DE3424387A1

DE3424387A1 - Verfahren zur kontaktierung von elektrischen leitern mit elektrischen leiterbahnen

Info

Publication number: DE3424387A1
Application number: DE19843424387
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. 7251 Weissach Holfelder; Claudio de 7000 Stuttgart La Prieta
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-07-03
Filing date: 1984-07-03
Publication date: 1986-01-09
Also published as: JPS6124178A

Description

Verfahren zur Kontaktierung von elektrischen Leitern
mit elektrischen Leiterbahnen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruches. Hierzu ist in der Vergangenheit versucht worden, Dickschichtleiterbahnen mit Hartlöten zu kontaktieren, was jedoch in der Praxis nur zu unzureichenden elektrischen und mechanischen Verbindungen geführt hat. Insbesondere die Haftfestigkeit derartiger bekannter Verbindungen war unbefriedigend, weil metallische Beschichtungen auf keramischen Substraten sich beim Löten im Lotmetall auflösten und somit keine feste Haftung mehr zum Substrat gegeben war.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß mit einfachen verfahrenstechnischen Mitteln eine sichere elektrische und mechanische Verbindung zwischen einer Leiterbahn oder einer elektrisch leitenden Schicht und einem hierauf zu befestigenden elektrischen Leiter erzielt wird Die Verbindungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren halten auch bei hohen und sehr hohen Temperaturen, da die bei hohen Temperaturen eingebrannte Verbindung aus der leitfähigen Dickschichtpaste durch hohe Temperaturen nicht beeinträchtigt wird und auch dann noch ihre sichere elektrische Leitfähigkeit und mechanische Haftung beibehält.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich insbesondere bewährt für Kontaktierungen der genannten Art auf Keramiksubstraten, welche beispielsweise im Abgas von Brennkraftmaschinen angeordnet sind. Beim Brennprozess der Dickschichtpaste ergibt sich eine innige Verbindung zwischen dem zu befestigenden elektrischen Leiter, der Paste und der elektrischen Leiterbahn oder leitenden Schicht. Das Verfahren ist in einem einfachen Ofenprozess in der Regel ohne Vakuum und ohne Schutzgas durchführbar, so daß es besonders wirtschaftlich ist.
Es gewährleistet eine gute Haftfestigkeit und eine hohe Belastbarkeit sowohl bezüglich der Temperatur als auch bezüglich der Strombelastung. Bevorzugte Anwendungen sind z.B. Temperatursensoren, Heizplättchen, beheizte Sonden und Glühvorsätze für Dieselmotoren.
Temperatursensoren, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kontaktiert sind, bieten neben einer sicheren elektrischen Kontaktierung insbesondere eine hohe Erschütterungsbeständigkeit, was für die Anwendung im Kraftfahrzeug wesentlich ist. Für Temperaturen bis ca. 8000 C werden diese mit Ag-Drähten, darüber mit Pt-Drähten verbunden, welche jeweils ca. 0,1-0,5 mm Durchmesser haben.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß hergestellten Kontaktierung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels In der Figur ist mit 1 ein keramisches Substrat bezeichnet, welches beispielsweise aus einer Al203- oder einer ZrO2-Keramik oder einem glasisolierten (emaillierten) Metallsubstrat besteht. Hierauf befindet sich eine Leiterbahn 2 aus beispielsweise AgPd, Pt oder Au, welche mittels eines Tupfers oder dgl. einer eingebrannten Dickschichtpaste 3 elektrisch und mechanisch mit einem elektrischen Leiter 4 verbunden ist.
Die Dickschichtpasten 3 sind im Handel erhältlich, beispielsweise unter der Bezeichnung DP 9473 von Du Pont, im übrigen sind sie in der Literatur vielfach beschrieben, beispielsweise in der DE-OS 3 002 112 oder in der DE-OS 3 145 583. Eine AgPd-Dickschichtpaste wie die Du Pont-Paste DP 9473 wird bei Temperaturen von etwa 8500 C bis 9000C eingebrannt, im gleichen Bereich liegt auch die Einbrenntemperatur einer Pt-Au-Dickschichtpaste.
