EP2299546A1 - Vorrichtung betreffend eine lösbare, elektrische Hochtemperatur-Vielfachkontaktierung - Google Patents

Vorrichtung betreffend eine lösbare, elektrische Hochtemperatur-Vielfachkontaktierung Download PDF

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EP2299546A1
EP2299546A1 EP09170563A EP09170563A EP2299546A1 EP 2299546 A1 EP2299546 A1 EP 2299546A1 EP 09170563 A EP09170563 A EP 09170563A EP 09170563 A EP09170563 A EP 09170563A EP 2299546 A1 EP2299546 A1 EP 2299546A1
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EP
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contact
pressure
ceramic
force
arrangement
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EP09170563A
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Emil Aulbach
Oliver Guillon
Gerrit Günther
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Technische Universitaet Darmstadt
Original Assignee
Technische Universitaet Darmstadt
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/53—Bases or cases for heavy duty; Bases or cases for high voltage with means for preventing corona or arcing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/28—Clamped connections, spring connections
    • H01R4/50—Clamped connections, spring connections utilising a cam, wedge, cone or ball also combined with a screw
    • H01R4/505—Clamped connections, spring connections utilising a cam, wedge, cone or ball also combined with a screw using an excentric element

Definitions

  • the present invention relates to a contacting device, in particular for temperature-resistant and later easily re-releasable, electrical contacting in areas where there are high temperatures due to application-related conditions.
  • the design of the device allows a detachable contacting many behind and juxtaposed contact points with independent of the ambient conditions, constant contact force.
  • Electrical contacts have the task of forwarding electricity from one component to the next while having the smallest possible intrinsic resistance. For components that should not be permanently connected to a system, it is important to make these contacts closable and detachable. So parts can be installed and removed at will, as well as changed. In such a case, the electrically conductive connection is generated by a contact pressure. The source of this force is usually the elastic properties of a deformed metal component (spring force).
  • a pressure contact has the further advantage of being a direct connection of two materials. Lot, flux or other volatile substances are not used. The possibility of wire bonding is also a direct method of connection, but it requires expensive equipment, is time consuming and the connection is not nondestructive solvable.
  • a multiple pressure contact device was needed for a differential measuring chip calorimeter, which maintains its function constant, regardless of the temperature in the area of the contact.
  • To contact were on standard chip carrier plates applied, metal interconnect contact surfaces on which the contact pressure must be applied.
  • In the measuring chamber interchangeable sensor chips are connected to lines at the contact point, which forward the measuring signals of the chips to the measuring periphery. Since new measuring chips are used after each measurement, the contacts must be detachable.
  • the apparatus should be operable under vacuum conditions, so that no vaporizing substances may be used.
  • Object of the present invention is to produce at least one, but also good many electrical, easily detachable contacts that remain permanently functional at ambient temperature up to high temperatures.
  • standardized carrier plates with a usual contact spacing of 1 inch (2.54 mm) should be contacted.
  • the contact should work up to at least 1000 ° C.
  • the chips are located inside a high-temperature furnace with two side gas / vacuum inlets / outlets and electrical wiring.
  • the conductor track contact surfaces of the base plate must be contacted with perpendicular to the plate pressure, which represents a further problem to be solved in a symmetrical mounting position and the base plate horizontal inlets.
  • the design is not limited to tubes, but can be adapted to the structural conditions.
  • An electrically conductive platinum wire (13) runs unloaded in the ceramic tube (6) and ensures a constant power line. At the contact point (15) it is pressed with a defined pressure force. Any high-melting, highly conductive metals can be used here. In the embodiment, there are a total of 24 contacts, each with its own ceramic tube (6) and platinum wire (13). Alternatively, the force can also be transmitted simultaneously by a component for several contacts.
  • the functional principle is not limited to sensor chips, but also works for any other, electrically contacted components.
  • the solution according to the invention for converting the force of the push rods (6) arriving horizontally to the printed conductor contact surfaces (16) into the necessary vertical contact pressure is that the contact plates (1,2) are rotatably mounted on a fixed hinge pin (8) and thus act horizontally Reduce the pressure of the push rods (6) to a vertical contact pressure on the contact points (15).
  • the contact pressure can be adjusted via the lever ratio of the printing plates. The force deflection allows the symmetrical and horizontal installation of two sensor chips - the prerequisite for differential measurements.
