Ausgangsleituns und dem Halbleitermeßfühler der Fig. 2 längs der Linie 4-4; Fig. 5 einen Grundriß einer anderen Ausführungsform des schnell ansprechenden Strömungsmittelthermometers der Fiq.= Fig. 6 einen Teilquerschnitt durch das Thermometer der Fig. 5 längs der Linie 6-6 der Ficr. 5 mit Darstellung einer abgeänderten Anordnung des Halbleitermeßfühlers und der Beschaltuna mit der zuseordneten Ausgangsleituna; Fig. 7 einen Querschnitt wie den der Fig. 4 mit Darstellung der Beschaltung zwischen der Ausgangsleitung und der Kühlrippe längs der Linie 7-7 der Fig. 5; Fig. 8 einen Grundriß einer weiteren abgeänderten Ausführungsform des erfindungsgemäßen schnell ansprechenden Thermometers, teilweise in Ausschnittdarstellung; Fig. 9 einen Querschnitt durch das Thermometer der Fig. 8 längs der Linie 9-9 der Fig. 8; Fig. 1o einen weiteren Querschnitt durch das Thermometer der Fig. 8 längs der Linie 10-10; Fig. 11 einen Querschnitt mit Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Strömungsmittelthermometers, teilweise im Schnitt zur Darstellung detteschaltung zwischen zwei Kühlrippen und den Stützen; Fig. 12 einen Querschnitt durch eine weitere Abänderung des erfindungsgemäßen Strömungsmittelthermometers mit Darstellung einer weiteren Bes chaltungs art zwischen den Ausgangs leitungen, der Kühlrippe und dem Halbleitermeßfühler; Fig. 13 einen Querschnitt durch eine weitere abgeänderte Aus führungs form der Erfindung mit Darstellung einer Aäderung der Beschaltuna zwischen den Ausgangsleitungen, der Kühlrippe und dem Halbleitermeßfühler.The invention is explained in more detail below. All in the description Features and measures contained therein can be essential to the invention. In the drawings: Figure 1 is a general view of a preferred embodiment the fast response fluid thermometer of the invention; Fig. 2 a plan view of the fluid thermometer of Fig. 1 showing the arrangement of the semiconductor sensor and the wiring, although the two output lines, the semiconductor probe and cooling fin or fin; F sharp. 3 shows a cross section of the fluid thermometer of Fiq. 2 along line 3-3 of Ficr. 2; Fiq. 4 shows a cross section of the wiring between an output line and the semiconductor probe Fig. 2 along the line 4-4; Fig. 5 is a plan view of another embodiment of the fast-responding fluid thermometer of Fig. = Fig. 6 is a partial cross-section through the thermometer of FIG. 5 along the line 6-6 of Ficr. 5 showing a modified arrangement of the semiconductor sensor and the Beschaltuna with the assigned exit line; Fig. 7 shows a cross section like that of FIG. 4 showing the wiring between the output line and the cooling fin along the line 7-7 of FIG. 5; Fig. 8 is a plan view of another modified embodiment of the rapidly responding thermometer according to the invention, partly in detail; 9 shows a cross section through the thermometer Fig. 8 along the line 9-9 of Fig. 8; Fig. 1o a further cross section through the thermometer of Figure 8 taken along line 10-10; 11 shows a cross section with Representation of another fluid thermometer according to the invention, partially in section to show a dette circuit between two cooling fins and the supports; 12 shows a cross section through a further modification of the fluid thermometer according to the invention showing another type of wiring between the output lines, the cooling fin and the semiconductor probe; 13 shows a cross section through a Another modified embodiment of the invention with a representation of a veining the wiring between the output lines, the cooling fin and the semiconductor sensor.
Fig. 14 eine Einzelheit der elektrischen Verbindung zwischen dem Halbleitermeßfühler und einer der Ausgangsleitunaen längs der Linie 14-14 der Fig. 13; Fig. 15 eine Darstellung einer weiteren Abänderung einer Vorrichtung für die Anschlüsse zwischen Ausgangsleitung und dem Halbleitermeßfühler; Fig. 16 eine perspektivische Ansicht einer abgeänderten Aus führungs form des Halbleitermeßfühlers, dessen Ausgangsklemmen auf einer einzigen Fläche angeordnet sind; Fig. 17 einen Grundriß, teilweise im Ausschnitt, eines Montageverfahrens für den Halbleitermeßfüfter der Fig.Fig. 14 shows a detail of the electrical connection between the semiconductor probe and one of the exit conduits along line 14-14 of FIG. 13; Fig. 15 a Representation of a further modification of a device for the connections between Output line and the semiconductor probe; 16 is a perspective view a modified embodiment of the semiconductor probe, its output terminals are arranged on a single surface; Fig. 17 is a plan view, partly in Detail of an assembly process for the semiconductor measuring probe of Fig.
16 auf einer Kühlripe mit Darstellung der Anschlüsse zwischen dem Halbleitermeßfühler, der Kühlripse und der Ausgangs leitung; Fig. 18 und 23 zeigen abgeänderte Ausfühnngsformen der Erfindung, bei welchen der Temperaturmeßfühler durch Dick-oder Dünnfilmverfahren aufgebracht wird; Fig. 19 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen schnell ansprechenden Strömungsmittelthermometers; Fig. 20 einen Querschnitt durch das Strömungsmittelthermometer der Fig. 19 längs der Linie 20-20 der Fig.19 mit Darstellung der Beschaltung zwischen den Ausgangsleitungen, dem Halbleitermeßfühler und der kalottenförmigen Kühlrippe; Fig. 21 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Thermometers der Fig. 19 mit Darstellung einer abgeänderten Weise, in welcher die Leitungen durch ein Kunststoffpreßteil geführt werden; Fig. 22 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Thermometers der Fig. 19 mit Darstellung eines anderen Beschaltungsverfahrens für die Außenleistungen mit dem Halbleitermeßfühler und der kalottenförmigen Kühlrippe. 16 on a cooling pipe showing the connections between the Semiconductor sensor, the cooling rips and the output line; Figures 18 and 23 show modified embodiments of the invention in which the temperature sensor is applied by thick or thin film processes; 19 is a perspective view View of another embodiment of a fast responding according to the invention Fluid thermometers; Figure 20 is a cross section through the fluid thermometer 19 along the line 20-20 of FIG. 19 showing the wiring between the output leads, the semiconductor probe and the dome-shaped cooling fin; FIG. 21 is a cross section of another embodiment of the thermometer of FIG. 19 with illustration a modified way in which the lines are passed through a plastic molded part; 22 shows a cross section through a Another embodiment of the thermometer of FIG. 19 showing another Wiring procedure for the external services with the semiconductor sensor and the Dome-shaped cooling fin.
Fig. 1 zeigt ein Thermometer 20 mit drei Teilen, nämlich einem Steckverbinder 22, emem Meßfühler 24 sowie zwei Verbindungsleitungen 26 zwischen dem Meßfühler 24 und dem Steckverbinder 22. Der Steckverbinder 22 umfaßt ein Gehäuse 28, in- welchem Kontaktstifte und Kontaktbuchsen ausgeformt sind, die eine Steckverbindung mit entsprechenden Kontaktbuchsen und -stiften in der Verkabelung eines Lastfahrzeuges herstellen sollen. Eine entsprechende Verriegelung 30 ist vorgesehen, um das Gehäuse 28 mit dem entsprechenden Bauteil der Verkabelung zu verriegeln, damit die beiden Teile nicht unabsichtlich getrennt werden können.Fig. 1 shows a thermometer 20 with three parts, namely a connector 22, a sensor 24 and two connecting lines 26 between the sensor 24 and the connector 22. The connector 22 comprises a housing 28 in which Contact pins and contact sockets are formed which have a plug connection with corresponding To produce contact sockets and pins in the wiring of a truck. A corresponding lock 30 is provided to the housing 28 with the corresponding Lock component of the wiring so that the two parts are not accidentally can be separated.
