DE3703925C2 - Verfahren zur Herstellung der elektrischen und mechanischen Verbindung von plattenförmigen Körpern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung der elektrischen und mechanischen Verbindung von plattenförmigen KörpernInfo
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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 (6)
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.
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).
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