DE3150435A1 - Verfahren zum herstellen eines elektrischen bauteils - Google Patents
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Description
R.
11.12.1981 Zr/Kc
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1
Verfahren gum Herstellen eines elektrischen Bauteils
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils nach der Gattung des Hauptanspruchs
- wie es bereits bekannt ist aus der DE-OS 19 50 Die nach dem vorstehend genannten Verfahren hergestellte
elektrische Verbindung zwischen einer dünnen Metallschicht, die auf einem dünnwandigen Träger fest aufgebracht ist,
und einem Anschlußteil ist für eine Massenproduktion nicht
nur sehr umständlich, sondern auch zu teuer; außerdem wird ein nach diesem Verfahren hergestelltes elektrisches Bauteil
im Falle von Schüttelbeanspruchungen - insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen - keine lange Lebensdauer
aufweisen.
Weiterhin ist es bekannt (DE-OS- 25 ^7 683), bei elektrischen
Verbindungen zwischen auf Trägern angeordneten Schichten und Anschlußteilen Nietverbindungen zu benutzen; solche Nietverbindungen
sind jedoch auch weder für schüttelbeanspruchte Bauteile noch für eine Massenproduktion geeignet,
insbesondere bei Verwendung von spröden Trägern.
Außerdem sind aus der DE-OS 25 26 3^0 auch Lot- und Klemmverbindungen
für diesen Zweck "bekannt, die jedoch auch aus Gründen von rauhen Betriebsbedingungen oder auch aus Kostengründen
nicht immer in Frage kommen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von elektrischen
Bauteilen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die nach
diesem Verfahren hergestellte Verbindung eines Anschlußteils an einem elektrischen Bauteil sowohl rauhen Betriebsbedingungen
gewachsen als auch mit für die Massenproduktion geeigneten Fertigungseinrichtung gut und.preisgünstig
herstellbar ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des
im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich; besonders vorteilhaft ist es, daß nach dem vorgeschlagenen Verfahren
Zugentlastungsmittel für das Anschlußteil am Träger des elektrischen Bauteils angebracht werden können, die ebenfalls
auf billige und für die Massenproduktion geeignete Weise herstellbar sind.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Querschnitt durch den Anschlußbereich eines Trägers in vergrößerter Darstellung,
Figur 2 die Draufsicht auf den Anschlußbereich nach Figur (Isolierschicht teilweise nicht dargestellt) und Figur 3
eine Draufsicht auf einen mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehenen Träger mit einfacher ausgeführter Vertiefung
für das Anschlußteil in vergrößerter Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte sinterfähige
Träger 11 eines elektrischen Bauteils 10 "besteht aus
Zirkondioxid, ist 1 mm dick und 8 mm breit und kann beispielsweise zu einem Sauer stoffsensor gehören, wie
er in der DE-OS 29 13 866 beschrieben ist; anstelle eines Trägers 11 aus Zirkondioxid können aber auch
andere sinterfähige Materialien wie beispielsweise Aluminiumoxid Verwendung finden und die Anwendung der
vorliegenden Erfindung ist auch nicht nur auf Sauerstoffsensoren begrenzt, sie kann vielmehr auch für andere
Anwendungen von im wesentlichen dünnwandigen, sinterfähigen Trägern mit elektrisch leitfähigen Schichten
12 benutzt werden. Eine derartige elektrisch leitfähige Schicht 12 ist auf der ersten Großseite 13 des vorgesinterten
Trägers 11 nach irgendeinem bekannten Verfahren (z. B. Siebdruck) aufgebracht, sie kann beispielsweise
aus einem Platinmetall (auch aus anderen geeigneten Metallen oder Cermets) bestehen, beispielsweise
10 Jim dick und 2 mm breit sein und als Anschluß
für ein (nicht dargestelltes) schichtförmiges Widerstandsheizelement
auf dem Träger 11 dienen. Diese-auf dem Träger 11 festhaftende und elektrisch leitfähige Schicht
12 endet mit ihrer anschlußseitigen Begrenzungslinie 1U
vorzugsweise mit etwas Abstand (z. B. 2 mm) vor der anschlußseitigen
Stirnfläche 15 des Trägers 11. Der Träger ist im vorliegendem Beispiel als Plättchen dargestellt,
er kann jedoch auch von gewölbter Form sein.
