DK200400310U3 - Elektrisk sensor, navnlig temperatursensor med kredslöbsplade - Google Patents

Description

1DK 2004 00310U3

Opfindelsen angår en elektrisk sensor, navnlig temperatursensor, med kredsløbsplade, som har i det mindste én lederbane på et substrat med elektrisk isolerende overflade, hvor der på overfladen er anbragt i det mindste to med lederbanen eller lederbanerne forbundne tilslutningskontaktfelter til elektrisk forbindelse med ender af tilslutningsledere i et tilslutningskabel.

Fra DE-C1-3939165 kendes en temperatursensor med en plastfolie som kredsløbsbærer, hvis lederbaner ved den ene ende er forbundet med en som målemodstand tjenende keramikplade med et tyndt metalovertræk som modstandslag; lederbanerne er ved den fra modstanden bortvendte ende af plastfolien forsynet med loddekon-takter, som er elektrisk forbundet med en klemmebærer eller med ledninger i et tilslutningskabel, der fører ud; det er i den forbindelse også muligt at tilvejebringe lederbaner, der befinder sig på de modsat hinanden liggende flader af den strimmel formede plastfolie i stedet for lederbaner, som ligger ved siden af hinanden. Plastfolien består navnlig af polyimid-folie, medens lederbanerne består af kobber eller legering på kobberbasis. Det drejer sig her om en forholdsmæssig omstændelig konstruktion, idet sensoren skal bringes ind i et beskyttelsesrør, der eksempelvis består af rustfrit stål.

Endvidere kendes der fra den tyske brugsmodel DE-U-29504105.6 en temperaturføler, navnlig til varmemængdemåling, der har en elektrisk modstandstemperatursensor med to tilsluttede, isolerede strømledninger, hvor der mellem modstandstemperatursensoren og de to strømledninger er tilvejebragt en tilslutningskredsløbsplade af dårligt varmeledende materiale 2 2DK 2004 00310U3 med derpå anbragte strømledertråde med i forhold til tværsnittet af strømledningen mindre tværsnit, hvis længde er dimensioneret større end længden af tilslutningskredsløbspladen mellem de ved enderne af 5 denne placerede tilslutningssteder for dels modstandstemperatursensoren, dels de to strømledninger. Da kontaktslutningen mellem strømledninger og strøm-ledertrådene skabes ved lodning, er sådanne temperatursensorer ikke egnede til højere temperaturer i om-10 rådet af 230°C.

Endvidere kendes der fra WO-A-95/18965 en måleføler for en målegas med et metallisk hus, hvor der inden i huset er forbundet et sensorelement ved enden af en sensorchip med i det mindste én elektrisk le-15 dende kontaktbane; ved den anden ende af sensorchip-pen er der sammensvejst tilslutningstråde med sensor-chippen, hvor der er tilvejebragt en holdedel, som i det væsentlige udstrækker sig parallelt med rørets længdeudstrækning, hvilken holdedel ved hjælp af me-20 tallisering på undersiden af sensorchippen er forbundet ved lasersvejsning. Det drejer sig her om en forholdsmæssigt omstændelig opbygning af en måleføler.

Det er opfindelsens opgave at skabe en elektrisk sensor med forholdsmæssig enkel opbygning, der 25 også er egnet til præcis temperaturmåling over 100°C, hvor fremstillingsprocessen i videst muligt omfang skal kunne automatiseres; endvidere skal der om muligt kunne anvendes SMD-komponenter til sensorfunktionen .

30 Opgaven løses ved, at der er tilvejebragt i det mindste to tilslutningskontaktfelter til forbindelse med tilslutningslederenderne ved hjælp af en smelte-proces, hvor i det mindste ét første tilslutningskon- 3 3DK 2004 00310U3 taktfelt er placeret på forsiden af kredsløbspladen, og i det mindste ét andet tilslutningskontaktfelt er placeret på bagsiden.

Fordelagtige udformninger af genstanden ifølge krav i er anvist i kravene 2-8.

I en foretrukken udformning er de to tilslutningskontaktfelter anbragt ved den samme ende af en langstrakt kredsløbsplade, hvor der i området af den modsat tilslutningskontaktfelterne liggende ende af kredsløbspladen er tilvejebragt en komponent, som ved hjælp af i det mindste to kontakter er forbundet med henholdsvis én lederbane via tilslutningsfelter; til kontaktskabelse mellem komponenten og lederbanerne er der tilvejebragt to i ét plan liggende tilslutningsfelter, af hvilke det ene ved hjælp af kontaktgennemføring gennem kredsløbspladen er elektrisk forbundet med den lederbane, der befinder sig på den modsatliggende side af kredsløbspladen; i den forbindelse er komponentens kontakter forbundet med tilslutningsfelterne ved hjælp af en smelteforbindelse. Som elektrisk komponent anvendes fortrinsvis en temperatursensor .

