DE2940394A1

DE2940394A1 - Verfahren zum zugaenglichmachen von elektrischen kontaktbereichen auf beieinanderliegenden bauelementen

Info

Publication number: DE2940394A1
Application number: DE19792940394
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr. Karl-Hermann 7250 Leonberg Friese; Dipl.-Phys. Dr. Gerhard 7257 Ditzingen Holfelder; Dipl.-Ing. Dr. Klaus 7146 Tamm Müller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-10-05
Filing date: 1979-10-05
Publication date: 1981-04-23
Also published as: DE2940394C2; JPS5660338A; US4356628A

Description

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26.9.1979 Zr/Sm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Verfahren zum Zugänglichmachen von elektrischen Kontaktbereichen auf beieinanderliegenden Bauelementen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von Keramikplättchen, die als Bauelemente von Sensoren für Sauerstoffanteile und Temperaturen in Gasen als Träger von dazugehörigen schichtförmigen Heizelementen und ähnlichem Verwendung finden; Bauelemente dieser Art sind bereits aus der US-PS 4 007 bekannt, sie weisen jedoch den Nachteil auf, daß ein Herstellen von elektrischen Verbindungen durch Löten an den Kontaktbereichen, welche über Leiterbahnen zu den Meßelementen und Heizelementen führen, aufgrund der beschränk ten Platzverhältnisse am Anschlußbereich der keramischen Bauelemente sehr beengt ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die diesbezüglichen Kontaktbereiche auf derartigen Bauelementen für das Anschließen elektrischer Zuleitungen

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besser zugänglich gemacht werden, wobei dennoch die Länge der beteiligten Keramikplättchen gleich sein kann. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren einfach und kostengünstig mittels moderner Technologien für Massenfertigungen ausgeführt werden kann. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Kauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 zwei miteinander verbundene keramische Bauelemente mit erfindungsgemäß ausgebildetem Kontaktbereich, Figur 2 drei miteinander verbundene keramische Bauelemente mit erfindungsgemäß angeordneten Kontaktbereichen, Figur 3 fünf miteinander verbundene keramische Bauelemente mit erfindungsgemäß angeordneten Kontaktbereichen, Figur 4 ein erstes vergrößert und im Längsschnitt dargestelltes keramisches Bauelement auf einem Werkstückträger, wobei der den Kontaktbereich tragende Endabschnitt erfindungsgemäß infolge Schwerkraft gebogen ist, Figur 5 ein zweites vergrößert und im Längsschnitt dargestelltes, keramisches Bauelement auf einem Werkstückträger, wobei der den Kontaktbereich tragende Endabschnitt erfindungsgemäß mittels einer Überzugsschicht gebogen ist, und Figur 6 zwei vergrößert und im Längsschnitt dargestellte, garnierte keramische Bauelemente mit gestrichelt angedeuteten Anschlußkabeln, wobei an einem Bauelement der den Kontaktbereich tragende Endabschnitt erfindungsgemäß mittels einer anders als in Figur 5 angebrachten Überzugsschicht gebogen ist.

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Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Figur 1 sind zwei plättchenförmige, keramische Bauelemente 10 und 11 dargestellt, deren in der Figur nach unten weisenden (nicht mit Bezugszeichen versehenen) Längsabschnitte teilweise mittels eines nicht dargestellten Glasschmelzflusses miteinander verbunden sind. Die in der Figur nach oben weisenden Endabschnitte 12 und dieser Bauelemente 10 und 11 bilden den Anschlußbereich und sind voneinander gespreizt; die beiden Bauelemente und 11 bestehen aus Aluminiumoxyd, sind jeweils 1 mm dick, 6 mm breit und haben eine Länge von 80 mm. Diese keramischen Bauelemente 10 und 11 tragen auf ihrem in der Figur nach unten weisenden Längsabschnitten nicht dargestellte Meßfühler für Gase und deren Temperaturen und sind zumeist auch mit nichtdargestellten schichtförmigen Heizelementen versehen (siehe US-PS k 007 4 35)- Die elektrischen Zuleitungen zu diesen Meßfühlern und Heizelementen verlaufen auf den keramischen Bauelementen 10 und 11 als Leiterbahnen zum in der Figur oben befindlichen Anschlußbereich: Als Beispiel ist eine auf der dem keramischem Bauelement 10 zugewendeten Großfläche Ik aufgebrachte Leiterbahn 15 gezeigt, deren Kontaktbereich 16 auf dem Endabschnitt 13 dieses Bauelementes 11 liegt. Die Leiterbahn 15 und der Kontaktbereich 16 bestehen aus Platin und sind mittels eines bekannten Verfahrens wie Aufdrucken, Aufdampfen oder ähnlichem auf dem Bauelement

