DE3703925C2

DE3703925C2 - Verfahren zur Herstellung der elektrischen und mechanischen Verbindung von plattenförmigen Körpern

Info

Publication number: DE3703925C2
Application number: DE3703925A
Authority: DE
Inventors: Luciano Benini
Original assignee: Marelli Autronica SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1987-02-09
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2007-02-10
Also published as: PT84261A; PT84261B; ES2004369A6; GB8702241D0; BR8700718A; IT1203535B; JPH09346U; FR2594286A1; BE1001888A3; CH670000A5; IT8667095A0; FR2594286B1; DE3703925A1; GB2186438B; US4771261A; GB2186438A; JPS62190627A; NL8700311A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der mechanischen und elektrischen Verbindung von plattenförmigen Körpern nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der deutschen Offen legungsschrift DE 33 16 017 A1. Insbesondere ist in dieser Druckschrift ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen Leiterbahnen, die auf Oberflächen der Substrate von Multisubstratschaltungen vorgesehen sind, be schrieben, wobei die miteinander elektrisch zu verbindenden Leiterbahnen in unterschiedlichen Ebenen liegen. Für eine größere Freiheit in der Wahl der Lage der zu kontaktierenden Stellen der verschiedenen Leiterbahnen wird vorgesehen, daß an oder im Verlauf der Leiterbahn einer Ebene an der späteren Kontaktstelle zu einer Leiterbahn einer anderen Ebene ein Lotmetall vorgesehen ist, das durch Hitzeeinwirkung dieser Lotmetallstellen mit dem Ende von zumindest einer Kontaktstelle von zumindest einer andere Leiterbahnen führenden elektrisch leitenden Bohrung verschmilzt.

Die Fig. 1 bis 3 der beigefügten Zeichnungen zeigen einen Drucksensor einer Bauart mit piezoelektrischen Widerstandsauf nehmerelementen, die durch Dickfilmwiderstände gebildet werden. Die dargestellte bekannte Vorrichtung beinhaltet hauptsächlich einen ersten kreisförmigen plattenförmigen Körper 1, der durch eine Scheibe mit sehr dünnem Keramikmaterial gebildet wird, und einen zweiten plattenförmigen Körper 2, welcher ebenfalls im wesentlichen kreisförmig ist und aus Keramikmaterial besteht. Die Oberfläche des zweiten plattenförmigen Körpers 2, welche dem ersten plattenförmigen Körper 1 gegenüberliegt (Fig. 2), weist einen ringförmigen umlaufenden Vorsprung 2a auf. Der erste plattenförmige Körper 1 trägt auf seiner Oberfläche, welche dem zweiten plattenförmigen Körper 2 gegenüberliegt, einen Dick filmwiderstand R, der mittels Siebdruckverfahren aufgebracht wurde, Leiterbahnen P, die die Widerstände R miteinander ver binden, und schmale leitende Bereiche E, die am Umfang des ersten plattenförmigen Körpers angeordnet sind. Die Leiterbahnen P und die leitenden Bereiche E werden ebenfalls mittels Sieb druckverfahren auf den ersten plattenförmigen Körper gemäß dem Dickfilmauftragungsverfahren aufgebracht. Wie in Fig. 2 dar gestellt, weist der zweite plattenförmige Körper 2 durchführende Öffnungen für eine elektrische Verbindung F auf, die in ent sprechender Lage zur Anordnung der Bereiche E des ersten plattenförmigen Körpers 1 angeordnet sind. Schmale Bereiche von leitendem Dickfilmmaterial, welche mit I bezeichnet sind, werden mittels Siebdruckverfahren auf der unteren Oberfläche 2b des zweiten plattenförmigen Körpers 2 rund um die Umrandungen der Ausnehmungen F aufgebracht. Leiterbahnen Q werden ebenfalls im Dickfilmverfahren auf die Oberfläche 2b des zweiten platten förmigen Körpers 2 aufgebracht.