In der ersten Träger-Großseite 13 ist eine kanalartige
Vertiefung 16 eingeformt, die- von der Träger-Stirnfläche 15 ausgeht und bis in den Bereich der elektrisch
leitfähigen Schicht 12 hineinführt und in ihrer Breite
so bemessen ist, daß ein in diese Vertiefung 16 eingelegtes metallisches Anschlußteil 17 ,möglichst eng geführt
ist; für ein Anschlußteil 17, das in der kanalartigen Vertiefung 16 festgelegt werden soll, "beispielsweise
aus einem Platindraht mit einem Durchmesser iron 0,25 mm besteht, wäre eine Breite von 0,26 mm zweckmäßig.
Die Tiefe dieser Vertiefung 16 könnte im entsprechenden Falle 0,3 mm betragen; diese Abmessungen
der kanalartigen Vertiefung 16 gelten für den vorgesinterten,
aber noch nicht fertiggesinterten Träger 11.Es
sei erwähnt, daß anstelle des Anschlußteils 17 mit
kreisförmigem Querschnitt auch Anschlußteile mit anderem Querschnitt (bandförmig, mehrkantig) Verwendung finden
können. Das im Anschlußbereich der elektrisch leitfähigen Schicht 12 befindliche Ende der kanalartigen Vertiefung
16 setzt sich in bevorzugter Weise in einem Durchgangsloch 18 im Träger 11 fort, welches bevorzugt senkrecht
zur ersten Großseite 13 verläuft, aber auch unter einem Winkel (z. B. U5 Grad) verlaufen kann; bei einem Anschlußteil
17 mit einem Durchmesser von 0,25 mm hätte das Durchgangsloch
18 im nur vorgesinterten Träger 11 einen Durchmesser
von etwa 0,3 Millimeter. Dieses in der zweiten Großseite 19 des Trägers 11 mündende Durchgangsloch T8
ist in einer zweiten kanalartigen Vertiefung 20 fortgeführt,
die im wesentlichen die gleiche Kanal-Breite und -Höhe aufweist wie die von der ersten Vertiefung 16 auf
der ersten Träger-Großseite 13. Der in dieser Vertiefung 20 entlanggeführte freie Endabschnitt des Anschlußteils
17 hat eine Länge von etwa 2 mm und verläuft bevorzugt in gleicher Richtung wie der in der ersten Vertiefung 16
befindliche Abschnitt des Anschlußteils 17; für andere Anwendungsfälle
kann es aber auch zweckmäßig sein, daß die zweite Vertiefung 20 in der zweiten Träger-Großseite 19
in anderer Richtung zu demjenigen Abschnitt des Anschlußteils 17 verläuft, der sich in der ersten Vertiefung
16 "befindet. Anstelle von rechteckigen Querschnitten
bei den Vertiefungen 16 und 20 können auch abgerundete Ecken vorgesehen sein und auch die Übergänge
von den Vertiefungen 16 und 20 zum Durchgangsloch 18
werden z/weckmäßigerveise mit Radien versehen. Die Vertiefungen
16 und 20 und auch das Durchgangsloch 18 werden
beim Formpressen des Träger-Rohlings 11 bevorzugterweise gleich miteingepreßt. - Nach dem Herstellen des derart
vorgeformten Träger-Rohlings 11 wird dieser derart in bekannter Weise vorgesintert, so daß er für die Weiterverarbeitung
die erforderliche Festigkeit aufweist.