11 aufgebracht. Infolge der Aufspreizung der Endabschnitte

12 und 13 von den Bauelementen 10 und 11 ist der Kontaktbereich 16 zum Anschließen eines nicht dargestellten Anschlußkabels gut zugänglich. Während in diesem Beispiel beide Endabschnitte 12 und 13 der Bauelemente 10 und voneinander abgebogen sind, kann es gegebenenfalls auch genügen, nur einen einzigen der Endabschnitte 12 und abzuspreizen.

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In der Figur 2 ist eine Sensoranordnung dargestellt, die aus drei keramischen Bauelementen 17, 18 und 19 zusammengesetzt sind. Diese Bauelemente 17, 18 und 19, welche die gleichen Abmessungen haben wie die keramischen Bauelemente 10 und 11 in Figur 1, sind an ihrem in der Figur 2 nach unten weisenden Längsabschnitt teilweise zusammengarniert; das Bauelement 18 besteht dabei aus Zirkondioxyd und die Bauelemente 17 und 19 aus Aluminiumoxyd. Während das Bauelement 18 eine gerade Form hat, sind die Endabschnitte 20 und 21 nach außen gebogen und ermöglichen somit die Zugänglichkeit zu den Kontaktbereichen 22 und 23 auf den Bauelementen 18 und 19.

Um zu zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch für nocn andere Anordnungen von plättchenförmigen, keramischen Bauelementen geeignet ist, - ' ~, in Figur 3 die Anordnung von fünf derartigen Bauelementen 24, 25, 26, 27 und 28 dargestellt. Die Anordnung der Bauelemente 25₅ 27 und 28 entspricht dabei der Anordnung von den Bauelementen 17, l8 und 19 in Figur 2, die Bauelemente 24 und 26 sind zusätzlich noch auf die Schmalseiten der Bauelemente 25, 27 und 28 mittels Glasfluß oder eines Sintervorgangs aufgesetzt. Infolge erfindungsgemäßen Abbiegens der anschlußseitigen (nicht mit Bezugszeichen versehenen) Endabschnitte dieser Bauelemente 24, 25, 26 und 27 sind die zu den nichtdargestellten Meß- und Heizelementen gehörigen Kontaktbereiche 29, 30 und 31 und gegebenenfalls auch aus der Darstellung nicht ersichtliche weitere Kontaktbereiche für Kabelanschlüsse gut zugänglich. Anstelle von keramischen Bauelementen können aber auch metallische Bauelemente oder auch metallische Plättchen mit keramischem überzug in einen derartigen "Plättchen-Verbund" mit einbezogen werden. Die keramischen Bauelemente 10, 11, 17, 18, 19, 24, 25, 26, 27 und 28 sind gemeinsam mit

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ihren Leiterbahnen (zum Beispiel Position 15 in Figur 1) und den nichtdargestellten Meß- und Heizelementen bei entsprechender Temperatur fertig gesintert und erst dann bei entsprechenden Temperaturen mittels Glasschmelzfluß oder ähnlichem,gegebenenfalls auch durch Sintern oder auch nur durch eine nichtdargestellte Bandage oder ein nichtdargestelltes Gehäuse zu einem "Plättchen-Verbund" miteinander verbunden.

Das Abbiegen der anschlußseitigen Endabschnitte 12 bzw. 13 von derartigen Bauelementen 10, 11, .., welche gegebenenfalls auch bereits ihre Leiterbahnen 15 mit Kontaktbereich 16 und zugehörige Meß- oder Heizelemente tragen, kann erfindungsgemäß während des Sintervorganges erfolgen, und zwar auf einfache, kostengünstige Weise mittels Technologien, weiche besonders für die Massenfertigung geeignet sind.

