DK173364B1 - Termistor, fortrinsvis beregnet til temperaturmåling, samt fremgangsmåde til fremstilling af en sådan termistor - Google Patents

Description

i DK 173364 B1

Termistor, fortrinsvis beregnet til temperaturmåling, samt fremgangsmåde til fremstilling af en sådan termistor

Den foreliggende opfindelse angår en termistor, fortrins-5 vis beregnet til temperaturmåling omfattende et bærelegeme, på hvilket indbyrdes elektrisk forbundne termistorplader er placeret i elektrisk kontakt med elektrodeflader. Termistoren er enkel i konstruktion og opbygning og er billig af fremstille. Konstruktionen af termistoren 10 muliggør en effektiv trimning, hvilket giver målinger med stor præcision. Disse karakteristiske træk gør termistoren ifølge opfindelsen særlig egnet til brug i produkter til engangsbrug, såsom medicinske termometre til engangs-brug.

15

Opfindelsen angår tillige en fremgangsmåde til fremstilling af en termistor.

En termistor er en halvleder, hvis modstandsværdier vari-20 erer med dens temperatur. For at muliggøre en anvendelse af termistorens modstandsegenskaber er den forsynet med kontakter, hvormed den kan forbindes til et elektrisk kredsløb. Modstanden og temperaturfølsomheden af termistoren bestemmes ved sammensætningen af materialet i 25 halvlederen, de fysiske dimensioner af termistorens aktive stof samt af temperaturen.

Det forhold, at modstanden afhænger af de fysiske dimensioner af materialet i termistoren, gør det muligt at re-30 gulere den ohmske værdi af termistoren ved at fjerne eller afskære noget af materialet. Modstanden af termistoren bestemmes også af arealet af kontaktfladerne på tér-mistormaterialet, hvilket betyder, at den ohmske værdi af termistoren kan justeres ved at fjerne eller afskære no-35 get af kontaktfladen på termistorens materiale.

2 DK 173364 B1

Der kendes forskellige typer af termistorer. I GB-A-1470630 beskrives der en termistor fremstillet ved hjælp af en tykfilmsproces. Et første lag af et kontaktmateria-5 le påføres på et underlag med skabelontryk, idet der dannes et antal elektrodepar. Efter brænding trykkes et andet lag af termistormateriale ovenpå det første til dannelse af en termistorplade ovenpå elektrodeparret. Efter fornyet bøjning tilskæres termistoren ved, at en del af 10 materialet fjernes ved hjælp af en laser. Underlagspladen opdeles til separate termistorelementer og indkapsles i et beskyttelseslag af passende materiale.

GB-A-1287930 beskriver en termistor bestående af et før-15 ste lag af kontaktmateriale, et andet lag af termistormateriale, der fuldstændig indkapsler det første lag, og to elektrodeflader placeret parallelt på termistorlaget.

GB-A-1226789 viser en lignende termistor placeret på en 20 underlagsplade, som består af en termistorplade mellem en nedre og en øvre elektrodeoverflade. Elektrodeoverfladerne strækker sig i modsatte retninger på underlagspladen med henblik på at danne kontaktflader til forbindelse til et elektrisk kredsløb.

25

Ingen af de tidligere kendte termistorer er konstrueret således at de på enkel og meget fleksibel måde kan tilpasses til vidt forskellige anvendelsesområder under samtidig bibeholdelse af muligheden for høj præcision ved 30 hjælp af en nøjagtig tilskæring. Dette er væsentligt for produktion og kalibrering af termistorerne med tilstrækkelig små omkostninger til at de bliver anvendelige som engangsprodukter, såsom engangstermometre.

35 Formålet med opfindelsen er således at fremstille en termistor, som specifikt er konstrueret til temperaturmåling

I I

3 DK 173364 B1 og som er egnet til engangsbrug, idet den samtidig skal besidde stor nøjagtighed og stor fleksibilitet i anvendelsen.

5 Termistoren må derfor kunne fremstilles meget effektivt med en høj grad af automatisering og ved en hurtig produktionsproces uanset de stramme krav til nøjagtighed.

