DE29825267U1

DE29825267U1 - Electrical sensor, in particular temperature sensor, with printed circuit board

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Publication number: DE29825267U1
Application number: DE29825267U
Authority: DE
Original assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Current assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2008-09-23

Abstract

Elektrischer Sensor, insbesondere Temperatur-Sensor, mit Leiterplatte (1), die wenigstens eine Leiterbahn (7, 8) auf einem Substrat mit elektrisch isolierender Oberfläche aufweist, wobei auf der Oberfläche wenigstens zwei mit der (den) Leiterbahn(en) verbundene Anschlußkontaktfelder (5, 6) zur elektrischen Verbindung mit Enden von Anschlußleitern (12, 13) eines Anschlußkabels (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Anschlußkontaktfelder (5, 6) zur Verbindung mittels Schmelzvorgang mit den Anschlußleiter-Enden (12, 13) vorgesehen sind, wobei wenigstens ein erstes Anschlußkontaktfeld (5) auf der Vorderseite (2) und wenigstens ein zweites Anschlußkontaktfeld (6) auf der Rückseite (3) der Leiterplatte (1) plaziert sind.electrical Sensor, in particular temperature sensor, with printed circuit board (1), the at least one conductor track (7, 8) on a substrate with electrical insulating surface has, wherein on the surface at least two connection pads connected to the trace (s) (5, 6) for electrical connection with ends of leads (12, 13) of a connection cable (4) are arranged, characterized in that at least two terminal contact fields (5, 6) for connection by means of melting with the lead ends (12, 13) are provided, wherein at least a first terminal contact field (5) on the front side (2) and at least one second connection contact field (6) on the back (3) the circuit board (1) are placed.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Sensor, insbesondere Temperatur-Sensor, mit Leiterplatte, die wenigstens eine Leiterbahn auf einem Substrat mit elektrisch isolierender Oberfläche aufweist, wobei auf der Oberfläche wenigstens zwei mit der (den) Leiterbahn(en) verbundene Anschlußkontaktfelder zur elektrischen Verbindung mit Enden von Anschlußleitern eines Anschlußkabels angeordnet sind.The The invention relates to an electrical sensor, in particular a temperature sensor, with printed circuit board which has at least one printed conductor on a substrate having electrically insulating surface, wherein on the surface at least two terminal contact pads connected to the track (s) for electrical connection with ends of connecting conductors a connection cable are arranged.

Aus der DE 39 39 165 C1 ist ein Temperatur-Sensor mit einer Kunststoff-Folie als Leiterplatine bekannt, deren Leiterbahnen an einem Ende mit einem als Meßwiderstand dienenden Keramikplättchen mit dünnem Metallüberzug als Widerstandsschicht verbunden sind; die Leiterbahnen sind an dem dem Widerstand abgekehrten Ende der Kunststöff-Folie mit Lötkontakten versehen, die mit Anschlüssen eines Klemmträgers oder mit Leitungen eines nach außen führenden Anschlußkabels elektrisch verbunden sind; dabei ist es auch möglich, anstelle von nebeneinander liegenden Leiterbahnen auch Leiterbahnen vorzusehen, die sich auf gegenüberliegenden Flächen der streifenförmigen Kunststoff-Folie befinden. Die Kunststoff-Folie besteht insbesondere aus Polyimid-Folie, während die Leiterbahnen aus Kupfer oder Kupferbasis-Legierung bestehen. Es handelt sich hierbei um eine verhältnismäßig aufwendige Konstruktion, da der Sensor in ein Schutzrohr einzubringen ist, das beispielsweise aus Edelstahl besteht.From the DE 39 39 165 C1 a temperature sensor is known with a plastic film as a printed circuit board, the conductor tracks are connected at one end with serving as a measuring resistor ceramic plate with a thin metal coating as a resistive layer; the conductor tracks are provided at the end facing away from the resistor of the Kunststöff sheet with solder contacts which are electrically connected to terminals of a clamp carrier or with leads of an outwardly leading connecting cable; It is also possible to provide, instead of adjacent interconnects, also strip conductors which are located on opposite surfaces of the strip-shaped plastic film. The plastic film consists in particular of polyimide film, while the conductor tracks consist of copper or copper-based alloy. This is a relatively complex construction, since the sensor is to be introduced into a protective tube, which consists for example of stainless steel.