In der Figur H ist ein erstes derartiges Verfahren prinzipiell dargestellt: Das noch ungesinterte, im Ausgangszustand ebene, keramische Bauelement 11 mit Leiterbahn 15, Kontaktbereich 16 und nichtdargestelltem Meß- bzw. Heizelement wird während des Sintervorganges derart auf einen Werkstückträger 29 aufgelegt wird, daß ihre in Biegerichtung weisende Großfläche 30 auf der Auflagefläche 31 dieses Werkstückträgers 29 aufliegt und der abzubiegende Endabschnitt 13' des Bauelementes 11 über die Werkstückträger-Auflagefläche 31 hinausragt; zur sicheren Lagerung des Bauelementes 11 ist oberhalb der Werkstückträger-Auflagefläche 31 noch ein Niederhalter 32 angeordnet, welcher das Bauelement 11 während des Sintervorganges in Lage hält. Während des Sintervorganges erreicht das keramische Bauelement 11 einen plastischen Zustand und infolge der Schwerkraft biegt sich

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das Bauelement 11 nach unten ab, und zwar bis auf einen Anschlag 33, welcher bevorzugt flächenhaft und ein Teil des Werkstückträgers 29 ist.

In der iigur 5 ist eine andere erfindungsgmäße Möglichkeit zum Abbiegen von keramischen Bauelementen im Prinzip dargestellt;: Das Bauelement ist dabei mit 11/1 bezeichnet, die darauf aufgebrachte Leiterbahn und der Kontakt mit 15/1 bzw l6/l;auf die Darstellung von Meß- bzw. Heizelementen wurde verzichtet. Das Bauelemente 11/1 liegt hierbei mit der Leiterbahn 15/1 auf einem Werkstückträger 29/1 auf und wird mittels eines Niederhalters 32/1 in seinem eben bleibenden Längsbereich fixiert. Die die Leiterbahn 15/1 tragende, der Biegerichtung entgegengesetzte Großfläche 30/1 des noch ungesinterten, ebenen keramischen Bauelementes 11/1 ist auf ihrem Endabschnitt 13/1 teilweise mit einer sinterfähigen boerzugsschicht 3^ versehen, welche 20 ,um dick ist, durch Aufwalzen, Siebdrucken oder ähnliches aufgebracht ist und aus einem Werkstoff besteht, der ein geringere? Schwindmaß hat als das Bauelement 11/1; das Bauelement 11/1 kann beispielsweise aus Zirkondioxyd mit einem Schwindmaß von 25 % bestehen und die Überzugsschicht 3^ kann beispielsweise Aluminiumoxyd mit einem Schwindmaß von 21 % bestehen. Der Endabschnitt 13/1 des Bauelementes 11/1 nimmt während des Sintervorganges dann die in der Figur 5 dargestellte Form ein. Anstelle des genannten Aluminiumoxyds mit 21 % Schwindmaß als Überzugsschicht 3^ können auch andere geeignete sinterfähige Stoffe Verwendung finden, sogar auch Zirkondioxyd, welches es ja mit verschiedenen Schwindmaßen gibt. Das Schwindmaß ist beispielsweise durch Zugabe von anderen Stoffen wie zum Beispiel Calcium, Yttrium, Ytterbium usw. zu beeinflussen, auch durch Mischen gleichartiger Stoffe mit unterschiedlichem Schwindmaß oder auch durch unterschied-

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liches Verdichten der Bauelement- bzw. Überzugsschicht-Stoffe beim Herstellen derselben durch Pressen oder Extrudieren.