Den absolutte modstand af termistoren må kunne modificeres inden for vide rammer for at gøre det muligt for ter-10 mistorerne af arbejde inden for forskellige temperaturområder, samtidig med, at den samme rationelle produktionsmetode og kalibreringsprocedure kan bibeholdes.

Den foreliggende opfindelse opfylder disse formål ved 15 konstruktionen af en termistor, som er ejendommelig ved at omfatte i det mindste to termistorplader placeret ved siden af hinanden på bærelegemet og indbyrdes serieforbundet, hvilke plader er adskilt fra hinanden ved hjælp af en fortrinsvis langstrakt spalte, og hvilke pladers 20 overflader er dækket af øvre elektrodeflader, idet termistorpladerne er placeret inden for et begrænset område på bærelegemet, således at det samlede aggregatareal af termistorpladerne er konstant, mens termistorens samlede modstand afhænger af størrelsen af hver termistoroverfla-25 de defineret ved placeringen af spalten/-erne inden for bærelegemets begrænsede areal.

Fremgangsmåden, ved hvilken termistoren fremstilles, er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at termistoren frem-30 stilles ved en tykfilmsproces, idet der ved skabelontrykning på et begrænset areal af et bærelegeme anbringes et første lag af kontaktmateriale til dannelse af en eller flere nedre elektrodeflader, et andet lag af termistormateriale til dannelse af termistorplader placeret på de 35 nedre elektrodeflader og adskilt fra hinanden ved hjælp af en fortrinsvis langstrakt spalte og et tredie lag af 4 DK 173364 B1 kontaktmateriale til dannelse af en eller flere øvre elektrodeflader, som overvejende dækker termistorpladerne, idet de øvre elektrodeflader tilskæres til en forudbestemt modstandsværdi. Andre fordelagtige træk i henhold 5 til opfindelsen vil fremgå af den følgende beskrivelse af udførelsesformer for opfindelsen og af de uselvstændige krav.

Konstruktionen af termistoren med to eller flere termi-10 storplader adskilt ved hjælp af en spalte og serieforbundet indenfor et begrænset areal på bærelegemet medfører den fordel, at den totale modstand af termistoren kan varieres fra en meget høj maksimalværdi til en lav minimumsværdi alene ved at ændre placeringen af spalten/erne 15 på bærelegemet.

Delmodstanden af hver termistorplade er omvendt proportional med dens areal, og den totale modstand af termistoren er summen af delmodstandene af de serieforbundne ter-20 mistorplader. Desto større forskellen er i størrelse mellem termistorpladerne, dvs. jo længere ude mod kanten af det begrænsede areal spalten er placeret, desto højere vil den ohmske modstand være af termistoren. Den laveste ohmske modstand opnås, når termistorpladerne har samme 25 størrelse. En yderligere forøgelse af den totale modstand kan opnås ved at forsyne termistoren med mere end to termistorplader.

Størrelsen af de øvre elektrodeoverflader justeres til 30 størrelsen af termistorpladerne, hvilket betyder, at uanset placeringen af spalten eller spalterne på bærelegemet, er den samlede øvre elektrodeoverflade konstant.

Dette forhold betyder, at det totale areal, som er til rådighed til trimning, forbliver uændret på trods af va-35 riationer i placeringen af spalten, hvilket gør det mu- 1 i DK 173364 B1 I i - 5 * | ! ligt at anvende den samme effektive trimningsproces til termistorer med forskellige modstandsegenskaber.

Termistoren, som er defineret i kravene, kan anvendes til 5 måling af temperaturer inden for forskellige temperatur-områder. Disse træk medfører stor fleksibilitet og gør det muligt at udstrække dens anvendelsesområde ved en simpel ændring i produktionsprocessen, fx ved, at man ændrer skabelonen i skabelontrykkeprocessen, samtidig med 10 at den samme effektive produktionsmetode og høje nøjagtighed bibeholdes.