Der nun vorgesinterte Träger 11 wird anschließend mit der
elektrisch leitfähigen Schicht 12 und gegebenenfalls auch noch mit anderen auf dem elektrischen .Bauteil 10 vorgesehenen
Schichten versehen (z. B. Elektroden, Widerstandsheizelemente, Isolierschichten). Im nächsten Verfahrensschritt wird in das Durchgangsloch 18 und in die kanalartige
Vertiefung 16 auf der ersten Träger-Großseite 13 eine sinterfähige und elektrisch leitfähige Verankerungsmasse
21 eingetropft und das entsprechend vorgeformte Anschlußteil 17 in das Durchgangsloch 18 und die
beiden Vertiefungen 16 und 20 eingefädelt. Als Verankerungsmasse 21, welche zur elektrischen Verbindung zwischen dem
Anschlußteil 17 und der elektrisch leitfähigen Schicht dienen soll, eignen sich bevorzugt Edelmetall-Cermets,
die in Form einer Suspension in das Durchgangsloch 18 bzw. die Vertiefungen 16 und 20 eingeträufelt werden.
Eine solche Cermet-Suspension kann beispielsweise aus Volumen-Prozent Platin und 50 Volumen-Prozent Zirkondioxid
bestehen und darüber hinaus bekannte Suspensionsmittel enthalten; -anstelle von Platin können aber auch andere für
den Verwendungszweck geeignete Metalle Verwendung finden und anstelle des Zirkondioxids auch andere sinterfähige
Materialien (z. B. Aluminiumoxid).
315Θ435,
Anläßlich des nächsten Verfahrensschrittes, dem Fertigsintern,
wird der Träger 11, die elektrisch leitfähige Schicht 12 und gegebenenfalls auch die anderen aufgebrachten
(nicht dargestellten) Schichten -verfestigt,
■was mit einem Schwindungsvorgang der sinterfähigen Teile
einhergeht und etwa "bei 1500 C stattfindet. Infolge des
Schwindungsvorganges verringern sich die Abmessungen des Trägers 11 um etwa 20 %, was zu einem Einklemmen
des Anschlußteils 17 führt. Das Anschlußteil 17 wird
außerdem auch durch die nun festgesinterte Verankerungsmasse
21 in dem Träger 11 festgehalten und gleichzeitig mit der elektrisch leitfähigen Schicht 12 elektrisch
"verbunden.
Das Anschlußteil 17, das aus der Träger-Stirnfläche 15
etwa 5 mm herausragt und anläßlich des Einbaus des elektrischen
Bauteils 10 in ein nicht dargestelltes, geeignetes Gehäuse durch Löten, Schweißen oder Verklemmen mit einem
(nicht dargestelltem) Anschlußdraht verbunden wird, ist gegen Losreißen - auch bei Schuttelbeanspruchungen und
hohen Betriebstemperaturen - weitestgehend gesichert; der abgewinkelte Verlauf des 'Anschlußteils 17 in den Vertiefungen
16 und 20 und dem Durchgangsloch 18 stellt dabei eine bemerkenswerte Zugentlastung dar. Bei weniger starker
Beanspruchung kann gegebenenfalls auf die Vertiefung 20,
eventuell sogar auf das Durchgangsloch 18 verzichtet werden.
Mit einem zusätzlichen Verfahrensschritt kann noch eine
weitere Sicherung und Versteifung des Anschlußbereichs zwischen Anschlußteil 17 und Träger 11 erreicht werden:
Mittels des bekannten Plasmaspritzverfahrens wird der vorstehend beschriebene Anschlußbereich mit einer zusatz-
lichen Isolierschicht 22 überdeckt ; diese Isolierschicht
22, die beispielsweise aus Magnesium-Spinell besteht, kann - je nach Ausführungsform des Anschlußteils, der
Vertiefungen 16, 20 und des Durchgangsloches 18 - auf
der ersten Großseite 13 und/oder auch auf der zweiten Großseite 19 des Trägers 11 aufgebracht werden und vorzugsweise
auch etwas den aus dem Träger 11 herausragenden freien Endabschnitt des Anschlußteils 17 teilweise
mit umgeben (z. B. auf eine Länge von 2 mm). Eine solche Isolierschicht 22 wird bevorzugt erweise etwa 100 bis 500
vum dick hergestellt.