Das Thermometer umfaßt eine Armatur 34 aus Messing oder einem entsprechenden Metall, die zur Montage z.B. in eine Öffnung im Ansaugkanal eines Kraftfahrzeuges eingeschraubt werden kann und durch eine Sechskantkopfmutter 36, wie in der Kraftfahrzeuatechnik üblich, gesichert werden kann. Das Thermometer 24 umfaßt auch ein Kunststoffpreßteil 38 oder eine Grundplatte, die festin der Messingarmatur 34 angeordnet ist und eine Kühlrippe 40 aus leitendem Werkstoff an einem ihrer Enden trägt, und diese Kühlrippe 40 gegenüber der Messingarmatur 34 starr festhält, wie nachstehend näher erläutert wird. Leitungen 26 sind in den Innenraum der Kunststoffgrundtlatte 38 eingegossen und durch die Mitte zweier Montagearme 42,44 herausgeführt, die sich parallel zum Körper der Grundplatte erstrecken.The thermometer comprises a fitting 34 made of brass or an equivalent Metal that is used for assembly, e.g. in an opening in the intake duct of a motor vehicle Can be screwed in and through a hexagon head nut 36, as in Kraftfahrzeuatechnik usual, can be secured. The thermometer 24 also includes a plastic molding 38 or a base plate that is fixed in the brass fitting 34 arranged and a cooling fin 40 made of conductive material carries at one of its ends, and this cooling rib 40 holds rigidly with respect to the brass fitting 34, as follows is explained in more detail. Lines 26 are in the interior of the plastic base plate 38 cast and led out through the middle of two mounting arms 42,44, which extend parallel to the body of the base plate.
Die im wesentlichen Plattenförmige Kühlrippe 40 ist an jedem Arm 42,44 befestigt, so daß sie in diesen Armen nach dem Verschmelzen der Enden eingebettet ist. Das gesamte Aggregat einschlieBlih der Arme 42,44 und der Kühlrippe 40 wird durch einen Drahtkäfig 46 geschützt, der zwei im allgemeinen U-förmige oder kalottenförmige Drähte umfaßt, die um 9o° qegeneinander versetzt sind und an ihrem Scheitelpunkt miteinander verschweißt sind, wobei ihre sich gegen überliegenden Enden in Öffnungen der Messingarmatur 34 eingeführt und dort verlötet sind. Somit werden die temperaturmessende Kühlrippe 40 sowie ein an ihr befestigter nachstehend näher beschriebener Halbleitermeßfühler gegen den Schlag durch Fremdkörper geschützt.The substantially plate-shaped cooling fin 40 is on each arm 42,44 attached so that they are embedded in these arms after fusing the ends is. The entire unit including the arms 42, 44 and the cooling fin 40 is made protected by a wire cage 46, the two generally U-shaped or dome-shaped Comprises wires which are offset from one another by 90 ° and at their apex are welded together, with their opposite ends in openings the brass fitting 34 are introduced and soldered there. Thus, the temperature measuring Cooling fin 40 and a semiconductor sensor, which is attached to it and will be described in more detail below protected against impact by foreign bodies.
Fig. 2 zeigt einen Grundriß des Thermometers 24 der Fis. 1 mit Darstellung einer bestimmten Konstruktion zur Montage des Halbleitermeßfühlers auf der Kühlrippe 40 sowie auch der Anschlüsse der Ausgangs leitungen 26 an die Kühlrippe 40 und an den Halbleitermeßfühler. Die vorstehend beschriebene Kühlrippe oder Flosse 40 ist eine scheibenförmige Platte mit einem Halbleiterplättchen 40, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert und das auf dieser Platte montiert ist. Das Plättchen 48 besitzt zwei parallele Oberflächen, von denen eine in elektrischem Kontakt mit der Platte steht, während die andere Fläche elektrisch mit Mitteln an eine der Ausgangsleitungen anaeschlossen ist, die nachstehend näher erläutert werden. Auf der Kühlrippe 40 ist auch ein nicht leitendes Keramikplättchen 50 durch ein geeignetes Verfahren, z.B.2 shows a plan view of the thermometer 24 of FIG. 1 with illustration a specific design for mounting the semiconductor probe on the cooling fin 40 as well as the connections of the output lines 26 to the cooling fin 40 and on the semiconductor probe. The cooling fin or fin 40 described above is a disk-shaped plate with a semiconductor die 40, the resistance of which changes depending on the temperature and is mounted on this plate is. The plate 48 has two parallel surfaces, one of which is electrical Contact with the plate, while the other surface is electrical is connected to one of the output lines by means, which are described in more detail below explained. There is also a non-conductive ceramic plate on the cooling fin 40 50 by any suitable method, e.g.
durch Klebung befestigt. Wie aus Fiq. 2 zu ersehen ist, ist das Plättchen 50 in einem kleinen Abstand von dem Montagearm 44 angeordnet, damit eine Leitung 52, die Teil eines der im Montagearm 44 laufenden Leitungen 26 ist, durch eine in der Rippe 40 ausgeformte Öffnung herausgeführt und in den Arm eingebettet werden kann. Die Leitung 52 wird dann überlappend über die Oberfläche der Kühlrippe 40 geführt und am nicht leitenden Plättchen 50 befestigt, wie anhand der Fig. 4 näher beschrieben wird. Eine als Golddraht ausgeführte Leitung 53 verbindet die Leitung 52 mit der anderen Fläche des Halbleiterplättchens. Ebenso wird eine in die Mitte des Montagearms 42 vergossene Leitung 54 durch eine zweite in der Rippe 40 ausgeformte Öffnung herausgeführt und überlappend in Eingriff mit der Oberfläche der Rippe 40 gebracht. Die Leituna 54 wird dann entsprechend durch Verlöten oder leitende Klebstoffe an der Rippe 40 angebracht.attached by gluing. As from Fiq. 2 is the token 50 arranged at a small distance from the mounting arm 44 to allow a line 52, which is part of one of the lines 26 running in the mounting arm 44, by an in of the rib 40 formed opening can be led out and embedded in the arm can. The conduit 52 is then overlapped over the surface of the cooling fin 40 guided and attached to the non-conductive plate 50, as shown in more detail with reference to FIG is described. A line 53 designed as a gold wire connects the line 52 with the other face of the semiconductor die. Likewise, one will be in the middle of the mounting arm 42 potted line 54 through a second formed in the rib 40 Opening led out and overlapping in engagement with the surface of the rib 40 brought. The Leituna 54 is then appropriately made by soldering or conductive adhesives attached to the rib 40.
Fig. 3 zeigt verschiedene Merkmale des Aggregats, die in den Fig. 1 und 2 nicht im einzelnen dargestellt sind. Z.B. sind die Leitungen 26 im Sockel oder der Grundplatte 38 vergossen und umfassen Verlängerunaen 52,54, die in den entsprechenden Montagearmen 44,42 vergossen sind und über entsprechende Steckverbinder 60,58 an die Leitungen 26 angeschlossen sind. Fig. 3 zeigt, daß die Leitungen 52,54 in den Montagearmen 44,42 vergossen sind und Endteile umfassen, die über die Oberflächen der Montagearme geführt sind und die anhand der Fig. 2 beschriebenen Anschlüsse bilden. Der die Montagearme 42,44 formende Werkstoff ist ein Thermoplast, wobei die oberen Enden der Arme 42,44 erwärmt und geschmolzen werden, um eine gute Befestigung an der Rippe 40 zu bilden,vorzugsweise senkrecht zur Richtung der Montagearme. Aus der linken Seite der Zeichnung seht hervor, daß der Boden des Messingsockels 24 am Punkt 62 tief gezogen ist, um die vergossene Grundplatte 38 in der Messingarmatur 34 festzuhalten.Fig. 3 shows various features of the unit that are shown in Figs. 1 and 2 are not shown in detail. For example, the leads 26 are in the base or the base plate 38 and encompass extensions 52,54, which are in the corresponding mounting arms 44,42 are encapsulated and via corresponding connectors 60,58 are connected to the lines 26. Fig. 3 shows that lines 52,54 are potted in the mounting arms 44,42 and include end portions that extend over the surfaces the mounting arms are guided and the described with reference to FIG Form connections. The material forming the assembly arms 42,44 is a thermoplastic, wherein the upper ends of the arms 42,44 are heated and melted to a good Form attachment to the rib 40, preferably perpendicular to the direction of the mounting arms. From the left side of the drawing it can be seen that the bottom of the brass base 24 is deeply drawn at point 62 to the cast base plate 38 in the brass fitting 34 hold tight.