En yderligere fordel ved termistoren ifølge den foreliggende opfindelse er muligheden for at udvælge de øvre 15 elektrodeoverflader, på hvilke termistoren trimmes afhængigt af den fordrede nøjagtighed af termistoren. Fx i en termistor med to termistorplader med øvre elektrodeoverflader, af hvilke den ene er større end den anden, vil virkningen af trimningen af den ene overflade afvige fra 20 virkningen af trimningen af den anden, dvs. den procentuelle ændring i modstanden varierer afhængigt af, hvilken overflade, der trimmes. Hvis den største af overfladerne trimmes, vil der opnås en større nøjagtighed. Hvor der kræves stor præcision, kan den mindste overflade for-25 trinsvis råtrimmes, og den større overflade kan fintrim mes. Når den mindre overflade trimmes, kan trimningshastigheden i stedet forøges, hvilket betyder, at en rå trimning af den større overflade og en fin trimning af den mindre, medfører en hurtigere, men mindre nøjagtig 30 trimning. Andre kombinationer i trimningen er også mulige indenfor rammerne af opfindelsen, såsom kun én trimning i en af overfladerne eller adskillige trimninger i kun én af overfladerne.

35 Forbindelsen af termistoren til et elektrisk kredsløb gennemføres ved at "forbinde elektriske ledere direkte til 6 DK 173364 B1 elektrodeoverfladerne eller til specielle kontaktflader, som er forbundet til elektrodeoverfladerne. Lederne kan forbindes på forskellige måder til elektrodeoverflader-ne/kontaktoverfladerne, såsom ved limning, lodning, bon-5 ding eller ved fjederkontakt. De specielle kontaktoverflader har en sådan udstrækning, at de ikke er i direkte kontakt med termistorpladerne, hvilket har den fordel, at det reducerer risikoen for opvarmning af materialet i termistoren, hvorved en ændring af materialets egenskaber 10 kan finde sted, når lederne forbindes, fx ved lodning.

En udførelsesform for opfindelsen og modifikationer af denne skal beskrives mere detaljeret i det følgende under henvisning til tegningen, på hvilken: 15

Fig. 1 viser en perspektivisk afbildning af en første udførelsesform af en termistor inden trimning, fig. 2 a-e viser de forskellige lag af termistoren ifølge 20 udførelsesformen i henhold til fig. 1, fig. 3 viser et antal termistorer ifølge fig. 1 på en underlagsplade, 25 fig. 4 a viser en anden udførelsesform for termistoren, og fig. 4 b viser et snit gennem termistoren ifølge fig. 4 a, 30 fig. 5 a og b viser på samme måde som fig. 4 a og b en tredie udførelsesform af termistoren inden den er forsynet med trimningssnit og et beskyttende polymerlag, 35 fig. 6 a og b viser på samme måde som fig. 4 a og b en fjerde udførelsesform for termistoren, og i i 7 DK 173364 B1 fig. 7 a og b viser på samme måde som fig. 4 a og b en femte udførelsesform for termistoren uden trimningssnit og polymerlag.

5

Fig. 1 viser en termistor ifølge opfindelsen, som fortrinsvis er fremstillet ved en tykfilmsproces. På en ik-ke-ledende underlagsplade 8, se fig. 3, fortrinsvis af aluminiumoxyd og med anvisninger til ca. 200 bæreenheder 10 10, påføres et første lag af et ledende kontaktmateriale ved en skabelontrykkeproces, hvorved der dannes en første elektrodeoverflade 12 eller bundleder på hvert bærelegeme 10, hvilket tydeligere er vist på fig. 2 a. Underlagspladen tørres til fjernelse af opløsningsmidler i trykket, 15 hvorefter en brænding finder sted i en tunnelovn.

Fig. 2 b viser bærelegemet 10 med et andet skabelontrykt lag af termistorpasta, som danner to adskilte termistorplader 14,16, mellem hvilke der er dannet en åben spalte 20 18. Overfladearealet af termistorpladerne 14,16 er defi neret således, at de ydre kanter af pladerne 20 befinder sig uden for de ydre kanter 22 af den første elektrodeflade bortset fra spalten 18 mellem pladerne. Underlagspladen med de to lag af kontakt- og termistormateriale 25 tørres nu igen.