En særlig fordel ses i den meget enkle og derfor automatiserbare bearbejdning af en .kabelsensor, der består af et kabel og sensoraggregatet af mikrochip, tilslutninger og beskyttelseshylster.

I en fordelagtig udformning af opfindelsens genstand er lederbanen i det mindste i området af tilslutningskontaktfelterne udformet plant; substratet består i den forbindelse af temperaturbestandige materialer, navnlig epoxid, triaziner, polyimider (PI) eller fluorider (PTFE).

4 4DK 2004 00310U3 I en foretrukken udformning er der skudt et højtemperaturbestandigt beskyttelseshylster over kredsløbspladen.

Det viser sig som særligt fordelagtigt, at der ved dette beskyttelseshylster opnås en forhøjet elektrisk spændingsfasthed.

I det følgende beskrives opfindelsens genstand nærmere på basis af figurerne la, lb, lc samt 2a, 2b. Her viser fig. la forsiden af kredsløbspladen, fig. lb dennes bagside, hvor lederbane og tilslutningskontaktfelt er udformet på lignende måde som på forsiden af kredsløbspladen ifølge fig. la, fig. lc et profilbillede langs linien A-B i fig. la, fig. 2a viser i perspektivbillede forsiden af kredsløbspladen med en derpå placeret komponent som sensorindretning, og fig. 2b bagsiden af sensorindretning med kredsløbsplade ; i fig. 2b er der yderligere vist en delvis repræsentation af et beskyttelseshylster til kredsløbspladen.

Ifølge fig. la befinder en første lederbane 7 sig på forsiden 2 af kredsløbspladen 1, der består af et elektrisk isolerende substrat på basis af temperaturbestandige materialer som eksempelvis epoxid, triaziner, polyimider (PI) eller fluorider (PTFE). Lederbanen 7 er i området af den øvre ende 14 af kredsløbspladen 1 forbundet med et tilslutningskontaktfelt 5, der tjener til pålodning eller påsvejsning af ender af tilslutningsledere 12, som med deres afisolerede ender rager ud af en her syrn- 5 5DK 2004 00310U3 bolsk vist kabelkappe 20 af et tilslutningskabel 4; tilslutningskontaktfeltet har en tykkelse i området fra 5 μτη til 500 Mm. Lederbanen 7 har en tykkelse i området fra 5 Mm til 100 og er i planbillede udformet mæanderformigt forløbende. På grund af mæan-derformen kan der opnås en forholdsmæssig høj varme -modstand mellem tilslutningskontaktfeltet 5 og tilslutningen 9 for den elektriske eller elektroniske komponent 11 ved den modsatte ende 15. Komponenten 11 er ved hjælp af sine kontakter 16 og 17 forbundet med kredsløbspladens tilslutningsfelter 9, 10 ved hjælp af en smelteforbindelse, fortrinsvis ved lodning efter reflow-metoden.

Ifølge fig. Ib er der på bagsiden 3 af kredsløbspladen 1 tilvejebragt et yderligere tilslutningskontaktfelt 6 for en anden tilslutningslederende 13, hvor tilslutningskontaktfeltet 6 ligeledes er forbundet med en mæanderformig lederbane 8, der på sin side igen er forbundet med tilslutningsfeltet 10 ifølge >? fig. la - via en kontaktgennemføring 19 for forbindelsen med komponenten 11. Substratet 1 har en tykkelse i området fra 0,1 til 1 mm, medens belægningen for lederbanerne 7, 8 består af kobber og i en foretruk- ken udførelsesform er tilnærmelsesvis 35 μπι tyk.

Komponenten 11 er udformet som SMD-chip, idet den ifølge fig. la, lb er forbundet til de to mæanderf ormige lederbaner 7, 8 med sine kontakter 16, 17 over respektive tilslutningsfelter 9, 10, hvilke le derbaner på sin side igen henholdsvis er forbundet med enden af en tilslutningsleder 12, 13 over tilslutningskontaktfelterne 5, 6, hvilke tilslutningsle dere er del af et tilslutningskabel 4. Substratet af kredsløbspladen 1 består fortrinsvis af temperaturbe- 6 6DK 2004 00310U3 standige materialer, så som epoxid, triaziner, polyi-mider (PI) eller fluorider (PTFE); det er imidlertid også muligt at anvende andre konstruktionsmaterialer såsom eksempelvis glas eller aluminiumoxid. Som temperatursensor anvendes fortrinsvis et på et substrat anbragt modstandslag på platinbasis, således som det er kendt teknik, eksempelvis fra DE-A1-25 27 739.

Ifølge fig. 2a er komponenten 11 placeret på tilslutningsfelterne 9, 10 af kredsløbspladen 1 med sin kontakter 16, 17 ifølge SMD-princippet, hvor den faste elektriske og mekaniske forbindelse fortrinsvis er sket ved sammenlodning. Til tilslutningsfeltet 9 er den mæanderformigt udformede lederbane 7 sluttet, hvilken på grund af sin forholdsmæssige lange vej og tynde tværsnit sørger for en god varmeisolering mellem komponenten 11, der tjener som sensor, og tilslutningskontaktfeltet 5. På tilslutningskontaktfel-tet 5 ligger den afisolerede ende af tilslutningslederenden 12 af et tilslutningskabel 4, hvilken er forbundet med tilslutningskontaktfeltet 5 med en smelteforbindelse, fortrinsvis ved lodning.