Die Figur 6 zeigt zwei miteinander mittels einer gläsernen Verbindungsschicht 35 verbundene keramische Bauelemente 10/2 und 11/2; beide Bauelemente 10/2 und 11/2 tragen auf den einander zugekehrten Großflächen 36 bzw. 37 Leiterbahnen 38 und 39, welche einerseits zu nicht dargestellten Meßelementen bzw. Heizelementen führen und andererseits bis zu den anschlußsseitigen Endabschnitten 40 bzw. kl mit den nicht besonders bezeichneten Kontaktbereichen führen; die unbezeichneten Kontaktbereiche sind mit gestrichelt dargestellten Ar.sch.lußkabeln 42 bzw. ^3 durch Löten verbunden, Während das Bauelement 10/2 eben ist, weist das Bauelement 11/2 an seinem Endabschnitt kl eine Abbiegung auf. Im vorliegendem Beispiel ist dieses Abbiegen während des Sintervorganges dadurch bewirkt worden, daß auf dem Endabschnitt kl der in Biegerichtung liegenden Großfläche kk dieses Bauelementes 11/2 eine sinterfähige Überzugsschicht k5 aufgetragen wurde_s deren Werkstoff ein g^i^-R-ga^e-s- Schwindmaß hat als der stoff des Bauelementes 11/2, diese Überzugsschicht ^5 hat eine Dicke von 20 ,um. Das über die Werkstoffe zum im Beispiel nach Figur 5 Gesagte gilt entsprechend für das vorliegende Beispiel; anstelle des Bauelementes 10/2 mit Leiterbahn 38 kann gegebenenfalls auch ein Metallkörper treten, welcher als Halterung für das Bauelement 11/2 dient.

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Claims

κ. 57 8 1 26.9.1979 Zr/Sm ROBERT BOSCH GMBH, 7QOO Stuttgart 1 Ansprüche

1. Verfahren zum Zugänglichmachen von mindestens einem elektrischen Kontaktbereich auf einem vorzugsweise plättchenförmigen ersten Bauelement, daß ohne oder mit geringem Abstand zu einem zweiten Bauelement angeordnet ist, wobei mindestens eines der Bauelemente aus Sinterkeramik besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kontaktbereich (16, 16/1, 23, 29, 3D tragende Endabschnitt (13, 13/1, 21, 41) des keramischen Bauelementes (11, 11/2, 19, 24, 25) und/oder der Endabschnitt (12, 20) eines aus Sinterkeramik bestehenden, an einem ersten Bauelement (11, 18, 28) anliegenden zweiten Bauelementes (10, 17, 26, 27) während des plastischen Zustandes beim Sintern mittels Schwerkraft oder sinterfähiger Überzugsschicht (34, 45)

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in derjenigen Richtung abgebogen wird, welche der den Kontaktbereich (16, 16/1, 22, 23, 29, 30, 3D tragenden Großfläche (14, 30/1) des Bauelementes (11, 18, 21, 24, 25·, 28) abgewendet ist, und daß in einem separaten Arbeitsgang die zusammengehörigen Bauelemente (10, 11, 17, 18, 19, 24, 25, 26, 27, 28, 10/2, 11/2) miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das noch ungesinterte, keramische Bauelement (11), welches im Ausgangszustand zumeist eben ist und gebogen werden soll, zum Sintern derart auf einen Werkstückträger (29) gelegt wird, se daß die in diese Richtung weisende Großfläche (30) des Bauelementes (11) auf der Auflagefläche (3D des Werkstückträgers (29) aufliegt und der abzubiegende Endabschnitt (13) des Bauelementes (11) über die Auflagefläche (31) des Werkstückträgers (29) hinausragt, welcher bevorzugt mit einem Anschlag (33) für den sich abbiegenden Bauelement-Endabschnitt (13) versehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das noch ungesinterte keramische Bauelement (11/1, 11/2), welches im Ausgangszustand zumeist eben ist und gebogen werden soll, mindestens teilweise auf dem abzubiegenden

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Endabschnitt (13/1, 41) mit einer sinterfähigen Überzugsschicht (34, 45) versehen ist, deren Werkstoff ein anderes Schwindmaß hat als der Werkstoff des Bauelements (11/1, 11/2).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht (34) aus einem Werkstoff mit kleinerem Schwinänaß als der Werkstoff des Bauelementes (11/1) besteht und auf der der Biegerichtung abgewendeten Großfläche (30/1) des Bauelementes (11/1) aufgetragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Ücerzugsschicht (45) aus einem Werkstoff mit größerem Schwindmaß als der Werkstoff des Bauelementes (11/2) besteht und auf der in Biegerichtung liegenden Großfläche (44) des keramischen Bauelementes (11/2) aufgetragen wird.

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