Höchste Einbrenntemperaturen von bis zu 16000C werden verwendet für reine Platin-Dickschichtpasten, während relativ niedrige Einbrenntemperaturen von ca. 5000C benötigt werden für Ag-Dickschichtpasten mit niedrigschmelzender Glasfritte.
Das Auftragen der Dickschichtpaste auf die Leiterbahn 2 kann mit herkömmlichen Verfahren erfolgen, beispielsweise mittels Dosiergerät, Siebdruck, Stempeldruc-k, Aufpinseln oder Aufstreichen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kontaktierungen sind temperaturbeständig bis zu einem Wert, der etwa der Einbrenntemperatur der verwendeten Dickschichtpaste entspricht. So kann je nach Anwendungsfall ohne Schwierigkeit eine geeignete Dickschichtpaste ausgewählt werden, wobei andere Kriterien wie elektrische Leitfähigkeit, Verarbeitbarkeit und dgl. im Einzelfall berücksichtigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur sicheren elektrischen und mechanischen Verbindung von Anschlußdrähten auf Leiterbahnen, welche ihrerseits schichtförmig auf Keramiksubstrate aufgebracht und vor dem Aufbringen des elektrischen Leiters 4 durch einen Sinterprozess bereits mit dem Substrat 1 fest verbunden worden sind; Das Einbringen der Dickschichtpaste 3 zur Befestigung des elektrischen Leiters 4 erfolgt dann in einem getrennten Prozess unabhängig vom Aufbringen der Leiterbahn 2.
Gleichzeitiger Einbrand ist auch möglich. Der elektrische Leiter 4 kann je nach seiner Konfiguration als Draht oder als Band in die zuvor auf die Leiterbahn 2 aufgebrachte Dickschichtpaste 3 eingebettet oder auf diese aufgelegt sein. Wesentlich hierbei ist, daß der elektrische Leiter 4 auf oder in die Dickschichtpaste 3 gebracht wird, bevor diese eingetrocknet ist, so daß eine feste Haftung erst durch den Einbrennvorgang erzielt wird. Die Mindesttemperatur für den Einbrennvorgang 0 liegt bei ca. 500 C, sie ist abhängig von der verwendeten Glasfritte.
Als elektrische Leiter 4 kommen insbesondere Kontaktdrähte oder Folien aus Nickel, Kupfer, Silber, Gold oder Platin in Frage. Durch den Brennprozess ergibt sich eine innige Verbindung zwischen der Leiterbahn 2, der Dickschichtpaste 3 und dem elektrischen Leiter 4, welcher mit geringem stofflichen und verfahrenstechnischen Aufwand eine hohe Haftfestigkeit und Temperaturbeständigkeit entsprechend der gewählten Paste gewährleistet.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur temperaturbeständigen Kontaktierung von elektrischen Leitern wie Drähten, Metallbändern und dgl.

mit elektrischen Leiterbahnen oder leitenden Schichten, insbesondere mit Dickschicht-Leiterbahnen auf Keramiksubstraten, vorzugsweise für hohen Temperaturen ausgesetzte oder beheizte Sensoren, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Leiterbahn oder leitende Schicht (2) zunächst eine elektrisch leitfähige Dickschichtpaste (3) aufgebracht wird, auf oder in welche anschließend im ungetrockneten Zustand der elektrische Leiter (4) aufgelegt oder eingebettet und danach bei einer.Temperatur ) ca, 5000C eingebrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbrennvorgang je nach Art der verwendeten Dickschichtpaste (3) im Temperaturbereich zwischen etwa 5000C und 16000C erfclgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Leiter (4) auf einer vorher bereits eingesinterten Leitschicht (2), vorzugsweise eine Leitschicht aus Platin, mittels einer nach dem Auflegen des Leiters (>4) separat eingebrannten Dickschichtpaste (3) mechanisch und elektrisch befestigt wird.