DE3512158A1 - Elektrisches bauelement sowie verfahren zum herstellen eines solchen bauelementes - Google Patents

Elektrisches bauelement sowie verfahren zum herstellen eines solchen bauelementes

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Description

Hanau, 28. März 1985 ZPL-eG/S
W. C. Heraeus GmbH
Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
"Elektrisches Bauelement sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauelementes"
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement mit einer Leiterbahn, insbesondere ein in Dickfilmtechnik hergestelltes Bauelement, mit mindestens einem mit der Leiterbahn an einer Kontaktstelle über ein elektrisch leitendes Mittel verbundenen Anschlußdraht, der an der Kontaktstelle von einem Flecken . aus glasigem Werkstoff bedeckt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Bauelementes mit einer Leiterbahn in Dickfilmtechnik, die mit einem Anschlußdraht verbunden wird.
Ein derartiges Bauelement, und zwar ein Meßwiderstand für ein Widerstandsthermometer, ist aus der DE-AS 26 15 473 bekannt.
Dieser Meßwiderstand u/eist einen keramischen Träger auf, auf den eine Widerstandsschicht aus Platin aufgebracht ist.
Die Widerstandsschicht wird mittels einer Anschlußelektrode kontaktiert, die mit der Leiterbahn im Bereich eines Bondfleckens durch Thermokompressionsschweißen angebracht wird. Diese gut leitende Verbindung wird anschließend mit einer elektrisch isolierenden Paste aus einer Glasurmasse, die keramische Bestandteile enthält, überzogen. Neben der Isolation bringt diese Glasurmasse eine mechanisch feste Verbindung mit sich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Bauelement zu schaffen, bei dem eine äußerst haltbare Kontaktstelle zwischen der Leiterbahn und einem Anschlußdraht geschaffen wird, die darüber hinaus einer hohen Arbeitstemperatur standhält, und die in einem Arbeitsgang kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das elektrisch leitende Mittel und der Flecken aus der gleichen Masse bestehen, die Metallteilchen und Glasteilchen enthält, und daß in diese Masse im Bereich der Kontaktstelle der Endbereich des Anschlußdrahtes wenigstens teilweise vollständig eingebettet ist. Durch diese Maßnahmen wird eine kostengünstig herstellbare Verbindung zwischen der Leiterbahn eines elektrischen Bauelementes und einem Anschlußdraht geschaffen, die bei geeigneter Wahl der Glasteilchen einer hohen Arbeitstemperatur standhält, die oberhalb von 600 0C liegen kann. Bereits die Masse, die die elektrisch leitende Verbindung zwischen Leiterbahn und Anschlußdraht bildet, schafft gleichzeitig eine mechanisch feste Verbindung, ohne daß hierzu weitere Maßnahmen erforderlich waren. Um eine gute Leitfähigkeit der Masse zu erhalten, sollte Metallpulver in einem Anteil von 40 bis 80 Gewichts-%, bevorzugt im Bereich von 70 Gewichts-%, in der eingebrannten Masse (Paste) vorliegen und bevorzugt in Form von Platinpulver oder Pulver aus einer Platin-Legierung. Gute Ergebnisse wurden mit einem eine mittlere Korngröße von 1,5 bis 5 μπι, bevorzugt 2 μπι, aufweisenden Metallpulver erzielt. Gut bewährt hat sich hierbei ein Glaspulver, das etwa 50 Gewichts-% PbO, etwa 10 Gewichts-% B O3 und etwa 40 Gewichts-% 5iO_ enthält. Eine solche Masse weist einen sehr hohen Erweichungspunkt auf, so daß Arbeitstemperaturen zulässig sind, dae oberhalb von 600 0C liegen. Durch einen höheren Gehalt an Blei- und Boroxid wird der Erweichungspunkt der eingebrannten Masse erniedrigt, während der Zusatz von Siliziumdioxid und Aluminiumoxid den Erweichungspunkt erhöhen, ebenso die Zähigkeit und die Wasserbeständigkeit des Glases. Weiterhin muß in Abhängigkeit vom geforderten Erweichungspunkt des Glases das Siebdrucköl
gegebenenfalls variiert M/erden, so daß sichergestellt ist, daß die organischen Bestandteile verflüchtigt sind, bevor das Glas verfließt; ansonsten entstehen poröse Lotschichten, die eine geringe Haftfestigkeit aufweisen. Durch einen geringen Zusatz an A'thyleellulose, Terpineol und Dibutylphthalat wird eine hochviskose, thixotrope Paste erhalten, die gut mittels Spritzen verarbeitet, d.h. auf die Lötstelle aufgebracht werden kann.
Eine besonders geeignete Masse wird durch Glasteilchen einer mittleren Korngröße von 5 bis 50 μιη, bevorzugt im Bereich von 8 μΓΠ, erreicht. Die Metallteilchen, die eine gegenüber der Korngröße der Glasteilchen geringere Korngröße aufweisen sollten, umgeben hierbei die Glasteilehen derart, daß eine gut leitfähige Paste erzielt wird, die außerdem eine hohe mechanische Belastbarkeit besitzt.