Wie aus der teilweisen Schnittdarstellung von Fig. 4 zu ersehen ist, weist jede Ausnehmung F eine dünne metallische Beschichtung C an ihren Wandungen auf, die mit den entsprechenden leitenden Bereichen I an der unteren Oberfläche 2b des zweiten platten förmigen Körpers 2 verbunden sind.

Der Herstellungsprozeß zur Fertigung des in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Sensors, wie er bislang Anwendung fand, umfaßt zunächst das Aufbringen der Leiterbahnen P und der leitenden Flächenbereiche E auf dem ersten plattenförmigen Körper 1 und auf dem zweiten plattenförmigen Körper 2 mittels des Siebdruck verfahrens und dann das Aufbringen der Dickfilmwiderstände R wiederum mittels des Siebdruckverfahrens. Die Leiterbahnen Q und die Bereiche I werden dann mittels des Siebdruckverfahrens auf der unteren Oberfläche 2b des zweiten plattenförmigen Körpers 2 aufgebracht, und gleichzeitig werden die Ausnehmungen F metalli siert. Der erste plattenförmige Körper wird dann an dem heraus ragenden Teil 2a des zweiten plattenförmigen Körpers 2 auf folgende Weise fixiert. Eine dünne Schicht glasartigen Klebers 4 wird mittels Siebdruckverfahren auf dem Vorsprung 2a des zweiten plattenförmigen Körpers 2 aufgebracht, diese Schicht weist Öffnungen 4a auf, die um den Rand der Ausnehmungen F angeordnet sind. Eine entsprechende Schicht glasartigen Klebers 5 wird mittels Siebdruckverfahren auf dem ringförmig umlaufenden Teil auf der Oberfläche des ersten plattenförmigen Körpers 1, welche später dem zweiten plattenförmigen Körper 2 gegenüber liegt, aufgebracht. Der erste plattenförmige Körper 1 wird dann auf den zweiten plattenförmigen Körper 2 gelegt, wobei die sich entsprechenden Schichten 5 und 4 miteinander in Kontakt gebracht werden. Die Kleberschichten werden dann in einem Ofen derart erhitzt, daß sie ineinander laufen und eine sichere und zuver lässige Fixierung des ersten plattenförmigen Körpers auf dem zweiten plattenförmigen Körper bewirken. Wenn diese Verfahrens schritte ausgeführt sind, wird eine vorbestimmte Menge leitenden Harzes, in Fig. 5 mit D bezeichnet, mittels einer Spritze in die Ausnehmungen F eingebracht. Nach seiner Polymerisierung, beispielsweise in einem Ofen, bildet das eingebrachte leitende Harz die elektrische Verbindung zwischen den leitenden Bereichen E, welche auf dem ersten plattenförmigen Körper aufgebracht sind, und der leitenden Beschichtung C der Wandungen der Aus nehmungen F und verbindet damit die Widerstände R, welche als piezoelektrische Widerstandsaufnehmer dienen, mit den leitenden Bereichen, welche auf die untere Oberfläche des zweiten platten förmigen Körpers 2 aufgebracht werden. Diese Bereiche können dann mit elektronischen Schaltkreisen verbunden werden, um die Änderungen in den Widerstandswerten der Widerstände aufzu zeichnen.

Bei dem zuvor beschriebenen Herstellungsprozeß ist die Verfah rensweise zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den leitenden Bereichen E des ersten plattenförmigen Körpers mit der metallischen Beschichtung der Verbindungsausnehmungen F des zweiten plattenförmigen Körpers keineswegs zufriedenstellend.