In Fig. 4 ist der erwärmte Teil des oberen Endes des Montagearms 44 gezeigt, der geschmolzen ist, um die Befestigung zwischen Arm 44 und der Rippe 40 zu bikbn.In FIG. 4, the heated portion is the upper end of the mounting arm 44 shown melted to secure the attachment between arm 44 and rib 40 to bikbn.
Die Leitung 52 ist in Fig. 4 durch eine in der Rippe 40 ausgebildete Öffnung 64 geführt und in die Arme eingebettet. Das Ende der Leitung 52 ist umgebogen oder gekröpft, wobei es eine Schleife und einen flachen Teil 66 bildet. Dieser Teil 66 wird dann entsprechend am nicht leitenden Plättchen 50 durch ein beliebiges Verfahren befestigt, z.B. durch einen elektrisch leitenden Kleber, der eine mechanische Verbindung und einen elektrischen Kontakt zwischen dem Flachteil 66 und dem Plättchen 50 bildet.The line 52 is formed in FIG. 4 by one formed in the rib 40 Opening 64 guided and embedded in the arms. The end of the line 52 is bent over or cranked, forming a loop and a flat portion 66. this part 66 is then correspondingly attached to the non-conductive plate 50 by any desired method attached, e.g. by an electrically conductive adhesive that creates a mechanical connection and forms an electrical contact between the flat part 66 and the plate 50.
Erfindungsgemäß ergab es sich,daß das dynamische Verhalten eines Halbleiterthermometers maximiert werden kann, wenn die Masse des als Meßfühler verwendeten Halbleiterplättchens so klein wie möglich gehalten wird und auf eine metallische Rippe oder Flosse geklebt wird, deren Fläche gegenüber der Masse von Rippe plus Halbleiterplättchen groß ist. Daher erfolgt der Anschluß von einer Klemme des Halbleiterplättchens über eine elektrisch leitende Verklebung des Plättchens mit der metallischenpippe. Die elektrische Verbindung zwischen der Rippe und einer Ausgangs leitung erfolgt durch eine an der Kante der Rippe durch verschiedene Verfahren befestigte Leitung,die anhand der Fig. 12-17 als Ausführungsbeispiel beschrieben werden.According to the invention it was found that the dynamic behavior of a semiconductor thermometer can be maximized when the mass of the semiconductor die used as a sensor is kept as small as possible and glued to a metallic rib or fin whose area is compared to the mass of the rib plus the semiconductor die great is. Therefore, the connection is made from one terminal of the semiconductor chip through a electrically conductive bonding of the plate to the metallic lip. The electric Connection between the rib and an output line is made by an on the Edge of the rib by various methods attached line, which are based on Fig. 12-17 are described as an exemplary embodiment.
Die metallische Rippe muß so angeordnet werden, daß der Fluß des zu messenden Strömungsmittels parallel zur Rippe oder Flosse bei maximalem Wärmeaustausch st der Flosse verläuft. Der Temperaturgang einer dünnen Metallflosse von gleichmäßiger Dicke die in ein Strömungsmittel getaucht ist, ist hauptsächlich eine Funktion des Verhältnisses von Oberfläche zur Masse der Flosse. So nähert sich bei einer theoretischen Anlage die Ansprechzeitkonstante der Temneratur für einen gegebenen Werkstoff und unabhängig von der Größe der Flosse dem- -Nullpunkt, wenn sich die Dicke der Flosse an Null annähert.The metallic rib must be arranged so that the flow of the to measuring fluid parallel to the fin or fin with maximum heat exchange st the fin runs. The temperature change of a thin metal fin of more uniform Thickness immersed in a fluid is primarily a function of the Ratio of surface to mass of the fin. So when approaching a theoretical Plant the response time constant of the temperature for a given material and regardless of the size of the fin the zero point when the thickness of the fin approaches zero.
In der Praxis beeinflussen auch das spezifische Gewicht und die spezifische Wärme die Zeitkonstante, und beide Parameter maximieren die Ansprechzeit, wenn-sie selbst so klein wie möglich gehalten sind. Wenn außerdem das Siliciumplättchen 48 auf die Flosse oder Rippe 40 aufgebracht wird, wird auch der Wärmeaustausch zwischen der Flosse 40 und dem Siliciumplättchen 48 von Bedeutung. Das thermische Kontaktmaterial zwischen Flosse 40 und Plättchen 48 muß hoch leiten,z. B. aus Gold-sein. Außerdem muß der Wärmeabfluß aus den die Flosse oder Rippe umgebenden Flächen gegenüber der durch das Halbleiterplättchen 48 bedeckten Fläche maximiert werden. Daher wird auch die Wärmeleitfähigkeit der Flosse wichtig, und jeder Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit (wie Aluminium ist zweckmäßig.In practice, the specific weight and the specific also influence Heat the time constant, and both parameters maximize the response time if-they are kept as small as possible. In addition, when the silicon wafer 48 is applied to the fin or fin 40, the heat exchange between the fin 40 and the silicon wafer 48 are important. The thermal contact material between fin 40 and plate 48 must lead high, z. B. made of gold. aside from that the heat flow from the surfaces surrounding the fin or rib must be opposite to the by the die 48 covered area can be maximized. Therefore, the thermal conductivity of the fin is important, and every material with it high thermal conductivity (like aluminum is appropriate.
Nach der vorstehenden Beschreibung ist die Flosse eine kreisfrmige dünne Metallscheibe 40 mit konzentrisch montiertem Halbleiterplättchen. Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel soll die Rippe einen sich verjüngenden oder kegelformigen Querschnitt haben, dessen dickster Teil die Fläche ist, auf welcher das Halbleiterplättchen montiert ist, wobei sich die Rippe am Umfang bis auf die Dicke Null verjüngt.As described above, the fin is circular thin metal disk 40 with a concentrically mounted semiconductor wafer. After a In an advantageous embodiment, the rib should be tapered or conical Have cross-section, the thickest part of which is the area on which the semiconductor die is mounted, wherein the rib tapers on the circumference to the thickness zero.
Das die Rippe tragende Aggregat muß so gestaltet sein, daß der Wärmefluß zum oder vom Träger so klein wie möglich ist, da er nicht notwendigerweise aus der Temperatur des zu messenden Strömungsmittels entsteht und daher das dynamische Verhalten und die statische Temperatur des Halbleiterplättchens beeinflussen kann.The unit carrying the rib must be designed in such a way that the heat flow to or from the wearer is as small as possible, since it is not necessarily from the The temperature of the fluid to be measured arises and therefore the dynamic behavior and affect the static temperature of the die.
In anderer Form ausgedrückt hießt dies, daß ein Unterschied in der Temperatur zwischen dem Plättchen und dem Strömungsmittel einen Fehler des Ausgangssignals erzeugt, der für jede gegebene Augenblicksperiode so klein wie möglich gehalten werden muß.In other terms, this means that there is a difference in the Temperature between the platelet and the fluid causes an error in the output signal which is kept as small as possible for any given instantaneous period must become.
