DE3100852A1

DE3100852A1 - Elektrisches bauelement

Info

Publication number: DE3100852A1
Application number: DE19813100852
Authority: DE
Inventors: Bernd 8590 Marktredwitz Bauernfeind; Gerhard Dipl.-Phys. 8672 Selb Leupold
Original assignee: Draloric Electronic GmbH
Current assignee: Draloric Electronic GmbH
Priority date: 1981-01-14
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1982-08-12

Description

Elektrisches Bauelement
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement gemäß cm Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der DE-OS 23 62 567 ist eine elektronische Schaltung bekannt, bei der auf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper auf einer Hauptfläche die Schaltungsstruktur und auf der gegenüberli>~genden Hauptfläche ein temperaturabhängiger Widerstand vorhang'es ist. Der temperaturabhängige Widerstand kann dabei aus einem diskreten Bauelement oder aus einem Schichtbauelement bestehen und ein Heißleiter, d.h. ein NTC-Widerstand, oder ein Kaltleiter, d.h. ein PTC-Widerstand sein. Dabei dient der temperaturabhängige Widerstand zur Temperaturstabilisierung der elektronischen Schaltung.
Aus der DE-PS 828 930 ist ein Widerstandsthermometer bekannt, das aus einem elektrisch isolierenden Trägerkörper aus Glas oder Keramik besteht, auf dem eine Metalldünnschicht durch Vakuumverdampfung oder durch Kathodenzerstäubung aufgebracht ist. Die Metalldünnschicht mit einem definierten Temperaturkoerfizienten ist durch Masken strukturiert und besitzt die Forrn von mäanderförmigen Streifen oder Spiralen.
Ein Temperaturfühler, der aus einer auf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper aufgebrachten, mäanderförmigen Widerstandsb;lhn mit einem positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten besteht, ist aus dem DE-GM 79 33 425 bekannt.
Elektrische Meßwiderstände für Widerstands thermometer sind u.a.
auch aus der DE-OS 25 07 731 und aus der DE-OS 25 27 739 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Bauelement anzugeben, mit dem es möglich ist, an einem vom temperaturabhängigen Widerstand galvanisch getrennten elektrischen Heizwiderstand die dort abfallende elektrische Energie durch thermische Kopplung des Heizwiderstandes mit dem temperaturabhangigen Widerstand zu messen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch das Metallplättchen zwischen dem Trägerkörper für den Heizwiderstand und dem Trägerkörper für den temperatur-Shängigen Widerstand, das mit diesen beiden Trägerkörpern in ausgezeichnetem Wärmekontakt steht, ein guter Speicher ur Verfügung steht, der zu einem guten Integrationsverhalten führt.
Dies bedeutet, daß sich bei einem in Kurzzeitbetrieb geschalteten Heizwiderstand auf der Ausgangsseite des Bauelementes, d.h.
belm temperaturabhängigen Widerstand ein nur leicht gewellter Widerstandsverlauf ergibt, und daß andererseits die Ansprechzet des Bauelementes relativ kurz bleibt. Erhebliche Vorteile liegen in der guten Reproduzierbarkeit, die für eine Massenfertagung wichtig ist und insbesondere deshalb sehr wichtig ist, weil zur Leistungsmessung immer zwei derartige Bauelement erforderlich sind von denen eines die jeweilige Umgebungstemperatu mißt, die kompensiert werden muß, und im einfachen Aufbau des Bauelementes.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 ein elektrisches Bauelement zur Leistungsmessung mit einer Tauchumhüllung, Fig. 2 einen Heizwiderstand aus Pfeilrichtung A, Fig. 3 einen temperaturabhängigen Dünnschichtwiderstand aus Pfeilrichtung B, Fig. 4 ein elektrisches Bauelement zur Leistungsmessung in einem Gehäuse und Fig. 5 ein elektrisches Bauelement zur Leistugsmessung in räumlicher Darstellung und in natürlicher Größe.
Fig 1 zeigt einen ebenen Trägerkörper 21 aus Alurniniumoxid- oder Steatitkeramik oder Porzellan, der auf einer Hauptfläche mit einer mäanderförmigen Widerstandsbahn 22 - wie sie auch aus Fig. 2 ersich'lich ist - bedeckt ist. Auf der gegenüberliegenden Hauptfläche befindet sich eine Metallschicht 23, mit welcher der Trägerkörper 21 des Heizwiderstandes 2 mittels einer Zinnschicht 24 auf der einen Hauptfläche des Speicherplättchens 3 befestigt ist. Das Speicherplättchen 3 besteht beispielsweise aus Kupfer oder aus Siliziumnitrit und bildet einen Wärmespeicher für die vom Heizwiderstand 2 abgegebene Wärmemenge. Die beiden Enden der mäanderförmigen Widerstandsbahn 22 sind mit Anschlußdrähten 25 und 26 kontaktiert, huber welche der Heizwiderstand in der Größenordnung von 100 kQ mit einem elektrischen Impulsstrom mit variablem Tastverhältnis belastet wird.
Auf der gegenüberliegenden Hauptfläche des Speicherplättchens 3 ist ein Temperaturfühler 1 in Form eines eine mäanderförmige Widerstandsbahn 12 besitzenden Trägerkörpers 11 aus einer Oxidkeramik befestigt. Diese Befestigung geschieht durch eine auf einer Metallschicht 13 vorhandenen Lötzinnschicht oder eine Leitkleberschicht 14. An den Enden der Widerstandsdünnschicht 12 aus Platin oder Nickel sind die Anschlußdrähte 15 und 16 kontariert, die derart gewählt werden, daß eine bestimmte Wärmeenge durch sie abgeführt wird, wodurch die Ansprechzeit des als Leistungsmesser dienenden elektrischen Bauelementes mit eingestellt werden kann. In der Hauptsache wird die Ansprechzeit und die Integrationsfähigkeit des wärmegekoppelten Leistungsmessers durch die Größe und die Wahl des Metalles des Metallplättchens 3 eingestelltlwobei sich selbstverständlich die Integrationsfähigkeit zur Ansprechzeit umgekehrt proportional verhält, so daß zwischen diesen beiden physikalischen Größen ein Kompromiß gefunden werden muß.