In der Figur 3 ist die Draufsicht auf einen Träger 11'
ähnlich dem Träger 11 nach Figur 2 dargestellt. Dieser Träger 11' ist auf seiner ersten Großseite 13' mit einer
kanalartigen Vertiefung 16' versehen, die in Zick-Zack-Form
verläuft und im Bereich der elektrisch leitfähigen Schicht 12' endet; für entsprechende Anwendungsfälle dient der
zick-zack-förmige Bereich der Vertiefung 16' als ausreichende
Zugentlastung für das nicht dargestellte, in dieser kanalartigen
Vertiefung 16' verlaufende Anschlußteil. Diese Ausführungsform einer Zugentlastung für das Anschlußteil ist
einfach herstellbar und erspart das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Durchgangsloch 18 und die auf der zweiten Großseite
19 eingeformte zweite Vertiefung 20. Auf die Besehreibung
der weiteren Verfahrensschritte zur Herstellung des elektrischen Bauteils 10' wird verzichtet, weil sie den
Verfahrensschritten zur Herstellung des elektrischen Bauteils 10 nach den Figuren 1 und 2 entsprechen.
Für den Fall, daß auf beiden Großseiten 13 bzw. 19 Anschlußteile
17 am Träger 11 angebracht werden sollen, dann ist es vorteilhaft, wenn die Anschlußteile 17 nicht untereinander
sondern seitlich zueinander versetzt im Träger 11 angeordnet werden; infolge dieser Maßnahme ist das elektrische
-X-
Bauteil 10 bzw. 10' bei seiner Fertigung weniger bruchempfindlich.
Es sei hinzugefügt, daß das beschriebene Anschlußteil auch im Träger durch Löten oder Hartlöten dann festgelegt werden
kann, wenn der Träger mit der elektrisch leitfähigen Schicht und gegebenenfalls auch noch anderen Schichten
bereits fertiggesintert ist. Bei dieser Ausführungsform
des Anschlußbereichs ist es jedoch zweckmäßig, wenn zumindest von einem Durchgangsloch durch den Träger 11, möglichst
jedoch auch noch iron einer kanalartigen Vertiefung auf der zweiten Großseite des Trägers Gebrauch gemacht wird
und eine in den Figuren 1 und 2 dargestellte, zusätzliche
Isolierschicht auf dem Anschlußbereich aufgebracht wird.
Eine derartige Isolierschicht 22 kann natürlich auch dann
ihre schützende und stützende Funktion erfüllen, wenn der Träger 11 einschließlich der elektrisch leitfähigen Schicht
12 zwecks Anschluß eines Anschlußteils 17 nur mit einer Durchgangsbohrung 18 versehen wird und das Anschlußteil
17 hakenförmig durch die Durchgangsbohrung- hindurchgeführt wird, das Anschlußteil durch Löten bzw. durch Hartlöten
mit der elektrisch leitfähigen Schicht 12 verbunden wird und dann die erwähnte Isolierschicht 22 durch Plasmaspritzen
auf diesen Bereich (auf die ersten Großseite und/oder auch auf die zweite Großseite) aufgebracht wird.
Für derartige Anscfrlußteile 17 wird bevorzugt Platin, Nickel,
Alumel, Wolfram und ähnliche Materialien verwendet.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß bei der Hindurchführung des Anschlußteils 17 (siehe Figur 1 und 2)
durch das Durchgangsloch 18 des Trägers 11 und Entlangführung des Anschlußteils 17 in einer zweiten Vertiefung
20 auf der zweiten Großseite 19 ies Trägers 11 mittels dem
in der Vertiefung 20 befindlichen Endabschnitts des Anschlußteils
17 eine auf der zweiten Großseite 19 aufgebrachte, fest haftende zusätzliche elektrisch leitfähige
Schicht (nicht dargestellt) in beschriebener Weise verbunden werden kann.