Weiterhin ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 295 04 105.6 ein Temperaturfühler- insbesondere für Wärmemengenmessungen – bekannt, der einen elektrischen Widerstandstemperatur-Sensor mit zwei angeschlossenen isolierten Stromleitungen aufweist, wobei zwischen dem Widerstandstemperatur-Sensor und den beiden Stromleitungen eine Anschlußplatine aus schlecht wärmeleitendem Material mit darauf angeordneten, in Bezug auf den Querschnitt der Stromleitungen querschnittskleineren Stromleitfaden vorgesehen ist, deren Länge größer bemessen ist als die Länge der Anschlußplatine zwischen den an den Enden der Anschlußplatine befindlichen Anschlußstellen einerseits des Widerstandstemperatur-Sensors und andererseits der beiden Stromleitungen. Da der Kontaktschluß zwischen Stromleitungen und Stromleitfaden durch Verlöten hergestellt wird, sind derartige Temperatur-Sensoren für höhere Temperaturen im Bereich von 230°C nicht geeignet.Farther is from the German utility model 295 04 105.6 a temperature sensor in particular for heat quantity measurements - known, an electrical resistance temperature sensor with two connected having insulated power lines, wherein between the resistance temperature sensor and the two power lines, a terminal board from bad heat-conducting Material with arranged on it, in relation to the cross section of the power lines smaller cross-section Stromleitfaden is provided, whose length dimensioned larger is as the length the connection board between the terminals located at the ends of the terminal board on the one hand the resistance temperature sensor and on the other hand the two power lines. Since the contact closure between power lines and Power guide made by soldering are such temperature sensors for higher temperatures in the range from 230 ° C not suitable.

Weiterhin ist aus WO95/18965 ein Meßfühler für ein Meßgas mit einem metallischen Gehäuse bekannt, wobei innerhalb des Gehäuses ein Sensorelement am Ende eines Sensor-Chips mit zumindest einer elektrisch leitenden Kontaktbahn verbunden ist; am anderen Ende des Sensor-Chips sind elektrische Anschlußdrähte mit dem Sensor-Chip verschweißt, wobei ein im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung des Rohrs sich erstreckendes Halteteil vorgesehen ist, das mittels Metallisierung an der Unterseite des Sensor-Chips durch Laserschweißen verbunden ist. Es handelt sich hierbei um einen verhältnismäßig aufwendigen Aufbau eines Meßfühlers.Farther is from WO95 / 18965 a sensor for a measuring gas with a metallic housing known, being inside the housing a sensor element at the end of a sensor chip with at least one electrically conductive contact path is connected; on the other end of the sensor chip are electrical connection wires with welded to the sensor chip, wherein a substantially parallel to the longitudinal extent of the tube itself extending holding part is provided by means of metallization at the bottom of the sensor chip is connected by laser welding. It is a relatively complex structure of a Sensor.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Sensor mit verhältnismäßig einfachem Aufbau zu schaffen, der zur präzisen Temperaturmessung auch oberhalb 100°C geeignet ist, wobei das Herstellverfahren weitgehend automatisierbar sein soll; weiterhin sollen nach Möglichkeit SMD-Bauelemente für die Sensorfunktion eingesetzt werden.task The invention is an electrical sensor with relatively simple To create a structure that is accurate Temperature measurement is also suitable above 100 ° C, the manufacturing process should be largely automated; continue to be possible SMD components for the sensor function can be used.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß wenigstens zwei Anschlußkontaktfelder zur verbindung mittels Schmelzvorgang mit den Anschlußleiter-Enden vorgesehen sind, wobei wenigstens ein erstes Anschlußkontaktfeld auf der Vorderseite und wenigstens ein zweites Anschlußkontaktfeld auf der Rückseite der Leiterplatte plaziert sind.The Task is solved by that at least two connection contact fields for connection by means of melting process with the lead ends are provided, wherein at least a first terminal contact field on the front and at least one second pad on the back side the circuit board are placed.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.advantageous Embodiments of the article according to claim 1 are in the claims 2 to 8 indicated.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind beide Anschlußkontaktfelder am gleichen Ende einer langgestreckten Leiterplatte angeordnet, wobei im Bereich des den Anschlußkontaktfeldern gegenüberliegenden Endes der Leiterplatte ein Bauelement vorgesehen ist, das durch wenigstens zwei Kontakte über Anschlußfelder mit jeweils einer Leiterbahn verbunden ist; zur Kontaktierung des Bauelements mit den Leiterbahnen sind zwei in einer Ebene liegende Anschlußfelder vorgesehen, von denen eins mittels Kontaktdurchführung durch die Leiterplatte hindurch mit der auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte befindlichen Leiterbahn elektrisch verbunden ist; dabei sind die Kontakte des Bauelements durch eine Schmelzverbindung mit den Anschlußfeldern verbunden. Als elektrisches Bauelement wird vorzugsweise ein Temperatur-Sensor eingesetzt.In In a preferred embodiment, both terminal contact fields arranged at the same end of an elongated printed circuit board, wherein in the region of the terminal contact fields opposite End of the circuit board, a component is provided by at least two contacts over pads each connected to a conductor track; for contacting the Component with the tracks are two in-plane pads provided, one of which by means of contact passage through the circuit board through with the one on the opposite Side of the printed circuit board conductor is electrically connected; In this case, the contacts of the device by a fusion connection connected to the connection fields. As an electrical component is preferably a temperature sensor used.