Da eine mögliche Fehlerquelle dieses Signals aus dem Wärmefluß zum oder vom Rippenträger entsteht, wird dieser an einem Punkt angeordnet, der so weit wie möglich vom Halbleiterplättchen entfernt ist, und im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Plättchen 48 konzentrisch zur Scheibe angeordnet, und der Träger an der Außenkante der Scheibe aufaebaut. Somit verhindert die Notwendigkeit einer mechanischen Befestigung, daß die Außenkante der die Rippe oder Flosse bildenden Scheibe eine Dicke mit einem gegen Null tendierenden Wert hat, wenn die Rippenfläche von genügender Größe ist, der radiale Wärmefluß von innen nach außen oder von außen nach innen auf dem Plättchen im wesentlichen Null ist und damit der Wärmefluß auf Grund des mechanischen Trägers der Rippe so klein wie möglich gehalten wird.As a possible source of error in this signal from the heat flow to the or arises from the rib support, this is arranged at a point that is so far as removed from the die as possible, and in the preferred embodiment is the plate 48 arranged concentrically to the disc, and the Carrier built on the outer edge of the pane. Thus prevents the need a mechanical fastening that the outer edge of the rib or fin forms Washer has a thickness tending towards zero when the rib surface is of sufficient size, the radial heat flow from the inside to the outside or from the outside inward on the plate is essentially zero and thus the heat flow The reason of the mechanical support of the rib is kept as small as possible.
Bei der Wahl eines geeigneten Werkstoffs für die Rippe ist die folgende Beziehuna von Bedeutuna für die Untersuchung der verschiedenen Eigenschaften eines Werkstoffs auf ihre Eignung für den erfindungsgemäßen Einsatz. Für die theoretische Maximalleistung gilt die folgende Beziehunq: K t (Sp.Hp.) worin K = Wärmeleitfähigkeit, % = spezifisches Gewicht, Sp.Hp. = spezifische Wärme ist.In choosing a suitable material for the rib is as follows Relationship of importance for the study of the various properties of a person Material for its suitability for use according to the invention. For the theoretical The following relationship applies to maximum power: K t (Sp.Hp.) where K = thermal conductivity, % = specific weight, Sp.Hp. = specific heat is.
Der am besten geeignete Werkstoff ist ein Material, dessen Eigenschaften das Glied Mt maximieren. In der Praxis können auch andere Eigenschaften wie Kosten, Verarbeitunqsfähiqkeit, Umweltbelastuns und Lieferbarkeit die Wahl des Werkstoffes für die Rippe beeinflussende Faktoren sein.The most suitable material is a material whose properties maximize the term Mt. In practice, other properties such as costs, Processing ability, environmental impact and availability the Factors influencing the choice of material for the rib.
In Fig. 5 ist ein anderes Ausführunasbeispiel des erfindungsgemäßen Strömungsmittelthermometers gezeigt, das im wesentlichen die gleichen vorstehend beschriebenen Grundbausteine umfaßt wie die Messingarmatur 34, den Sechskantkopf 36 und den gleichen Schutzdrahtkäfig 46. Die in Fig. 6 dargestellte abgeänderte Ausführungsform umfaßt ein in ir Messingarmatur 34 angeordnetes Kunststoffelement 70, in welches die Leitungen 26, die Steckverbinder 58,60 und zwei Leitungen 73,74 vergossen sind. Die Leitung 74 ist durch einen Montagearm 76 (identisch mit dem Arm 42 der Fig. 3) hochgeführt, der einstückig als Teil des Kunststoffelementes 70 ausgeführt ist und zur Befestigung an einer aus einer Scheibe 78 gebildeten Rippe oder Flosse umgebogen ist, wie näher anhand der Fig. 7 erläutert ist.In Fig. 5 is another embodiment of the invention Fluid thermometers shown are essentially the same as above The basic building blocks described include, like the brass fitting 34, the hexagonal head 36 and the same protective wire cage 46. The modified one shown in FIG Embodiment comprises a plastic element arranged in brass fitting 34 70, in which the lines 26, the plug connectors 58, 60 and two lines 73, 74 are shed. The line 74 is supported by a mounting arm 76 (identical to the Arm 42 of Fig. 3) raised in one piece as part of the plastic element 70 and for attachment to a rib formed from a disk 78 or fin is bent, as explained in more detail with reference to FIG. 7.
Fig. 6 zeigt, daß in der Flosse 78 ein schalenförmiger Teil 80 ausgeformt ist, in welchem ein Halbleiterplättchen 82 angeordnet ist. Das Halbleiterplättchen 82 ist durch ein qeeignetes Verfahren, z.B. mit dem anhand der Fig. 4 beschriebenen und nachfolgend anhand der Fig. 12-15 beschriebenen Verfahren elektrisch an die Leitung 72 angeschlossen. Der schalenförmige Teil 80 der Rippe 78 bietet dem Plättchen 82 Schutz und erhöht die gleichmäßige Erwärmung des Plättchens 82 durch die Rippe 78.6 shows that a cup-shaped part 80 is formed in the fin 78 in which a semiconductor die 82 is arranged. The semiconductor die 82 is by any suitable method such as that described with reference to FIG and the method described below with reference to FIGS. 12-15 electrically to the Line 72 connected. The cup-shaped portion 80 of the rib 78 presents the platelet 82 Protection and increases the uniform heating of the plate 82 by the rib 78.
Nach Fig. 7 ist eine Öffnung 86 in dem Teil der Rippe 78 ausgeformt, der in den Arm 76 eingebettet ist. Ein Teil der Leitung 74 ist durch die Öffnung geführt. Der Arm 76 wird erwärmt und geschmolzen, um- einen Kopf zu bilden, welcher die Rippe 78 am Montagearm 76 befestigt. Die Leitung 74 ist umgebogen, um in engem Kontakt mit der Rippe 78 zu kommen und ist an dieser befestigt. z.B.According to Fig. 7, an opening 86 is formed in the part of the rib 78, the is embedded in the arm 76. Part of the line 74 is passed through the opening. The arm 76 is heated and melted to form a head which the rib 78 attached to the mounting arm 76. The lead 74 is bent over to be in close contact to come with the rib 78 and is attached to this. e.g.
durch Verlöten oder Verkleben.by soldering or gluing.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thermometers. Es besitzt eine Messingarmatur 86, die ähnlich wie die vorstehend beschriebene Messingarmatur 34 ausgeführt sein kann. In der in der Armatur 86 ausgeformten Bohrung ist ein Kunststoffträger 88 aus Preßmaterial gelagert. der eine Grundplatte 9o sowie eine Anzahl von Armpaaren 92 mit je einem Außenarm 94 und einem Innenarm 96 umfaßt, die sich von der Grundplatte aus axial und parallel erstrecken. Die Trägerarmpaare 94,96 der Fig. 8 tagen starr eine im allgemeinen quadratische Rippe 98, wobei vier Armpaare 92,100,102,104 vorgesehen sind.Fig. 8 shows a further embodiment of the thermometer according to the invention. It has a brass fitting 86 which is similar to the brass fitting described above 34 can be executed. A plastic carrier is located in the hole formed in the fitting 86 88 stored from pressed material. the one base plate 9o and a number of pairs of arms 92, each with an outer arm 94 and an inner arm 96, which extend from the base plate extend out axially and parallel. The carrier arm pairs 94, 96 of FIG. 8 are rigid a generally square rib 98 with four pairs of arms 92,100,102,104 provided are.