Der von 220 V Wechselspannung gespeiste Heizwiderstand 2 soll temperaturunabhängig sein, d.h. einen Temperaturkoeffizienten um 0 ppm besitzen, während der temperaturabhängige Temperaturfühler 1 einen Ausgangswiderstand zwischen lo0Q und 20 kQ besitzt. Eine Tauchumhüllung 4 aus einem Isolierzement umgibt das elektrische Bauelement und beeinflußt durch ihr Wärmeisolationsvermögen das Integrationsverhalten des Bauelementes.
ine gut wärmeisolierende Umhüllung 4 ergibt ein träges Verhaicen des Bauelementes, d.h. eine relativ große Ansprechzeit bei einem guten Integrationsverhalten.
Fig. 3 zeigt einen auf einem Speicherplättchen 3 befestigten vrägerkorper 11, auf dem eine Platindünnschicht 12 durch Lasersznittlinien 17 mäanderförmig strukturiert ist. An den beiden runden der temperaturabhängigen Widerstandsbahn sind die Anschlußdrähte 15 und 16 angebondet.
Fig. 4 zeigt ein thermisch gekoppeltes Bauelement zur Leistungsmessung, bestehend aus einem Heizwiderstand 22 auf einem Aluminiumoxidträgerkörper 21 und einem temperaturabhängigen Widerstand 12 aus einer Platindünnschicht auf einem Aluminiumoxidtragerkörper 11, die durch ein Plättchen 3 aus Kupfer miteinander verbunden sind und ein einheitliches Bauelement bilden.
Dieses Bauelement ragt mit seinen Anschlußdrähten 15, 16 und 25, 26 26 durch der' Boden eines Gehäuses 4 hindurch. Der Zwisch.enraum zwischen dem Bauelement und dem Gehäuse ist mit Glaswolle 41 ausefüllt und das Gehäuse 4 durch einen Kunststoffverschluß 42 abgedichtet.
Ein derartig nach außen isoliertes Bauelement besitzt infolge seiner guten Wärmeisolation eine relativ lange Ansprechzeit, d.h. eine große thermische Zeitkonstante und ein gutes Integrationsvermögen. Dies bedeutet, daß der elektrische Wider-Land des Temperaturfühlers die Stromimpulse des Heizwizerstande. ausglättet, d.h. nicht anzeigt.
Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement in natürlicher Größe mit auf einer Seite aus dem quaderförmigen Gehäuse 4 hrausragenden Anschiußårähten 25, 26 für den an 220 V Wechselpannung anzuschließenden, im Kurzzeltbetrieb arbeitenden Heizwiderstand und den Anschlußdrähten 15 und 16, die mit dem temperaturabhängigen Widerstand kontaktiert sind. Zur enfachen Utters heidung der beiden Widerstände sind die Anschlußdrähte 15 und 16 und die Anschlußdrähte 25 und 26 ungleich lang.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrisches Bauelement, das aus zwei räumlich und galva-Wisch getrennten Widerständen besteht, von denen einer als Heizwiderstand und der zweite mit einem definierten Temperaturkoeffizienten als Temperaturfühler dient, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Heizwiderstand (2) und der einen definierten Temperaturkoeffiuienten besitzende, auf einem isolierenden Trägerkörper (11) angeordnete Dünnschichtwiderstand (1) voneinander durch ein eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine große Wärmekapazität besitzendes, als Wärmespeicher dienendes Plättchen (3) räumlich getrennt sind.
2. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden elektrisch isolierenden, eine gute Wärmeleitähigkeit besitzenden Trägerkörper (11, 21) auf der die Widerstandsbahn (12, 22) tragenden Hauptfläche gegenüberliegenden Hauptfläche eine verzinnte Metallschich.t oder eine Leitkleberschicht (13, ?3) besitzen, mit der jeder Trägerkörper (11, 21) auf einer der beiden Hauptflächen des Speicherplättchens (3) festgelötet ist.
3. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ekennzeichnet, daß das Speicherplättchen (3) flächenmig den isolierenden Trägerkörpern (11, 21) für die widerstände (1, 2) entspricht oder größer ist.
4. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einen definierten Temperaturkoeffizienten besitzen Temperaturfühler (1) ein durch eine Laserrille (17) mäanderförmig strukturierter Platin-oder Nickeldünnschichtwiderstand (12) ist.
5. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (2) ein auf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper (21) angeordneter Dic.cschichtwiderstand (22) ist, der auf der Hauptfläche, die der Dickschichtwiderstandsbahn (22) gegenüberliegt, eine verzinnte Metallschicht (23) besitzt, mit welcher der Trägerkörper (21) auf dem Metallplättchen (3) festgelötet ist.
6. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (1) ein temreraturabhängiger Halbleiterwiderstand, ein PTC - oder ein NTC-tjdertand ist.
7. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Widerstand (1, 2) mit zwei Anschlußdrähten (15, 16) und (25, 26) galvanisch verbunden ist, die alle auf einer Seite vom elektrischen Bauelement wegstehen und eine elektrisch isolierende Umhüllung (4) das Bauelement umgibt.
a. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (4) ein Zement oder eine Glasur ist.
9. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (4) aus einem mit Glaswolle oder einem anderen Isoliermaterial (41) gefülltes Gehäuse (4) besteht, das durch eine Kunststoffschicht (42) abgeschlossen ist.