Vielmehr sind die verwandten leitenden Harze, die normalerweise eine organische Matrix aufweisen, mit der anorganischen Metall beschichtung der Ausnehmungen F des zweiten plattenförmigen Körpers und dem anorganischen Material, welches die leitenden Bereiche E des ersten plattenförmigen Körpers 1 bildet, in einer nicht absolut sicheren und festen Weise verbunden. Darüber hinaus ist das Einspritzen des leitenden Harzes in die Ausneh mungen nicht sehr leicht und verlängert die Gesamtherstellungs zeit des Sensors um einen nicht außer acht zu lassenden Teil.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend zu verbessern, daß eine mechanische und elektrische Verbindung von zwei Körpern schneller, sicherer und zuverlässiger ermöglicht wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den folgenden Unteransprüchen 2 bis 6.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung beispielsweise eines Drucksensors ermöglicht die Herstellung von sichereren und zuverlässigeren mechanischen und elektrischen Verbindungen als dies unter Heranziehen des Verfahrens gemäß dem Stand der Technik möglich war.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung unter Bezugnahme auf den Stand der Technik näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: die schon beschriebene perspektivische Ansicht eines Drucksensors, auf den das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden kann,

Fig. 2: eine bereits beschriebene perspektivische Explosions darstellung des Drucksensors gemäß Fig. 1,

Fig. 3: eine bereits beschriebene perspektivische Ansicht des Sensors gemäß Fig. 1 von unten,

Fig. 4 und 5: schon beschriebene vergrößerte Teilschnitte, die den ersten plattenförmigen Körper und den zweiten plattenförmigen Körper des Sensors gemäß Fig. 1 vor und nach ihrer mechanischen und elektrischen Verbindung gemäß eines Verfahrens nach dem Stand der Technik darstellen, und

Fig. 6 und 7: teilweise Schnittdarstellungen ähnlich denen der Fig. 4 und 5, die den ersten platten förmigen Körper und den zweiten platten förmigen Körper des Sensors gemäß Fig. 1 vor und nach ihrer Verbindung gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung darstellen.

Zur Herstellung eines Drucksensors oben beschriebener Bauart wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein erster platten förmiger Körper 1 und ein zweiter plattenförmiger Körper 2 zunächst im wesentlichen in gleicher Weise wie zuvor beschrie ben, vorbereitet. Im einzelnen werden die Leiterbahnen P und die Bereiche E zuerst auf dem ersten plattenförmigen Körper 1 mittels einer Dickfilmtechnik aufgebracht. Im folgenden Ver fahrensschritt wird dieses Teil in einem Ofen erhitzt. Darauf werden die Dickfilmwiderstände R im Siebdruckverfahren auf den ersten plattenförmigen Körper aufgebracht. Hierauf folgt eine erneute Erhitzung im Ofen. Dann wird die Schicht des glasartigen Klebers 5 mittels des Siebdruckverfahrens aufgebracht, die kreisförmigen oder elliptischen Bereiche 5a, die den leitenden Bereichen E entsprechen, sind freigelassen. Ähnlich werden die Leiterbahnen Q und die leitenden Bereiche I zunächst im Sieb druckverfahren auf den zweiten plattenförmigen Körper 2 auf gebracht und die Wandungen der Ausnehmungen F werden dann metallisiert. Anschließend wird der zweite plattenförmige Körper in einem Ofen erhitzt. Im nächsten Verfahrensschritt wird die Schicht des glasartigen Klebers 4 auf dem ringförmigen Vorsprung 2a aufgetragen, während die Bereiche 4a und die Ränder der Aus nehmungen F freigelassen werden. Nach dieser Verfahrensfolge weisen sowohl der erste plattenförmige Körper 1 wie auch der zweite plattenförmige Körper 2 die entsprechenden Ausgestal tungen, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, auf.