Nach den Fig. 9,10 ist zwischen den Innen- und Außenarmen eines jeden Armpaares 92,102 ein im allgemeinen U-förmiges leitendes Bauteil 1o6 vergossen, das aus einem Querteil 108 und zwei Armen 110,112 besteht. Aus Fig. 9 geht hervor, daß sich die Arme 11o, 112 vom Querteil 108 aus bis zu ihren Außenenden im allgemeinen verjüngen. Es sei bemerkt, daß das U-förmige Teil 1o6 nur zwischen den Stützarmpaaren 92,102 vorgesehen. Vor dem Anbringen einer quadratischen Rippe 98 wird eine Öffnung 114 in das Aagregat gebohrt, um den Arm oder das leitende Teil 112 vom leitenden Teil 11o zu trennen, wodurch leitende Bleche oder Folien erzeugt werden, die gegenüber der Achse der Grundplatte 9o und der Arme 92,102 radial angeordnet mund, wobei die Bleche oder Folien durch die Arme 92,1o2 gestützt werden.According to FIGS. 9, 10 is between the inner and outer arms of each Pairs of arms 92,102 encapsulated a generally U-shaped conductive component 1o6, which consists of a transverse part 108 and two arms 110,112. From Fig. 9 it can be seen that that the arms 11o, 112 from the transverse part 108 to their outer ends in general rejuvenate. It should be noted that the U-shaped part 1o6 is only between the pairs of support arms 92,102 provided. Before attaching a square rib 98, an opening is made 114 drilled in the unit to remove the arm or conductive part 112 from the conductive part 11o to separate, whereby conductive sheets or foils are produced, the opposite the axis of the base plate 9o and the arms 92,102 arranged radially mouth, wherein the Sheets or foils are supported by the arms 92,1o2.
Im gepreßten Sockel 9o sind zwei Leitungen 120,122 eingebettet, die elektrisch an die leitenden Teile 110,112 durch geeignete Mittel, z.B. durch Verlöten, angeschlossen sind. Nach der Montage der Rippe 98 werden die Enden 124,126 erwärmt und umgebogen, um eine starre Befestigung der Rippe 98 zwischen den Armen 94,96 des Armpaares 102 zu bilden (Fig. 9) sowie auch zwischen den Armpaaren 100 und den Armpaaren 104 (Fig. 8). Wie die Fig. 8,9 zeigen, besitzt die quadratische Rippe 98 ein mittig angeordnetes Halbleiterplättchen 130 am Boden, wobei eine entsprechende Leitung 132 das Halbleiterplättchen 130 mit dem leitenden Bauelement 112 verbindet.In the pressed base 9o two lines 120,122 are embedded which electrically to the conductive parts 110, 112 by suitable means, e.g. by soldering, are connected. After the assembly of the rib 98, the ends 124, 126 are heated and bent over to rigidly secure the rib 98 between the arms 94,96 of the pair of arms 102 to form (Fig. 9) as well as between the pairs of arms 100 and the Pairs of arms 104 (Fig. 8). As shown in FIGS. 8, 9, the square rib 98 a centrally arranged semiconductor wafer 130 on the bottom, with a corresponding Line 132 connects die 130 to conductive component 112.
Der Anschluß des Halbleiterplättchens 103 kann durch jedes geeignete Mittel erfolgen. Natürlich muß ein entsprechender Isolierstoff zwischen der Leitung 132 und der Rippe 98 vorgesehen sein, damit die Leitung 132 gegenüber der Rippe 98 isoliert werde. Die Rippe 98 überlappt das obere Ende des leitenden Bauteils silo. Somit verläuft der in Fig. 9 gezeigte elektrische Stromkreis von der leitung 120 über das leitende Bauteil 11o, die Rippe 98, das Halbleiterplättchen 130, die Leitung 132, das leitende Bauteil 112 zur Leitung 122.The connection of the semiconductor die 103 can be by any suitable Means done. Of course, a suitable insulating material must be used between the line 132 and the rib 98 may be provided so that the conduit 132 is opposite the rib 98 being isolated. The rib 98 overlaps the top of the conductive member silo. Thus, the electrical circuit shown in Fig. 9 runs from the line 120 via the conductive member 11o, the rib 98, the semiconductor die 130, the Line 132, the conductive member 112 to line 122.
Fig. 1o zeigt ein Verfahren zur Verbindung der Rippe 98 mit dem leitenden Bauteil 11o, wobei dieses an seinem Ende rechtwinklig umgebogen ist, um den elektrischen Kontakt mit der Rippe 98 herzustellen. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird das obere Ende des Arms 94 erwärmt und am Ende 136 umgebogen, um eine feste Verbinduna zwischen dem leitenden Bauteil 11o und der Platte 98 herzustellen.Fig. 10 shows a method of connecting the rib 98 to the conductive Component 11o, this being at right angles at its end bent over to make electrical contact with the rib 98. As described above the upper end of the arm 94 is heated and bent over at the end 136 to form a Establish a firm connection between the conductive member 11o and the plate 98.
Fig. 11 zeigt eine we-itere Ausführunasform des schnell ansprechenden erfindungsgemäßen Strömungsmittelthermometers. Nach der Lehre der Erfindung scheint es, daß die Wärmeübertragung von der Rippe auf das Plättchen maximiert und die scheinbare Masse des Aggregats so klein wie möglich gehalten werden kann, wenn beide Seite des Plättchens jeweils mit einer eigenen Rippe oder Flosse in Berührung stehen. Somit wird jede Rippe zu einer elektrischen Verbindung für das Plättchen sowie für die Wärmeübertragung zur und von der Rippe, wodurch das -Halbleiterplättchen einen höchsten Wirkungsgrad erlangt. Es ist offensichtlich, daß die Rippen genügend weit voneinander abstehen müssen, um eine Störung des Flusses des zu messenden Strömungsmittels zwischen deWAippen zu vermeiden, die den Wärmeaustausch zwischen denpippen und dem Strömungsmittel verringern könnten.Fig. 11 shows another embodiment of the quick response fluid thermometer according to the invention. According to the teaching of the invention it seems it that the heat transfer from the fin to the platelet is maximized and the apparent Mass of the aggregate can be kept as small as possible if both sides of each plate are in contact with their own rib or fin. Thus each rib becomes an electrical connection for the wafer as well as for the heat transfer to and from the fin, making the semiconductor die one attained highest efficiency. It is obvious that the ribs are wide enough must stand apart in order to disturb the flow of the fluid to be measured between deWAippen to avoid the heat exchange between thepippen and the Fluid could decrease.
Bei dieser abgeänderten Version sind zwei Rippen 140,142 vorgesehen, die im allgemeinen in Form einer Scheibe oder Platte ausgeführt s-ind, wobei der Mittelpunkt einer jeden Scheibe dem Mittelpunkt der anderen Scheibe zugekehrt ist. Zwischen den beiden einander zugekehrten Rippen 140,142 ist ein Halbleiterplättchen 144 angeordnet, das wie die anhand der vorhergehenden Figuren beschriebenen Halbleiterplättchen beschaffen ist. Wie in den vorhergehenden Fällen sind die Rippen 140,142 entsprechend an einem thermoplastischen Bauteil 146 befestigt, welches mit zwei sich axial erstrekkenden Armen 148,150 ausgestattet ist, in welche zwei Leitungen 152,154 eingegossen sind. Fig. 11 zeigt, daß die Leitung 152 umgebogen und mit der Fläche der Rippe verlötet ISt( die nicht mit dem Halbleiterplättchen in Verbindung steht, während die Leitung 154 aus dem Stützarm 150 kurz vor dessen Ende austritt und zur Rippe 140 geleitet ist, wobei sie auf dieser verlötet ist. Die oberen Enden der Arme 148,150 werden erwärmt und umgebogen, um eine starre Befestigung für die Rippe 142 zu bilden. Obwohl nur zwei Arme 148,150 gezeigt sind, sei bemerkt, daß das Preßstoffteil 146 mit je zwei Armpaaren von identischer Formgebung bestückt werden kann, wobei in ein Armpaar keine elektrische Leitungen eingegossen sind. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 11 zeigt ein einfaches Verfahren zum elektrischen Anschluß der Rippen 140,142 an das Halbleiterplättchen 144. Dieses Ausführungsbeispiel braucht auch niht die empfindliche Befestigung einer Leitung am Halbleiterplättchen wie die früheren Ausführungsbeispiele.In this modified version, two ribs 140, 142 are provided, which are generally in the form of a disk or plate, the The center of each disc faces the center of the other disc. A semiconductor wafer is located between the two mutually facing ribs 140, 142 144 arranged, the same as those described with reference to the preceding figures Semiconductor wafers is made. As in the previous cases, the ribs 140, 142 are corresponding attached to a thermoplastic component 146, which with two axially extending Arms 148,150 is equipped, in which two lines 152,154 are cast. Figure 11 shows lead 152 bent over and soldered to the face of the rib ISt (which is not in contact with the semiconductor die while the conduction 154 emerges from the support arm 150 shortly before its end and is guided to the rib 140 is, where it is soldered on this. The upper ends of the arms 148,150 are heated and bent to form a rigid attachment for rib 142. Even though only two arms 148,150 are shown, it should be noted that the molded part 146 with each two pairs of arms of identical shape can be equipped, with one pair of arms no electrical cables are encased. The embodiment of FIG. 11 Figure 11 shows a simple method of electrically connecting the ribs 140, 142 to the Semiconductor die 144. This embodiment does not need the sensitive one either Attachment of a lead to the semiconductor die like the previous embodiments.