Die in den Ansprüchen angegebenen Gewichts-?o für Glasteilchen und Metallteilchen beziehen sich auf den Rückstand der Paste nach dem Einbrennen.
Bevorzugt wird ein vorstehend beschriebenes elektrisches Bauelement derart hergestellt, daß auf die Leiterbahn an der Kontaktierung'sstelle die Masse aufgebracht und in diese Masse der Endbereich des Anschlußdrahtes soweit eingedrückt wird, daß die Masse den Anschlußdraht umhüllt und daß anschließend die Masse eingebrannt wird. Der Anschlußdraht sollte so in die Masse eingebettet werden, daß der Endbereich des Anschlußdrahtes wenigstens teilweise vollständig eingebettet ist. Falls hierbei das Ende des Anschlußdrahtes aus der Kontaktstelle geringfügig herausragt, ist gewährleistet, daß der Anschlußdraht in der Masse gut eingebettet und damit sicher gehalten ist. Bevorzugt wird zur Herstellung der Leiterbahn des elektrischen Bauelements eine Dickfilmpaste verwendet, und diese Dickfilmpaste zusammen mit der Masse der Kontaktstelle in einem Arbeitsvorgang eingebrannt. Falls als Werkstoff für die Leiterbahn und die Masse eine Paste von im wesentlichen
gleicher Zusammensetzung verwendet wird, können Leiterbahn und Masse für die Kontaktstelle in einem Arbeitsvorgang auf das Trägersubstrat aufgebracht werden.
In der Zeichnung ist ausschnittsweise ein elektrisches Bauelement dargestellt, an dem ein Anschlußdraht gemäß der Erfindung angebracht ist. Auf einem Substratträger 1 ist hierzu eine Leiterbahn 2 aufgebracht. Im Bereich der vorgesehenen Kontaktstelle ist auf diese Leiterbahn 2 ein Lotflecken, der mit Metallteilchen durchsetzt ist, aufgebracht, in den der Anschlußdraht 4 mit seinem Endbereich eingebettet ist. Das Ende des Anschlußdrahtes 4 steht aus der Masse 3 geringfügig hervor, so daß hierdurch eine sichere Einbettung des Anschlußdrahtes in der Masse gewährleistet ist.
Beis piel:
Es wurde ein in Dickfilmtechnik hergestellter Meßwiderstand für ein Meßwiderstandsth ermomet er mit einem Platin-Anschlußdraht versehen. Hierzu wurde an der vorgesehenen Kontaktstelle ein Lotflecken folgender Zusammensetzung aufgebracht:
Platinpulver 62 %
Glaspulver (Blei-Bor-Silicat) 26,4 %
Äthy Ic ellulos e 1,8 Jo
Terpineol 8 %
Dibutylphthalat 1,8 % (alle Angaben in Gewichts-%)
In einer Mischung aus Terpineol und Dibutylphthalat wird bei ca. 50 0C unter intensiver Rührung langsam Äthylcellulose gelöst. In das so hergestellte Öl wird unter weiterem Rühren zunächst das Glaspulver und dann das Metallpulver eingearbeitet. Die erhaltene hochviskose, thixotrope Paste kann mittels Spritzen verarbeitet werden.
Das Platinpulver hatte eine durchschnittliche Korngröße von
2 2,1 μΐη und eine Oberfläche von 1,20 m /g, gemessen nach der BET-Methode mit einem AREA-meter Nr. 6500 der Firma Ströhlein & Co., Düsseldorf. Hierzu werden ein Adsorptionsgefäß mit der Probe (Platinpulver) und ein Vergleichsgefäß, beide aus Glas und von gleichem Volumen, bei Raumtemperatur mit Stickstoff von gleichem Druck (Atmosphärendruck) gefüllt. Anschließend werden beide Gefäße auf die Temperatur des flüssigen Stickstoffs gebracht. Die Adsorption des Stickstoffs an der Probe bewirkt zwischen Adsorption- und Vergleichsgefäß einen Druckunterschied. Aus dem Druckunterschied und der bei diesem Druck an der Probe adsorbierten Stickstoffmenge wird die Oberflächengröße der Probe ermittelt.
Das Glaspulver hatte eine durchschnittliche Korngröße von 8 μπι.
Die Lotstelle, in die zunächst der Platin-Anschlußdraht eingedrückt wurde, wurde in einem Durchlaufofen während einer Durchlaufzeit von 55 Minuten eingebrannt. In diesen Ofen wurde eine Peaktemperatur von 850 0C während 9 Minuten erreicht; die Temperatur im Durchlaufofen lag in der Aufheizzone und der Abkühlzone nicht unter 100 °C.
Die nach dem Einbrennen erhaltene Masse enthielt 70,1 Gewichts-?i Platin und 29,9 Gewichts-% Glas.
Der Meßwiderstand zeigte eine Arbeitstemperatur von 600 C, der Übergangswiderstand lag bei ·< IjQ. Das Bauelement wurde in einem Test 1500 mal bis 500 0C erhitzt und abgekühlt, wobei die Kontaktstelle eine Temperatur beim Abkühlen von 200 bis 300 C hatte; es war kein Ausfall zu beobachten.
Die erfindungsgemäß hergestellte Kontaktverbindung eignet sich insbesondere für Koi
elementen oder Sensoren.
sich insbesondere für Kontaktverbindungen zu kleinen Heiz-
Um Diffusionsprobleme und Änderungen des gegebenenfalls gewünschten Temperaturkoeffizienten zu vermeiden, muß die Metallart der Metallteilchen im Lot auf die Metallart der Metallisierung (Leiterbahn) abgestimmt sein. Bevorzugt wird daher beispielsweise bei Platinteilchen im Lot ein Platin-Anschlußdraht eingesetzt.