Fig. 2 c (se også fig. 1) viser, hvorledes et yderligere lag af ledende kontaktmateriale er blevet skabelontrykt på underlagspladen, således at en anden elektrodeplade 30 24,26 dannes på hver af termistorpladerne 14,16, idet disse elektrodeoverflader danner den øvre leder. Disse elektrodeoverflader 24,26 er konstrueret således, at deres ydre konturer 28 befinder sig inden for den ydre kant 20 af termistorpladerne bortset fra en del af hver elek-35 trode, som strækker sig ud over termistorpladerne 14,16 8 DK 173364 B1 og dér danner en kontaktoverflade 30,32, som er i direkte kontakt med bærelegemet 10.

For at forhindre en kortslutning mellem elektrodeoverfla-5 derne, dvs. mellem den nedre og den øvre leder, er det væsentligt, at den øvre leder 24,26 er mindre i areal end termistorpladerne 14,16 og for termistorpladerne 14,16 at være større end den nedre leder 12.

10 Underlagspladen tørres nu igen og brændes derefter i en tunnelovn.

Justering af modstanden af termistorerne gennemføres ved en trimning af de øvre elektrodeoverflader 24,26 af ter-15 mistoren (se fig. 2 d). Trimningen udføres fortrinsvis i to trin, en grovtrimning og en fintrimning. I udførelsesformen vist på fig. 1 og 2 på termistoren er en grovtrimning 34 blevet udført i én, 24, af de to elektrodeoverflader, fortrinsvis i den mindste, og en fintrimning 36 20 er udført i den anden elektrodeoverflade 26, dvs. den største.

Fig. 2 d viser, hvorledes dele af de to øvre elektrodeoverflader er blevet fjernet ved grovtrimning 34 i form 25 af et antal snit og fintrimningen 36 i form af et antal trimningshuller.

Efter afslutning af trimningen af termistoren coates denne bortset fra kontaktoverfladen 30,32 med et polymerlag 30 38 ved en skabelontrykkeproces, som hjælper til beskyt telse af termistoren og især modvirker en ældning af denne. Det beskyttende polymerlag er vist på fig. 2 e.

Fig. 4 a og 4 b viser en termistor med en alternativ ud-35 formning af placeringen af kontaktfladerne 30,32. På de øvre elektrodeoverflader 24,26 er der anbragt et isole-

I I

9 DK 173364 B1 ringslag 40, i hvilket der er en åbning 42,44 til hver af de to elektrodeoverflader 24,26. På isoleringslaget er de to kontaktoverflader 30,32 placeret på hver sin termistorplade 14,16 med forbindelser 46,48 gennem åbningerne 5 42,44 til elektrodeoverfladerne 24,26. Trimningen gennem føres her ved en grovtrimning 34 af den største elektrodeoverflade og fine trimningshuller i den mindre elektrodeoverflade.

10 Fig. 5 a og 5 b viser en udformning af termistoren med mere end to, i realiteten fire, termistorplader. Bærelegemet 10 er forsynet med nedre elektrodeoverflader 12,13, på hvilke fire termistorplader 14,15,16,17 er placeret i par. Tre øvre elektrodeoverflader 24,25,26 er placeret på 15 termistorpladerne, idet de to yderste 24,26 er forbundet til de to kontaktoverflader 30,32. Den midterste, øvre elektrodeoverflade 25 forbinder de to midterste termistorplader sammen i serie.

20 Fig. 6 a og 6 b viser en termistor med to nedre elektrodeoverflader 12,13, som er helt dækket ved hjælp af to termistorplader 14,16. Termistoren omfatter kun en øvre elektrodeoverflade 24, i hvilken den grove og fine trimning udføres. Hele "oversiden af bærelegemet dækkes deref-2 5 ter med et isoleringslag 40. De to kontaktoverflader 30,32 er placeret på undersiden af bærelegemet 10 og forbundet til de to ydre elektrodeoverflader 12,13 gennem forbindelsesåbninger 42,44 i bærelegemet 10.