Bei einer abgeänderten Form des letzten Ausführungsbeispiels können Rippen mit einer annähernd konischen oder Kalottenform vorgesehen sein, deren Scheitelpunkt elektrisch an die gegenüberlieaenden Seiten des Halbleiterplättchens geführt ist.In a modified form of the last exemplary embodiment, Ribs with an approximately conical or dome shape can be provided, their apex is electrically led to the opposite sides of the semiconductor die.
Bei den Ausführungsbeispielen, bei welchen zwei Rippen an einem Träger befestigt sind, siehe Fig. 11, läßt sich ein sehr starrer nechanischer Aufbau erreichen.In the embodiments in which two ribs on a carrier are attached, see Fig. 11, can be a very rigid more mechanical Achieve build-up.
Die Fig. 12-15 zeigen verschiedene andere Verfahren für die Anbringung von Leitungen am Halbleiterplättchen, insbesondere zeigt d ie Fig. 12 die Befestigung eines feinen Golddrahtes 160 einer in den Sockel 164 vergossenen Leitung 162, wobei der Draht an seinem anderen Ende an einem Halbleiterplättchen 166 befestigt ist. Das P lättchen 166 ist nach vorstehender Beschreibung an einer Rippe 168 angebracht. Die elektrische Verbindung zwischen der Rippe 168 und einer zweiten, im Sockel 164 sowie in einem der Arme eingebetteten Leitung 170 erfolgt durch ein Umbiegen des Endes der Leitung 170 und einer Anordnung von Fläche-auf-Fläche an der Rippe 168.Figures 12-15 show various other methods of attachment of lines on the semiconductor wafer, in particular FIG. 12 shows the attachment a fine gold wire 160 of a lead 162 encapsulated in the base 164, wherein the wire is attached at its other end to a die 166. The platelet 166 is attached to a rib 168 as described above. The electrical connection between the rib 168 and a second one in the base 164 and the line 170 embedded in one of the arms is carried out by bending the End of conduit 170 and a face-to-face arrangement on rib 168.
In Fig. 13 wird eine ähnliche Ausführungsform wie in Fig. 12 in Bezug auf die Montage der Rippe 168 und ihrer Verbindung mit der Leitung 170 beschrieben. Jedoch ist (anstelle der Leitung 162 der Fig. 12) eine in den anderen Arm des Sockels 164 vergossene Leitung 172 vorgesehen, die an ihrem Ende umgebogen ist, um für den elektrischen Anschluß an eine andere Leitung eine offene Fläche zu bilden. Wiederum ist das Plättchen 166 vorgesehen, jedoch ist es in diesem Fall an die Leitung 172 über eine Klemme 176 angeschlossen. Die Klemme 176 ist gegen die Rippe 168 mit Isolierstoff 178 isoliert, der zwischen die Rippe 168 und die Klemme 176 geschichtet ist. Die Klemme 176 endet nahe einer Kante des Plättchens 166, und eine elektrisch leitende Überbrückung ist zwischen der Leitung 176 und dem Plättchen in der Form eines Leitungsstreifens 180 vorgesehen (Fig. 14).In FIG. 13, a similar embodiment as in FIG. 12 is shown in relation on the assembly of the rib 168 and its connection to the line 170 is described. However (in lieu of lead 162 of Figure 12) there is one in the other arm of the socket 164 potted line 172 is provided, which is bent at its end in order for the electrical connection to another line to form an open area. In turn the plate 166 is provided, but in this case it is connected to the line 172 connected via a terminal 176. The clamp 176 is insulated against the rib 168 178 sandwiched between the rib 168 and the clip 176. the Terminal 176 terminates near one edge of die 166, and is an electrically conductive one Bridging between lead 176 and the die is in the form of a lead strip 180 provided (Fig. 14).
Fig. 15 zeigt eine ziemlich einfache Verbindung zwischen einem Plättchen 182 und einer Leitung 184, die im wesentlichen parallel zur Rippe verläuft. Eine entsprechende Schicht aus Isolierstoff 186 ist vorgesehen, an welcher die Leitung 184 befestigt ist. Die Leitung 184 kann die Leitung 172 der Fig. 13 sein. Der Isolierstoff 186 kann bis zur Höhe der Unterfläche des Plättchens 182 ausgebaut werden, wobei die Leitung 184 einfach über den Isolierstoff 186 verlegt werden würde, und das Plättchen 182 auf einer Geraden anstelle der in Fig.15 gezeigten Schleife angeordnet wäre.Figure 15 shows a fairly simple connection between a wafer 182 and a conduit 184 which is substantially parallel to the rib. One A corresponding layer of insulating material 186 is provided on which the line 184 is attached. Line 184 may be line 172 of FIG. 13. The insulating material 186 can be expanded to the level of the lower surface of the plate 182, wherein the line 184 would simply be laid over the insulating material 186, and that Plate 182 arranged on a straight line instead of the loop shown in FIG were.
Die Fig. 16,17 zeigen eine andere Ausführungsform des Halbleiterplättchens, bei welchem beide Ausgangsklemmen auf einer Fläche angeordnet sind. Z.B. kann ein Plättchen 188 zwei Klemmenvorsprünge l9o,192 besitzen, die als Klemmen zum Anschluß der Scheibe sowie der dem Plättchen zugeordneten Außenleitung dienen. Fig. 17 zeigt diesen speziellen Anschluß, wobei die Rippe 194 mit einem Streifen aus Isolierstoff 196 sowie einem Leitungsstreifen 198 bestückt ist.16, 17 show another embodiment of the semiconductor wafer, in which both output terminals are arranged on one surface. E.g. can a Plate 188 have two terminal projections 19o, 192, which serve as terminals for connection serve the disc and the external line assigned to the plate. Fig. 17 shows this particular connector, with the rib 194 covered with a strip of insulating material 196 and a line strip 198 is equipped.
Das Plättchen 188 wird dann wie in der Zeichnung dargestellt, angeordnet, wobei der Vorsprung 192 in elektrischem Kontakt mit dem Leitungsstreifen 198 steht. Der Leitungsstreifen kann dann mit den Stützarmen für das Plättchen verbunden werden, die in den Fig. 3, 9 oder 11 gezeigt sind.The plate 188 is then arranged as shown in the drawing, the protrusion 192 being in electrical contact with the conductive strip 198. The conductor strip can then be connected to the support arms for the wafer, shown in FIGS. 3, 9 or 11.