Claims (19)

Hanau, 28. März 1985 ^J ΙΔ ' JO ZPL-eG/S W.C. Heraeus GmbH Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung "Elektrisches Bauelement sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauelementes" Patenta ns prüch e
1. Elektrisches Bauelement mit einer Leiterbahn, insbesondere ein in Dickfilmtechnik hergestelltes Bauelement, mit mindestens einem mit der Leiterbahn an einer Kontaktstelle über ein elektrisch leitendes Mittel verbundenen Anschlußdraht, der an der Kontaktstelle von einem Flecken aus glasigem Werkstoff bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Mittel und der Flecken aus der gleichen Masse bestehen, die Metallteilchen und Glasteilchen enthält, und daß in diese Masse im Bereich der Kontaktstelle der Endbereich des Anschlußdrahtes wenigstens teilweise vollständig eingebettet ist.
2. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse Metallpulver in einem Anteil von 40 bis 80 Gewichts-% enthält.
3. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Metallpulver in einem Anteil von 50 bis 75 Gewichts-% vorliegt.
— 2 —
4. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Metallpulver in einem Anteil von etwa .70 Gewichts-% vorliegt.
5. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver ein Platin-Pulver oder ein Pulver aus einer Platin-Legierung ist.
6. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver eine mittlere Korngröße von 1,5 bis 5 μιη aufweist.
7. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver eine mittlere Korngröße von etwa 2 μρη aufweist.
8. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasteilchen aus Blei-Bor-Silicat bestehen.
9. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasteilchen 40 bis 90 Gewichts-% PbO, 5 bis 20 Gewichts-% B2O3 und 5 bis 55 Gewichts-% SiO2 enthalten.
10. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasteilchen 45 bis 60 Gewichts-% PbO, 7 bis 15 Gewichts-% B2O3 und 30 bis 45 Gewichts-% SiO2 enthalten.
11. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasteilchen etwa 50 Gewichts-% PbO, etwa 10 Gewichts-% B2O3 und etwa 40 Gewichts-% SiO- enthalten.
12. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 8 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasteilchen bis zu 8 Gewichts-^ CaO und/oder bis zu 6 Gewichts-?* Al2 03 enthalten.
13. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Glasteilchen 3 bis 50 μπι beträgt.
14. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Glasteilchen 5 bis 30 μιτι beträgt.
15. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Glasteilchen 8 μπι beträgt.
16. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, insbesondere nach Anspruch 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einzubrennende Masse (Paste) etwa 1,8 Gewichts-% Äthylcellulose, etwa 8 Gewichts-?o Terpineol und etwa 1,8 Gewichts-?o Dibutylphthalat enthält.
17. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Bauelementes mit einer Leiterbahn in Dickfilmtechnik, die mit einem Anschlußdraht verbunden wird, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Leiterbahn an der Kontaktierungssteile die einzubrennende Masse (Paste) aufgebracht und in diese Paste der Endbereich des Anschlußdrahtes soweit eingedrückt wird, daß die Paste den Anschlußdraht umhüllt und daß anschließend die Paste eingebrannt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Leiterbahn eine Dickfilmpaste und an der Kontaktstelle die Paste aufgetragen wird und anschließend Dickfilmpaste und Paste gleichzeitig eingebrannt vi/ e r d e η.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die Leiterbahn und die einzubrennende Paste eine Paste von im wesentlichen gleicher Zusammensetzung verwendet wird.
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