Erfindungsgemäß werden vor dem Zusammenfügen des ersten platten förmigen Körpers und des zweiten plattenförmigen Körpers leitende Beschichtungen mittels Siebdruckverfahren auf den ringförmigen Vorsprung 2a des zweiten plattenförmigen Körpers bis in die Öffnungen 4a, welche beim Klebstoffauftragen nicht mit Kleber 4 versehen wurden, aufgebracht. Eine derartige Beschichtung ist beispielsweise in Fig. 6 dargestellt, wo sie mit W bezeichnet wird. Diese Schicht besteht vorzugsweise aus einer leitenden Dickfilmpaste, die Metallpartikel in einer glasartigen Masse beinhaltet. Jede Beschichtung wird durch Ablage einer geringen Menge einer derartigen leitenden Paste auf dem oberen Rand der Ausnehmung F bewirkt, während gleichzeitig ein Unterdruck am unteren Ausgang dieser Ausnehmung angelegt wird, so daß zumindest einiges von diesem Material entlang der Wandungen in die Ausnehmung selbst gesaugt wird. Die Schicht W erstreckt sich somit über die Kanten des oberen Ausgangs der Ausnehmung F und in die Ausnehmung selbst hinein, wobei sie gleichzeitig die Metallschicht C teilweise überzieht. Nach der Ablage auf dem zweiten plattenförmigen Körper 2 werden die leitenden Schichten W getrocknet, indem sie beispielsweise für 20-30 Minuten circa 150°C ausgesetzt werden.

Tests haben gezeigt, daß die optimale Dicke (nach der Trocknung) der unterschiedlichen Teile und Schichten, welche auf dem ersten plattenförmigen Körper 1 und auf dem zweiten plattenförmigen Körper 2 aufgebracht werden, in den folgenden Bereichen liegen:

- Dicke des leitenden Elements E: 5-15 µm, vorzugsweise 10 -12 µm;
- Dicke der ersten Kleberschicht 5, welche auf dem ersten plattenförmigen Körper 1 abgelegt wird: 15-30 µm, vorzugsweise 20-25 µm;
- Dicke der zweiten Klebstoffschicht 4, die auf dem zweiten plattenförmigen Körper 2 abgelegt wird: 5-15 µm, vorzugsweise 10-12 µm;
- Dicke der leitenden Schichten W: 15-40 µm.

Es wurde ebenfalls festgestellt, daß die besten Ergebnisse er zielt werden, wenn die Summe der Dicken der leitenden Elemente E und der Schichten W um einen Betrag zwischen 4 und 25 µm größer ist als die Summe der Kleberschichtdicken 4 und 5.

Nach dem Trocknen kann der erste plattenförmige Körper 1 auf den zweiten plattenförmigen Körper 2 derart aufgebracht werden, daß die sich entsprechenden Schichten des glasartigen Klebers 4 und 5 miteinander decken und der ringförmige Kragenteil der leiten den Schichten W in Kontakt mit den entsprechenden leitenden Be reichen E des ersten plattenförmigen Körpers 1 tritt.

Der zweite plattenförmige Körper und der darauf fixierte erste plattenförmige Körper werden dann in einen Ofen eingebracht, bei dem sie auf derartige Temperaturen erhitzt werden, daß ein Ein schmelzen der glasartigen Kleberstreifen 4 und 5 bewirkt wird, die zusammenlaufen und eine stabile Verbindung durch das Sintern der Materialien, aus denen die leitenden Schichten W und die leitenden Bereiche E bestehen, bewirkt. Die so erhaltene Ver bindung bildet eine glasartige Masse und ist daher äußerst stabil und sicher.

Unter Heranziehung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher nicht länger notwendig, leitendes Harz einzuspritzen und nachfolgend dieses zu polymerisieren. Vielmehr sowohl vom mechanischen Standpunkt als auch vom elektrischen Standpunkt ist die Verbindung zwischen den leitenden Bereichen E des ersten plattenförmigen Körpers 1 und der metallischen Beschichtung C des zweiten plattenförmigen Körpers 2 wesentlich sicherer und zuverlässiger. Das Auskleiden der Wandungen der Verbindungsaus nehmungen F mit der metallischen Schicht beim erfindungsgemäßen Verfahren ist wesentlich weniger kritisch, da es wegen des Ein saugens des Materials, das die Schichten W in den Ausnehmungen F während der Ablage dieser Schichten bildet, nicht länger unbe dingt notwendig ist, daß die leitende Schicht C in den Ausneh mungen sich fehlerfrei über die gesamte axiale Länge der Aus nehmungen erstreckt.