Ein besonderer Vorteil ist in der sehr einfachen und daher automatisierbaren Bearbeitung eines Kabelsensors zu sehen, welcher aus einem Kabel und dem Sensoraufbau aus Mikrochip, Anschlüssen sowie Schutzhülse besteht.One special advantage is in the very simple and therefore automatable Processing a cable sensor to see which one of a cable and the sensor structure consists of microchip, connections and protective sleeve.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist die Leiterbahn wenigstens im Bereich der Anschlußkontaktfelder als Ebene ausgebildet; das Substrat besteht dabei aus temperaturbeständigen Materialien, insbesondere aus Epoxid, Triazinen, Polyimiden (PI) oder Fluoriden (PTFE).In an advantageous embodiment of the subject invention the track is at least in the area of the terminal contact fields designed as a level; the substrate consists of temperature-resistant materials, in particular of epoxide, triazines, polyimides (PI) or fluorides (PTFE).

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist auf die Leiterplatte eine hochtemperaturbeständige Schutzhülle aufgeschoben.In In a preferred embodiment, a high-temperature resistant protective sleeve is pushed onto the printed circuit board.

Als vorteilhaft erweist es sich, daß durch diese Schutzhülle eine erhöhte elektrische Spannungsfestigkeit erzielt wird.When advantageous, it turns out that by this protective cover an increased electrical dielectric strength is achieved.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der 1a, 1b, 1c sowie 2a, 2b näher erläutert.The following is the subject of the invention with reference to the 1a . 1b . 1c such as 2a . 2 B explained in more detail.

1a zeigt die Vorderseite der Leiterplatte, 1a shows the front of the PCB,

1b deren Rückseite, wobei Leiterbahn und Anschlußkontaktfeld ähnlich wie auf der Vorderseite der Leiterplatte gemäß 1a ausgestaltet sind, 1b the back, wherein track and pad contact field similar to the front of the circuit board according to 1a are designed

1c eine Profilansicht entlang der Linie AB der 1a gesehen. 1c a profile view along the line AB of 1a seen.