På fig. 2b kan den mæanderformige lederbane 8, der befinder sig på bagsiden 3 af kredsløbspladen 1, ses, hvilken lederbane ligeledes på grund af sin mæ-anderstruktur og sit tynde ledertværsnit sørger for en høj termisk isolering mellem kontaktgennemføringen 19 for tilslutningsfeltet 10 for komponenten 11 ifølge fig. 1 og tilslutningskontaktfeltet 6 for tilslutningslederenden 13 af tilslutningskablet 4. Kredsløbspladen 1 har i området af sin bagside en udsparing 21 for i videst muligt omfang at udsætte den komponent 11, der tjener som temperatursensor, for omgivelsesatmosfæren, for at minimere mekanisk stress DK 2004 00310U3 7 på grund af udvidelsesforskelle og for at undgå eventuel flusmiddelaflejring.

Det er endvidere muligt at skyde et beskyttelseshylster 22 på kredsløbspladen 1 i retningen af pi-5 len 23 ifølge fig. 2b, idet beskyttelseshylsteret for bedre oversigt kun er vist som brudstykke; i praksis når beskyttelseshylsteret 22 fra enden 15 af kredsløbspladen 1 til den modsatte ende 14 og omfatter i den forbindelse tilslutningskontaktfelterne 5 og 6 10 sammen med tilslutningslederenderne 12 og 13 af tilslutningskablet 4 .

8 8DK 2004 00310U3

BRUGSMODELKRAV

1. Elektrisk sensor, navnlig temperatursensor, med kredsløbsplade (1) , som har i det mindste én lederbane (7, 8) på et substrat med elektrisk isoleren- 5 de overflade, hvor der på overfladen er anbragt i det mindste to med lederbanen eller lederbanerne forbundne tilslutningskontaktfelter (5, 6) til elektrisk forbindelse med ender af tilslutningsledere (12, 13) i et tilslutningskabel (4), kendetegnet 10 ved, at der er tilvejebragt i det mindste to tilslutningskontaktfelter (5, 6) til forbindelse med tilslutningslederenderne (12, 13) ved hjælp af en smel teproces, hvor i det mindste ét første tilslutningskontaktfelt (5) er placeret på forsiden (2) af kreds-15 løbspladen (1) , og i det mindste ét andet tilslutningskontaktfelt (6) er placeret på bagsiden (3).

2. Elektrisk sensor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at lederbanen (7, 8) i det mindste i området af tilslutningskontaktfelterne (5, 6) er 20 udformet plant.

3. Elektrisk sensor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at substratet består af temperaturbestandige materialer, navnlig af epoxid, triaziner, polyimider (PI) eller fluorider (PTFE).

25 4. Elektrisk sensor ifølge et af kravene 1 til' 3, kendetegnet ved, at begge tilslutningskontaktfelter (5, 6) er anbragt ved den samme ende (14) af en langstrakt kredsløbsplade (1) , hvor der i området af den modsat tilslutningskontaktfelterne (5, 30 6) liggende ende (15) af kredsløbspladen (1) er tilvejebragt en komponent (11) , som ved hjælp af i det mindste to kontakter (16, 17) er forbundet med hen- 9 9DK 2004 00310U3 holdsvis én lederbane (7, 8) via tilslutningsfelter (9, 10) .

5. Elektrisk sensor ifølge krav 4, kendetegnet ved, at der til kontaktskabelse mellem 5 komponenten (11) og lederbanerne (7, 8) er tilveje bragt to i ét plan liggende tilslutningsfelter (9, 10), af hvilke det ene ved hjælp af kontaktgennemføring (19) gennem kredsløbspladen (1) er elektrisk forbundet med den lederbane (8) , der befinder sig på 10 den modsat liggende side (3) af kredsløbspladen (1).

6. Elektrisk sensor ifølge krav 4 eller 5, kendetegnet ved, at kontakterne (16, 17) af komponenten (11) er forbundet med tilslutningsfelterne (9, 10) ved hjælp af en smelteforbindelse.

15 7. Elektrisk sensor ifølge et af kravene 4 til 6, kendetegnet ved, at den elektriske komponent (11) er en temperatursensor.

8. Elektrisk sensor ifølge et af kravene 1 til 7, kendetegnet ved, at der er skudt et 20 højtemperaturbestandigt beskyttelseshylster (22) over kredsløbspladen.

DK 2004 00310U3

1a -13 □i -8 11 21 j

I \ 19

Fig. 1b

R-B

Fig. 1c DK 2004 00310U3 20

Hg. 2a Fig. 2b