Fig. 18 zeigt die Erfindung unter Anwendung von Dickfilmverfahren.Figure 18 shows the invention using thick film techniques.
sei bemerkt, Obwohl Dickfilmverfahren beschrieben werdenJ daß Dünnfilmverfahren genauso gut angewandt werden können. In Fig. 18 bildet die Rippe 40 den Träger, auf den verschiedene Schichten durch Siebdruck aufgebracht werden. Bei der Durchführung dieses Verfahrens wird ein Isolierstreifen 200 auf die Rippe 40 aufgebracht, wobei eine Öffnung 202 im Streifen 200 dadurch ausgeformt wird, daß entweder die Fläche der Öffnung 202 durch eine Emulsion abgedeckt oder daß die Fläche der Öffnung aus dem Streifen 200 herausgeätzt wird. Note, although thick film processes are described, the thin film process can be applied just as well. In Fig. 18, the rib 40 forms the support, applied to the different layers by screen printing will. In performing this procedure, an insulating strip 200 is applied to the rib 40 applied, wherein an opening 202 is formed in the strip 200 thereby, that either the area of the opening 202 is covered by an emulsion or that the Area of the opening from the strip 200 is etched.
In die Öffnung 202 wird dann ein Halbleiterteil 204 eingelagert, die mit der-Rippe 40 in Kontakt steht. Schließlich wird ein Leitungsstreifen 206 auf den Teil 204 und auf den Streifen 200 aufgebracht, um eine Leitungsstreifen entsprechend dem Streifen 198 der Fig. 17 oder der Leitung 53 der Fig. 2 zu bilden. Bei der Dünnfilmausführung werden die verschiedenen Schriften aufgesprüht oder aufgedampft , wobei eine entsprechende Maskierung oder Ätzung zur Ausformung der erforderlichen Formen verwendet wird.A semiconductor part 204 is then incorporated into the opening 202, which is in contact with the rib 40. Finally, a conductive strip 206 is put on the portion 204 and applied to the strip 200 to correspond to a conductive strip the strip 198 of FIG. 17 or the line 53 of FIG. In the thin film version the different fonts are sprayed or vaporized, with a corresponding Masking or etching is used to form the required shapes.
Eine bevorzugte Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Thermometers umfaßt eine Messingscheibe mit einer Dicke von ca. o,l mm und einem Durchmesser von ca. 11 mm, wobei die Ansprechzeit des Thermometers etwa 1 sec. für looO Temperaturänderung ist. Die vorstehenden Abmessungen sorgen für eine Brücke, die genügend steif ist, während ein großes Verhältnis von Oberfläche zur Masse bleibt, um die schnelle Sollansprechzeit zu erzielen.A preferred embodiment of the thermometer described above comprises a brass disc with a thickness of about 0.1 mm and a diameter of approx. 11 mm, whereby the response time of the thermometer is approx. 1 sec. for 100 ° temperature change is. The above dimensions ensure a bridge that is sufficiently stiff to while maintaining a large surface area to mass ratio, around the fast target response time to achieve.
Die bisherigen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind so ausgelegt, daß die Rippe, auf welcher das Halbleiterplättchen montiert ist, auf beiden Seiten dem zu messenden Strömungsmittel ausgesetzt ist.The previous embodiments of the invention are designed so that the rib on which the semiconductor die is mounted on both sides exposed to the fluid to be measured.
Jedoch das das gesamte Aggregat umfließende Strömungsmittel ermöglicht es, daß unter bestimmten Umständen Schmutz und andere Fremdstofdas Plättchen oder die am Plättchen befestigte Leitung beschädigen können. Die in den Fig. 19-23 gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen Ab änderungen der vorstehend beschriebenen Thermometer dar, wobei die Rippe aus einem kalottenförmigen Element besteht, das dichtend auf einen Sockel montiert ist und das Halbleitermeßelement sowie alle Zuleitungen zum Plättchen auf der kalottenförmigen Rippe voll durch die kalottenförmige Rippe und den unststoffsockel verkapselt sind. Auf diese Weise sind die Anschlüsse und das Halbleitermeßelement voll gegen Schmutz und mechanische Beschädigung durch FreSitoffe geschützt, die sowohl auf die Leitungen als auch auf den Halbleitermeßfühler aufprallen können.However, this allows fluid to flow around the entire unit it that under certain circumstances dirt and others Foreign matter Can damage the plate or the cable attached to the plate. The ones in the Fig. 19-23 shown embodiments of the invention represent changes from the The thermometer described above, wherein the rib consists of a dome-shaped Element consists which is sealingly mounted on a base and the semiconductor measuring element and all leads to the platelet on the dome-shaped rib fully through the Dome-shaped rib and the plastic base are encapsulated. That way are the connections and the semiconductor measuring element fully protect against dirt and mechanical damage protected by FreSitoffe, which both on the lines and on the semiconductor probe can impact.
In Fig. 19 ist ein äußerst schnell ansprechendes Strömungsmittelthermometer 208 mit sehr stabilem Temperaturgang gezeigt, das einen Sockel 210, einen Meßkopf 212, einen Schutzkäfig 214 für den Meßkopf 212 sowie zwei Außenleitungen 216 umfaßt, die zur Verbindung der Kalotte und des Halbleiterplättchens mit externen Schaltagen dienen. Der Sockel besitzt einen Gewindeteil 218, der z.B. in den Ansaugkrümmer eines Verbrennungsmotors oder einer anderen Vorricht ung eingeschraubt wird, durch welche Strömungsmittel fließt, dessen Temperatur gemessen werden soll. Wie üblich bei solchen Vorrichtungen umfaßt der Sockel 210 eine Sechskantmutter 220, die zum Festschrauben des Thermometers dient. Der Meßkopf 212 umfaßt eine kalottenförmige Rippe 224, die (Fig. 20) einerseits zur Zuleitung und Ableitung der Wärme zum und vom Hibleiterplättchen dient, während sie andererseits dieses und die zugeordneten Leitungen gegen Schmutz und andere Fremdstoffe schützt. Die Kalotte 224, die zur Verringerung des Verhältnisses Masse:Oberfläche extrem dünn ist, ist durch den Käfig 214 geschützt, der zwei U-förmige Drähte 226,228 umfaßt, die gegeneinander um 9o° versetzt, in im Sockel 210 ausgeformte Öffnungen eingeführt und dort entsprechend befestigt sind. Außerdem sind Kalotte 224 und Sockel dichtend miteinander verbunden, wodurch das zu messende Strömugsmittel nur über die Außenfläche der Rippe fließen kann.In Fig. 19 is an extremely fast responding fluid thermometer 208 shown with a very stable temperature response, which has a base 210, a measuring head 212, a protective cage 214 for the measuring head 212 and two external lines 216, those for connecting the dome and the semiconductor wafer with external circuit boards to serve. The base has a threaded part 218 which, for example, goes into the intake manifold an internal combustion engine or other device is screwed through which fluid is flowing, the temperature of which is to be measured. As usual in such devices, the base 210 comprises a hex nut 220 which is used for Tightening the thermometer is used. The measuring head 212 comprises a dome-shaped one Rib 224, which (Fig. 20) on the one hand for supplying and dissipating the heat to and serves from the semiconductor plate, while on the other hand this and the associated cables protects against dirt and other foreign matter. The dome 224, which is extremely thin to reduce the mass: surface ratio protected by the cage 214, which comprises two U-shaped wires 226,228 which are against each other Offset by 90 °, introduced into openings formed in the base 210 and there accordingly are attached. In addition, the spherical cap 224 and the base are connected to one another in a sealing manner, whereby the fluid to be measured only flows over the outer surface of the rib can.
Fig. 20 zeigt einen Querschnitt des Thermometers der Fig. 19 mit Darstellung des Innenteils des Meßkopfes 212; die Außenleitung 216 mit zwei Leitngen 230,232 ist in einem Kunststoff- oder Preßteil 234 vergossen, welches starr im Sockel 210 angeordnet ist, wobei eine Zunge 236 über den Boden des Preßteils 234 gebördelt ist, um dieses Teil in dem durch den Sockel 210 gebildeten Hohlraum zu befestigen.Fig. 20 shows a cross-section of the thermometer of Fig. 19 with illustration the inner part of the measuring head 212; the outer line 216 with two Leitngen 230,232 is cast in a plastic or pressed part 234, which is rigidly in the base 210 is arranged with a tongue 236 crimped over the bottom of the press member 234 is to fix this part in the cavity formed by the base 210.