2a zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Vorderseite der Leiterplatte mit einem aufgebrachten Bauelement als Sensoranordnung, 2a shows a perspective view of the front side of the printed circuit board with an applied component as a sensor arrangement,

2b die Rückseite der Sensor-Anordnung mit Leiterplatte;
in 2b ist zusätzlich eine gebrochene Darstellung einer Schutzhülle für die Leiterplatte gezeigt. 2 B the back of the sensor assembly with circuit board;
in 2 B In addition, a broken view of a protective cover for the circuit board is shown.

Gemäß 1a befindet sich eine erste Leiterbahn 7 auf der Vorderseite 2 der Leiterplatte 1, die aus einem elektrisch isolierenden Substrat auf der Basis von temperaturbeständigen Materialien wie beispielsweise Epoxid, Triazinen, Polyimiden (PI) oder Fluoriden (PTFE) besteht. Leiterbahn 7 ist im Bereich des oberen Endes 14 der Leiterplatte 1 mit einem Anschlußkontaktfeld 5 verbunden, welches zum Auflöten bzw. Aufschweißen von Enden von Anschlußleitern 12 dient, die mit ihrem abisolierten Ende aus einem hier symbolisch dargestellten Kabelmantel 20 eines Anschlußkabels 4 herausragen; das Anschlußkontaktfeld weist eine Dicke im Bereich von 5 μm bis 500 μm auf. Die Leiterbahn 7 weist eine Dicke im Bereich von 5 μm bis 100 μm auf und ist in der Draufsicht mäanderförmig verlaufend gestaltet. Aufgrund der Mäanderform läßt sich ein verhältnismäßig hoher Wärmewiderstand zwischen dem Anschlußkontaktfeld 5 und dem Anschluß 9 für das elektrische bzw. elektronische Bauelement 11 am entgegengesetzten Ende 15 erzielen. Bauelement 11 ist mittels seiner Kontakte 16 und 17 mit den Anschlußfeldern 9, 10 der Leiterplatte durch eine Schmelzverbindung, vorzugsweise durch Verlöten im Reflow-Verfahren verbunden.According to 1a there is a first trace 7 on the front side 2 the circuit board 1 , which consists of an electrically insulating substrate based on temperature-resistant materials such as epoxy, triazines, polyimides (PI) or fluorides (PTFE). conductor path 7 is in the range of the upper end 14 the circuit board 1 with a connection contact field 5 connected, which for soldering or welding on ends of leads 12 serves, with their stripped end of a cable sheath symbolically shown here 20 a connection cable 4 protrude; the pad has a thickness in the range of 5 microns to 500 microns. The conductor track 7 has a thickness in the range of 5 microns to 100 microns and is designed meandering in plan view. Due to the meandering shape, a relatively high thermal resistance between the terminal contact field can be 5 and the connection 9 for the electrical or electronic component 11 at the opposite end 15 achieve. module 11 is by means of his contacts 16 and 17 with the connection fields 9 . 10 the circuit board connected by a fusion bond, preferably by soldering in the reflow process.

Gemäß 1b ist auf der Rückseite 3 der Leiterplatte 1 ein weiteres Anschlußkontaktfeld 6 für ein zweites Anschlußleiter-Ende 13 vorgesehen, wobei das Anschlußkontaktfeld 6 ebenfalls mit einer mäanderförmigen Leiterbahn 8 verbunden ist, die ihrerseits wiederum über Kontaktdurchführung 19 mit Anschlußfeld 10 gemäß 1a für die Verbindung mit Bauelement 11 verbunden ist. Das Substrat 1 weist eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 1 mm auf, während die Beschichtung der Leiterbahn 7, 8 aus Kupfer besteht und in einer bevorzugten Ausführungsform annähernd 35 μm dick ist.According to 1b is on the back 3 the circuit board 1 another connection contact field 6 for a second lead end 13 provided, wherein the terminal contact field 6 likewise with a meandering conductor track 8th connected in turn, in turn, via contact implementation 19 with connection field 10 according to 1a for connection with component 11 connected is. The substrate 1 has a thickness in the range of 0.1 to 1 mm, while the coating of the conductor track 7 . 8th is made of copper and in a preferred embodiment is approximately 35 microns thick.