Die Ablage der leitenden Schicht W mittels der Siebdrucktechnik kann sehr leicht und schnell ausgeführt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung der mechanischen und elektrischen Verbindung eines ersten (1) und eines zweiten (2) platten förmigen Körpers, wobei der erste Körper (1) zumindest ein leitendes Element (E) an dessen Oberfläche, die dem zweiten Körper (2) gegenüberliegen soll, trägt und der zweite Kör per (2) zumindest eine durchgehende Ausnehmung (F) zur elektrischen Verbindung zwischen seiner Oberfläche (2a), die dem ersten Körper (1) gegenüberliegt, und der gegen überliegenden Oberfläche (2b) besitzt,
welche zumindest teilweise mit einer elektrisch leitenden Schicht (C) versehen ist, die zur elektrischen Verbindung mit dem leitenden Element (E) des ersten Körpers (1) dient,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Aufbringen sich entsprechender Schichten glasartigen Klebers (5, 4) auf die sich gegenüberliegenden Oberflächen teile des ersten und zweiten Körpers (1, 2),
Aufeinanderlegen der Körper (1, 2), indem die sich entsprechenden Schichten des Klebers (5, 4) in Kontakt zueinander gebracht werden und Erhitzen der Kleberschichten (5, 4), so daß sich diese miteinander verbinden,
wobei vor dem Aufeinanderlegen der Körper (1, 2) eine elektrisch leitende, glasartige Schicht (W) auf der Ober fläche (2a) des zweiten Körpers (2), die dem ersten Körper (1) gegenüberliegen soll, unmittelbar neben der zumindest einen Ausnehmung (F) aufgebracht wird und sich die Schicht (W) zumindest teilweise in die Ausnehmung (F) erstreckt und mit der in der Ausnehmung (F) befindlichen Schicht (C) in Kontakt tritt,
wobei die Körper dann derart zusammengelegt werden, daß sich die entsprechenden Klebstoffschichten (5, 4) gegenüber liegen, und die leitende Schicht (W) des zweiten Körpers (2) in Kontakt mit dem entsprechenden leitenden Element (E) des ersten Körpers (1) tritt, und
wobei die Körper dann erhitzt werden, um das gleichzeitige Ineinanderlaufen der Kleberschichten (5, 4) und das Sintern der leitenden Schicht (W), welche auf den zweiten Körper (2) aufgebracht wurde, und das innige Verbinden dieser Schicht mit dem leitenden Element (E) des ersten Körpers (1) zu bewirken.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Schicht (W) mittels Dickfilmtechnik auf gebracht wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Kleberschicht (5), welche auf dem ersten Körper (1) abgelegt ist, zwischen 15 und 30 µm be trägt, die Dicke der zweiten Kleberschicht (4), welche auf dem zweiten Körper (2) abgelegt ist, zwischen 5 und 15 µm beträgt, die Dicke des zumindest einen leitenden Elements (E) des ersten Körpers (1) zwischen 5 und 15 µm beträgt und die Dicke der zumindest einen leitenden Schicht (W) zwi schen 15 und 40 µm beträgt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kleberschicht (5) eine Dicke zwischen 20 und 25 µm, und die zweite Kleberschicht (4) eine Dicke zwischen 10 und 12 µm aufweist und das zumindest eine leitende Element (E) eine Dicke zwischen 10 und 12 µm aufweist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Dicke des zumindest einen leitenden Elements (E) und der zumindest einen Beschichtung (W) größer ist als die Summe der Dicken der Klebstoffschichten (4, 5).

6. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Dicken des zumindest einen leitenden Elements (E) und der zumindest einen Schicht (W) um 4 bis 25 µm größer ist als die Summe der Dicke der Kleber schichten (4, 5).