Indem in Fig. 20 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Leitung 230 am Punkt 238 um 9o° gebogen, so daß sie mechanisch die Innenfläche der Kalotte 224 berührt, um eine elektrische Verbindung zwischen ihr und der Kalotte 224 herzustellen. Andererseits ist in dem durch die Kalotte 224 gebildeten Innenraum die Leitung 232 direkt durch das Preßteil 234 bis zu einer Stellung geführt, die über der Oberfläche des Preßteils 234 liegt. Zwischen der Oberseite der Leitung 232 und einem Halbleiterplättchen 240 ist mit Hilfe eines feinen Golddrahtes 242, dessen Durchmesser etwa o,o5 mm beträgt, eine Verbindung hergestellt.In the embodiment shown in FIG. 20, the line is 230 bent by 90 ° at point 238 so that it mechanically forms the inner surface of the spherical cap 224 touches to produce an electrical connection between it and the dome 224. On the other hand, the line 232 is in the interior space formed by the spherical cap 224 passed directly through the pressing member 234 to a position which is above the surface of the pressing part 234 lies. Between the top of lead 232 and a die 240 is made with the help of a fine gold wire 242, the diameter of which is about 0.05 mm a connection is established.
Aus Fig. 20 ist ersichtlich, daß das Plättchen 240, der Golddraht 242 und der Innenteil der Kalotte 224 gegen Schmutz und Fremdstoffe geschützt sind, die an der Kalotte 224 vorbeiströmen können. Die Innenseite der Kalotte 224 kann mit Schaumstoff versehen sein, um das Halbleiterplättchen 240 und den Golddraht 242 weiter mechanisch zu schützen.From Fig. 20 it can be seen that the plate 240, the gold wire 242 and the inner part of the spherical cap 224 are protected against dirt and foreign matter, which can flow past the dome 224. The inside of the dome 224 can Foam around the die 240 and the gold wire 242 to be further protected mechanically.
In Fig. 21 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Anschlüsse gezeigt, wonach die Leitungen 230,233 in ein abgeändertes Kunststoffpreßteil 246 eingebettet sind. Das Preßteil 246 ist dadurch verändert, daß an Flächen 248,250 Teile ausgespart sind, um Zugang zur Oberseite der Leitungen 230,232 zu gewähren, die jetzt außerhalb des durch die Kalotte 252 gebildeten Innenraums angeordnet sind.In Fig. 21 a modified embodiment of the connections is shown, after which the lines 230,233 embedded in a modified plastic molding 246 are. The pressing part 246 is modified in that parts are recessed on surfaces 248,250 are to provide access to the top of lines 230,232 that are now outside of the interior formed by the spherical cap 252 are arranged.
Ein entsprechend an der Kalotte 252 befestigter Golddraht sorgt für die Verbindung zwischen der Leitung 230 und der Kalotte 252.A gold wire appropriately attached to the calotte 252 ensures the connection between the line 230 and the cap 252.
Wie im Falider Fig. 20 ist ein Halbleiterplättchen 258 im Inneren der Kalotte an ihrem Scheitebunkt montiert und die Leitung 232 ist über einen zweiten Golddraht 260 angeschlossen. Die Befestigung des Halbleiterplättchens 258 an der Kalotte 252 kann durch jedes geeignete Verfahren, z.B. durch Verlöten mit Golddraht, erfolgen, die Kalotte 252 ist im Preßsitz auf das Oberende des Kunststoffpreßteils 246 aufgebracht und dort befestigt.As in the case of Fig. 20, a semiconductor die 258 is inside the dome is mounted at its vertex point and the line 232 is via a second Gold wire 260 connected. The attachment of the die 258 to the Calotte 252 can be made by any suitable method, e.g. by soldering with gold wire, take place, the dome 252 is in a press fit on the upper end of the plastic molded part 246 applied and fastened there.
Fig. 22 zeigt ein weiteres abgeändertes Ausführungsbeispiel der Verbindungen, wobei die Kalotte 252 wieder mit einem Halbleiterplättchen 258 bestückt ist und im Preßsitz auf ein Kunststoffpreßteil 264- aufgebracht und entsprechend befestigt ist. Das Preßteil 264 umfaßt einen axial in den Raum ragenden Vorsprung, der zwischen der Kalotte 252 und dem Kunststoffpreßteil 264 ausgeformt ist. Die Leitung 230 ist an ihrem oberen Ende mit einer biegsamen Kontakt feder 266 bestückt, die mit der Kalotte 252 in Schleifkontakt steht und dadurch die elektrische Verbindung mit der Kalotte herstellt.Fig. 22 shows a further modified embodiment of the connections, the dome 252 again with a semiconductor wafer 258 is equipped and applied in a press fit on a plastic molded part 264- and accordingly is attached. The pressing part 264 comprises a projection projecting axially into the space, which is formed between the spherical cap 252 and the plastic molded part 264. the Line 230 is equipped at its upper end with a flexible contact spring 266, which is in sliding contact with the spherical cap 252 and thereby the electrical connection with the dome.
Andererseits ist die Leitung 232 mit einer etwas längeren biegsamen Kontaktfeder 268 versehen, der durch den Vorsprung hindurchragt und mit dem Halbleiterplättchen 258 in Schleifkontakt steht.On the other hand, the line 232 is flexible with a slightly longer one Contact spring 268 is provided, which protrudes through the projection and with the semiconductor die 258 is in sliding contact.
Fig. 23 zeigt die im Dickfilmverfahren aufgebrachte Erfindung, und es sei bemerkt, daß sich Dünnfilmtechniken genauso gut eignen.Fig. 23 shows the invention applied by the thick film process, and it should be noted that thin film techniques work just as well.
In Fig. 23 stellt die Rippe 252 den Träger dar, auf welchen durch Siebdruck verschiedene Schichten aufgebracht werden. Bei der Durchführung des Verfahrens wird ein Isolierstreifen270 auf der Kalotte 252 abgelagert, wobei im Isolierstreifen 270 eine Öffnung 272 dadurch ausgeformt wird, daß die Fläche der Öffnung 272 entweder mit einer Emulsion abgedeckt wird, oder daß die Fläche der öffnung aus dem Streifen herausgeätzt wird. Dann wird ein mit der Kalotte 252 in Berührung stehender Halbleiter 274 in die öffnung 272 eingebracht. Schließlich wird ein Leitungsstreifen 276 auf dem Halbleiter 274 und dem Streifen 270 abgelagert, wobei die Leitung 276 innerhalb ihrer Grenzen bleibt, um einen der Leitung 242 oder 260 entsprechenden Leitungsstreifen zu bilden.- Bei der Dünnfilmausführung werden die verschiedenen Schichten aufgesprüht oder aufgedampft, wobei die erforderliche Formgebung durch Maskierung oder Ätzung erzielt wird.In Fig. 23, the rib 252 represents the carrier on which through Screen printing different layers can be applied. When carrying out the procedure an insulating strip 270 is deposited on the dome 252, in which insulating strip 270 an opening 272 is formed by the area of the opening 272 either is covered with an emulsion, or that the area of the opening from the strip is etched out. Then, a semiconductor in contact with the dome 252 becomes 274 introduced into the opening 272. Finally, a conductive strip 276 is put on the semiconductor 274 and the strip 270 are deposited with the line 276 within its boundaries remains around a line strip corresponding to line 242 or 260 - In the thin film version, the different layers are sprayed on or vaporized, taking the required shaping by masking or etching is achieved.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zeigte es sich, daß das Verhältnis der kleinsten Oberfläche zur Masse der Rippe oder Kalotte etwa 4 m²/kg sein muß.In the exemplary embodiments described above, it was found that the ratio of the smallest surface area to the mass of the rib or dome is approximately 4 m² / kg must be.
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