Das Bauelement 11 ist als SMD-Chip ausgebildet, wobei es gemäß 1a, 1b mit zweien seiner Kontakte 16, 17 jeweils über Anschlußfelder 9, 10 mit den beiden mäanderförmigen Leiterbahnen 7, 8 verbunden ist, die ihrerseits wiederum über Anschlußkontaktfelder 5, 6 jeweils mit dem Ende eines Anschlußleiters 12, 13 verbunden sind, welche Teil eines Anschlußkabels 4 sind. Das Substrat der Leiterplatte 1 besteht vorzugsweise aus temperaturbeständigen Materialien, wie Epoxid, Triazinen, Polyimiden (PI) oder Fluoriden (PTFE); es ist jedoch auch möglich, andere Werkstoffe wie z.B Glas oder Aluminiumoxid einzusetzen. Als Temperatur-Sensor wird vorzugsweise eine auf einem Substrat aufgebrachte Widerstandsschicht auf Platinbasis eingesetzt, wie sie aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DT 25 27 739 A1 bekannt ist.The component 11 is designed as an SMD chip, according to 1a . 1b with two of his contacts 16 . 17 each via connection fields 9 . 10 with the two meandering tracks 7 . 8th in turn connected via terminal contact fields 5 . 6 each with the end of a lead 12 . 13 connected, which part of a connecting cable 4 are. The substrate of the circuit board 1 is preferably made of temperature-resistant materials such as epoxy, triazines, polyimides (PI) or fluorides (PTFE); However, it is also possible to use other materials such as glass or alumina. As a temperature sensor, a platinum-based resistance layer applied to a substrate is preferably used, as known from the prior art, for example from US Pat DT 25 27 739 A1 is known.

Gemäß 2a ist Bauelement 11 nach dem SMD-Prinzip mit seinen Kontakten 16, 17 auf den Anschlußfeldern 9, 10 der Leiterplatte 1 angeordnet, wobei die elektrische und mechanisch feste Verbindung vorzugsweise durch Verlöten erfolgt ist. An Anschlußfeld 9 ist die mäanderförmig ausgebildete Leiterbahn 7 angeschlossen, welche aufgrund ihres verhältnismäßig langen Weges und dünnen Querschnitts für eine gute Wärmeisolation zwischen dem als Sensor dienenden Bauelement 11 und dem Anschlußkontaktfeld 5 sorgt. Auf dem Anschlußkontaktfeld 5 liegt das abisolierte Ende des Anschlußleiterendes 12 eines Anschlußkabels 4 auf, welches durch eine Schmelzverbindung -vorzugsweise durch Verlöten = mit Anschlußkontaktfeld 5 verbunden ist.According to 2a is component 11 according to the SMD principle with its contacts 16 . 17 on the connection fields 9 . 10 the circuit board 1 arranged, wherein the electrical and mechanically fixed connection is preferably carried out by soldering. To connection field 9 is the meandering conductor track 7 connected, which due to their relatively long travel and thin cross-section for good thermal insulation between the sensor serving as a device 11 and the pad 5 provides. On the connection contact field 5 is the stripped end of the lead end 12 a connection cable 4 on, which by a fusion-preferably by soldering = with Anschlußkontaktfeld 5 connected is.

Anhand 2b ist die auf der Rückseite 3 der Leiterplatte 1 befindliche mäanderförmige Leiterbahn 8 erkennbar, die ebenfalls aufgrund ihrer Mäanderstruktur und ihres dünnen Leiterquerschnitts für eine hohe thermische Isolierung zwischen der Kontaktdurchführung 19 für Anschlußfeld 10 des Bauelements 11 gemäß 1a und dem Anschlußkontaktfeld 6 für das Anschlußleiterende 13 des Anschlußkabels 4 sorgt. Die Leiterplatte 1 weist im Bereich ihrer Rückseite eine Ausnehmung 21 auf, um das als Temperatursensor dienende Bauelement 11 möglichst weitgehend der Umgebungsatmosphäre auszusetzen, mechanischen Streß durch Ausdehnungsunterschiede zu minimieren und um mögliche Flußmittelablagerungen zu vermeiden.Based 2 B is the one on the back 3 the circuit board 1 meandering track 8th recognizable, which also due to their meander structure and their thin conductor cross-section for a high thermal insulation between the contact bushing 19 for connection field 10 of the component 11 according to 1a and the pad 6 for the connection conductor end 13 of the connection cable 4 provides. The circuit board 1 has a recess in the area of its rear side 21 on to the serving as a temperature sensor device 11 As far as possible suspend the ambient atmosphere, minimize mechanical stress by expansion differences and to avoid possible Flußmittelablagerungen.