30 Fig. 7 a og b viser en anden udførelsesform for termistoren, som består af tre termistorplader 14,15,16 placeret på tre nedre elektrodeoverflader 11,12,13. En, 11, af de to yderste af disse tre nedre elektrodeoverflader strækker sig uden for termistorpladen 14 til dannelse af en af 35 de to kontaktoverflader 30. De andre to nedre elektrodeoverflader 12,13 har en sådan udstrækning, at de kan dan- 10 DK 173364 B1 ne kontakt med oversiden af den tilstødende termistorplade 14,15 og dér danne en øvre elektrodeoverflade 24,25, idet de to forlængede elektrodeoverflader samtidig forbinder de tre termistorplader 14,15,16 i serie. På den 5 tredie og yderste termistorplade 16 er der placeret en tredie øvre elektrodeoverflade 26, som strækker sig uden for termistorpladen 16 til dannelse af en anden kontaktoverflade 32, som hviler på bærelegemet 10.

10 Opfindelsen er på ingen måde begrænset til de ovenfor nævnte udførelsesformer og der kan tænkes adskillige modifikationer inden for kravenes rammer. Fx kan trimningen udføres i enhver eller i flere af de øvre elektrodeoverflader eller trimningsoverfladerne kan gives forskellige 15 ydre former. Antallet af termistorplader kan variere fra to og opefter. På lignende måde kan det totale antal af elektrodeoverflader, øvre og nedre, være tre eller flere for at muliggøre en forbindelse af termistorpladerne i serie, idet en eller flere af dem udgør en nedre elektro-20 deoverflade og en eller flere repræsenterer øvre overflader.

Elektrodeoverfladerne og termistorpladerne kan have andre udformninger på bærelegemet end den kvadratiske eller 25 rektangulære. De kan fx være cirkulære, således at termistorpladerne og elektrodeoverfladerne er udformet som koncentriske cirkler med én eller flere cirkulære spalter derimellem.

30 i i

Claims (16)

1. Termistor, fortrinsvis beregnet til temperaturmåling 5 omfattende et bærelegeme (10) på hvilket indbyrdes elektrisk forbundne termistorplader (14-17) er placeret i elektrisk kontakt med elektrodeflader, kendetegnet ved at omfatte i det mindste to termistor-plader (14-17) placeret ved siden af hinanden på bærele- 10 gemet (10) og indbyrdes serieforbundet, hvilke plader er adskilt fra hinanden ved hjælp af en fortrinsvis langstrakt spalte, og hvilke pladers overflader er dækket af øvre elektrodeflader (24-26), idet termistorpladerne (14-17) er placeret inden for et begrænset område på bærele- 15 gemet (10), således at det samlede aggregatareal af termistorpladerne er konstant, mens termistorens samlede modstand afhænger af størrelsen af hver termistoroverflade defineret ved placeringen af spalten/-erne (18) inden for bærelegemets (10) begrænsede areal. 20

2. Termistor ifølge krav 1, kendetegnet ved at omfatte tre eller flere elektrodeoverflader (12-13, 24-26), af hvilke en__eller flere nedre elektrodeoverflader (12,13) er placeret mellem bærelegemet (10) og termi- 25 storpladerne (14-17) og en eller flere øvre elektrodeoverflader (24-26) er placeret på termistorpladerne (14-17), hvilke øvre elektrodeoverflader (24-26) er trimmet til opnåelse af den forudbestemte modstand på termistoren. 30

3. Termistor ifølge krav 2, kendetegnet ved, at to af elektrodeoverfladerne (12-13, 24-26) hver er forbundet med deres egen kontaktflade (30,32) uden direkte kontakt med termistorpladerne (14-17), hvilke kon- 35 taktflader er indrettet til at blive forbundet med et elektrisk kredsløb.____ 12 DK 173364 B1

4. Termistor ifølge krav 3, kendetegnet ved at omfatte en nedre elektrodeoverflade (12) placeret på bærelegemet (10), to termistorplader (14,16) placeret på den nedre elektrodeoverflade (12) og to øvre elektrode- 5 overflader (24,26) placeret hver for sig og i det væsentlige dækkende en af termistorpladerne (14,16).