Leerseite
Claims (1)
1 1 .12.1981 Zr/Kc
ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1
Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils mit einem im wesentlichen dünnvandigen Träger, der aus sinterfähigem
Material besteht und auf mindestens einer seiner Großseiten eine festhaftende elektrisch leitfähige Schicht
besitzt, welche mit mindestens einem metallischen Anschlußteil fest verbunden ist, wobei das Anschlußteil mit dem
Träger und mit der elektrisch leitfähigen Schicht zusätzlich noch mit einer Verankerungsmasse versehen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß in einem ersten Verfahrensschritt
der Träger (11, 11') im Anschlußbereich der elektrisch leitfähigen
Schicht (12, 12') mit einer kanalartigen Vertiefung (16, 16') versehen wird, daß in einem zweiten Verfahrensschritt der mit Vertiefung (16, 16') versehene Träger (11, 11')
vorgesintert wird, daß in einem dritten Verfahrensschritt
die elektrisch leitfähige Schicht (12, 12') aufgebracht wird, daß in einem vierten Verfahrensschritt das mit der
elektrisch leitfähigen Schicht (12, 12') zu verbindende Anschlußteil (17) und eine aus sinterfähigem Material
bestehende Verankerungsmasse (21) in die Vertiefung (16,
16') eingebracht werden und daß in einem fünften Verfahrensschritt
das Anschlußteil (17) und die Verankerungsmasse (21) in der Vertiefung (16, 16') festgesintert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (16, 16') im Träger (Ί1, 11') gleich
beim Formpressen des Trägers (11, 11') mit eingeformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalartige Vertiefung ( 1 6'. ) ungeradlinig
verläuft und daß das Anschlußteil (17) in diesem Bereich dem Verlauf der Vertiefung (16') folgt.
k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vertiefung (16) ein auf der zweiten Großseite (19) mündendes Durchgangsloch (18) besitzt, durch
das das Anschlußteil (17) geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß
der Träger (11) auf seiner zweiten Großseite (19) eine zweite kanalartige Vertiefung (20) aufweist, wobei das
Durchgangsloch (18) in dieser zweiten Vertiefung (20) mündet.
6« Verfahren nach Anspruch 5s dadurch gekennzeichnet, daß
sich die in der zweiten Großseite (19) befindliche zweite Vertiefung (20) zwar in einer anderen Ebene als die erste
Vertiefung (16) erstreckt, bevorzugt jedoch in Verlängerung der ersten Vertiefung (16) verläuft.
7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Anschlußteil (17) auch der zweiten Vertiefung (20) folgt und bevorzugt auch in diesem Abschnitt mittels einer
sinterfähigen Verankerungsmasse (21) festgelegt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmasse (21) aus einem
Edelmetall enthaltenden Cermet besteht, das als Suspension zusammen mit dem Anschlußteil (17) in die Vertiefungen
(16, 20) und die Bohrung (18) eingebracht wird.
9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verankerungsmasse (21) Platinmetall enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verankerungsmasse (21) Zirkondioxid enthält.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Anschlußbereichs
auf dem Träger (11) mit einer Isolierschicht (21)
(z. B. Magnesium-Spinell) bedeckt ist, die vorzugsweise
mittels des bekannten Plasma-Spritzverfahrens aufgetragen
wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Einsintern von
Anschlußteil (1T) und Verankerungsmasse (21) in den Vertiefungen (16, 20) bzw. in der Durchgangsbohrung (18) des
Trägers (11).die elektrisch leitfähige Schicht (12) und gegebenenfalls
auch noch andere, auf dem Träger (11) aufgebrachte
Schichten (z. B. Isolier-, Elektroden-, Widerstandsheizelementschichten)
mit fertiggesintert werden.
13· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11, 11') im wesentlichen
aus Zirkondioxid besteht.
1k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Schicht (12, 12') zu einem Widerstandsh.eizelem.ent gehört.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis '\k, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bauteil (10, 10') ein Sauerstoffsensor für Gase ist.
Priority Applications (3)
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