Es ist weiterhin möglich, gemäß 2b auf die Leiterplatte 1 eine Schutzhülle 22 in Richtung des Pfeils 23 aufzuschieben, wobei hier zwecks besserer Übersicht diese Schutzhülle nur bruchstückhaft dargestellt ist; in der Praxis reicht die Schutzhülle 22 vom Ende 15 der Leiterplatte 1 bis zum entgegengesetzten Ende 14 und umfaßt dabei auch die Anschlußkontaktfelder 5 und 6 zusammen mit den Anschlußleiterenden 12 und 13 von Anschlußkabel 4.It is still possible, according to 2 B on the circuit board 1 a protective cover 22 in the direction of the arrow 23 postpone, here for the sake of clarity this protective cover is shown only fragmented; in practice, the protective cover is sufficient 22 from the end 15 the circuit board 1 to the opposite end 14 and also includes the terminal contact fields 5 and 6 together with the connection conductor ends 12 and 13 from connecting cable 4 ,

Claims

Electrical sensor, in particular temperature sensor, with printed circuit board ( 1 ), the at least one track ( 7 . 8th ) on a substrate having an electrically insulating surface, wherein on the surface at least two connected to the (the) conductor track (s) Anschlußkontaktfelder ( 5 . 6 ) for electrical connection with ends of connecting conductors ( 12 . 13 ) of a connection cable ( 4 ) are arranged, characterized in that at least two terminal contact fields ( 5 . 6 ) for connection by means of melting with the lead ends ( 12 . 13 ) are provided, wherein at least a first terminal contact field ( 5 ) on the front side ( 2 ) and at least one second pad ( 6 ) on the back side ( 3 ) of the printed circuit board ( 1 ) are placed.

Electrical sensor according to claim 1, characterized in that the conductor track ( 7 . 8th ) at least in the area of the terminal contact fields ( 5 . 6 ) is designed as a plane.

Electrical sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that the Substrate made of temperature resistant Materials, in particular of epoxide, triazines, polyimides (PI) or fluorides (PTFE).

Electrical sensor according to one of Claims 1 to 3, characterized in that both connection contact fields ( 5 . 6 ) at the same end ( 14 ) an elongated printed circuit board ( 1 ) are arranged, wherein in the region of the Anschlußkontakffeldern ( 5 . 6 ) opposite end ( 15 ) of the printed circuit board ( 1 ) a component ( 11 ) provided by at least two contacts ( 16 . 17 ) via connection fields ( 9 . 10 ) each with a conductor track ( 7 . 8th ) connected is.

Electrical sensor according to claim 4, characterized in that for contacting the component ( 11 ) with the tracks ( 7 . 8th ) two in-plane pads ( 9 . 10 ) are provided, one of which by means of contact ( 19 ) through the printed circuit board ( 1 ) through to the opposite side ( 3 ) of the printed circuit board ( 1 ) conductor track ( 8th ) is electrically connected.

Electrical sensor according to claim 4 or 5, characterized in that the contacts ( 16 . 17 ) of the component ( 11 ) by a fusion with the pads ( 9 . 10 ) are connected.

Electrical sensor according to one of Claims 4 to 6, characterized in that the electrical component ( 11 ) is a temperature sensor.

Electrical sensor according to one of Claims 1 to 7, characterized in that a high-temperature-resistant protective sleeve ( 22 ) is postponed.