5. Termistor ifølge krav 5, kendetegnet ved, at de to øvre elektrodeoverflader (24,26) er ud- 10 strakt ud over termistorpladerne (14,16) til dannelse af kontaktflader (30,32) i direkte kontakt med bærelegemet (10).

6. Termistor ifølge krav 5, kendetegnet 15 ved, at de ydre kanter (22) af den nedre elektrodeoverflade er placeret inden for og grænsende op til de øvre kanter (20) af termistorpladerne bortset fra spalten (18) mellem pladerne samt at de ydre kanter (28) af de øvre elektrodeoverflader er placeret i det væsentlige grænsen- 20 de op til og inden for de ydre kanter (20) af termistorpladerne.

7. Termistor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den er fremstillet ved en tykfilmskabelon- 25 trykkeproces.

8. Termistor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at bærelegemet (10) består af en ikke-ledende underlagsplade af alumiumoxyd. 30

9. Termistor ifølge krav 4, kendetegnet ved, at et isolerende lag (40) er placeret på de øvre elektrodeoverflader (24,26), i hvilket lag der befinder sig to åbninger (42,44) til forbindelse (46,48) til de 35 øvre elektrodeoverflader (24,26) fra to kontaktflader (30,32) placeret på det isolerende lag (40). i I 13 DK 173364 B1

10. Termistor ifølge krav 4, kendetegnet ved, at en (16) af termistorpladerne er større end den anden (14), samt at den tilsvarende øvre elektrodeoverflade (26) også er større end den anden (24). 5

11. Termistor ifølge krav 10, kendetegnet ved, at der er udført en grovtrimning (34) i den øvre elektrodeoverflade, fortrinsvis den mindste (24), og en fintrimning (36) i den anden øvre elektrodeoverflade 10 (26).

11 DK 173364 B1

12. Termistor ifølge krav 4, kendetegnet ved, at de to termistorplader (14,16) har samme størrelse, og at de tilsvarende, øvre elektrodeoverflader 15 (24,26) også har samme størrelse.

13. Termistor ifølge krav 3, kendetegnet ved at omfatte to nedre elektrodeoverflader (12,13) placeret på et bærelegeme (10), to termistorplader (14,16) 20 placeret på og dækkende de nedre elektrodeoverflader (12,13), en øvre elektrodeoverflade (24) placeret på termistorpladerne (14,16) og to kontaktoverflader (30,32) placeret på undersiden af bærelegemet (10), hvilke kontaktoverflader (30,32) er forbundet gennem åbninger 25 (42,44) i bærelegemet (10) med deres respektive nedre elektrodeoverflader (12,13).

14. Fremgangsmåde til fremstilling af en termistor, kendetegnet ved, at termistoren fremstilles 30 ved en tykfilmsproces ved skabelontrykning på et begrænset areal på et bærelegeme (10) af et første lag af kontaktmateriale til dannelse af en eller flere nedre elektrodeoverflader samt (12,13) et andet lag af termistormateriale til dannelse af termistorplader (14-17) placeret 35 på de nedre elektrodeoverflader (12,13) og adskilt fra hinanden ved hjælp af en fortrinsvis langstrakt spalte og et tredie lag af kontaktmateriale til dannelse af en eller flere øvre elektrodeoverflader (24-26), som i det væ- 14 DK 173364 B1 sentlige dækker termistorpladerne (14-17), hvilke øvre elektrodeoverflader (24-26) trimmes til opnåelse af en forudbestemt modstandsværdi.

15. Fremgangsmåde ifølge krav 14, kendeteg net ved, at de forskellige lag skabelontrykkes på en underlagsplade (8), som består af et antal bærelegemer (10), fortrinsvis 200.

16. Fremgangsmåde ifølge krav 15, kendeteg net ved, at et yderligere lag af en beskyttende polymer skabelontrykkes på de trimmede, øvre elektrodeoverflader (24-26). Ϊ I