  • the contacting device according to the invention can be built very narrow, thus allowing the contact with standard 1 inch (2.54 mm) contact surface distance (Middle to middle). This distance can be further reduced if the push rods are made narrower and the platinum wires are thinner or replaced by thin-layer tracks.
  • two or more rows of laterally offset contact surfaces may be on the carrier plate. So that all contacts are still achieved according to the principle of the invention, different contact plates are used. They differ in the position of the connection point between push rod (6) and pressure plate (1,2). The connection point is different levels, so that on the one hand, the rods can be spatially superimposed and on the other hand, the leverage ratios are the same for each row of contacts.
  • the connection points are moved forward or backward so that wires experience no friction during tilting movements of adjacent pressure plates.
  • these are 2x 12 contacts, which are arranged in two rows offset by half the contact surface spacing.
  • Another feature is the two holes in the printing plates.
  • the smaller hole is fitting for the hinge pin (8).
  • All printing plates which serve to contact the overhead support plate, pivot about the lower hinge pin. The fact that the pivot point is down, a larger lever is generated.
  • the larger bore is positioned and dimensioned so that the upper hinge pin limits the pivot radius to a few degrees.
  • Top and bottom contacting printing plates are lined up on the hinge pins and alternate. The width of the printing plates is adjusted so that a Pressure plate of one side simultaneously acts as a spacer between two pressure plates of the other side.
  • the power line decoupling can be freely combined with the force deflection and the alternately offset contacting in order to be adapted to a wide variety of contact designs for at least one component to be contacted.
  • the use of ceramic materials not only has the advantage that they are resistant to high temperatures, but most ceramics (here aluminum oxide) are also excellent electrical insulators. As a result, the ceramic push rods and pressure plates also prevent electrical short circuits and shield the test leads very well against each other. From the electrical side, the maximum operating temperature of the device according to the invention is limited by changing line properties of the insulating parts (here with alumina about 1200 ° C).
  • FIG. 2 shows the simplified representations of an embodiment for a detachable high-temperature multiple contact, as used in a differential measuring chip calorimeter.
  • the small pressure plates (1) reach the conductor contact surfaces (16) of the front contact row. Their push rods (6) put down, behind.
  • the large pressure plates (2) are for the rear trace contact surface row.
  • Their push rods (6) run further up and end further forward. Thus, neither push rods nor platinum wires (13) obstruct the tilting movements around the respective hinge pins (8).
  • the platinum wires (13) extend protected and isolated in capillaries of the push rods (6), exit at their end and are attached to the wire feedthrough holes (9) of the pressure plates (1,2) so that they at the contact point between the pressure plate (1, 2) and contact surface (16) are located.
  • the force is generated by helical compression springs (11), passed through the push rods (6) and deflected at the pressure plates (1,2) in a vertically acting to the chip carrier plate (7) pressure. This presses the platinum wire (13) on the contact point (15) of the chip carrier plate (7) on which the high-temperature sensor chip (10) is mounted.
  • the printing plates are provided with a small notch of half the wire diameter, so that the platinum wire can not accidentally slip out of position during chip installation.
  • the contact and rod receiving tube (3) is fixed to an abutment (14) made of aluminum, in which the coil springs (11) are held. Insulation sleeves prevent electrical contact of the platinum wires (13) with the anvil (14) and the springs (11).
  • the entire device is positioned so that the sensor chips (10) on the standard carrier plates (7) are located centrally in a high temperature oven.
  • the coil springs (11) are clearly at room temperature, outside the furnace, where they exert constant pressure, which is transmitted through the device described in the hot area.
  • the embodiment is largely made of aluminum oxide. Thus, the operating temperature is about 1200 ° C. With other materials, this temperature could be further increased without changing the operating principle.
  • Fig. 1 schematically an arrangement according to the invention is shown.
  • a force generating device 101 resilient element such as coil spring or bent metal or metal alloy sheets
  • a power transmission device 102 eg push rod made of ceramic
  • the force of the spring 101 acts in the direction 108.
  • the power transmission device 102 allows the transition from the cold area in a hot area (800 ° C to 1500 ° C).
  • an element 103 eg contact plate
  • This Pressure is used to press an electrically conductive material 106 onto the element 104 .
  • at least one element 105 with at least two contact points 110 or several elements 105 with at least one contact point 110 are used. This makes it possible to contact the element 104 (eg a sensor) in a hot region (1000 ° C. to 1500 ° C., preferably 1200 ° C.).
  • the contact points are preferably offset from one another.

Landscapes

  • Measuring Leads Or Probes (AREA)
  • Thermally Actuated Switches (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktierungsvorrichtung, insbesondere zur temperaturfesten und später leicht wieder lösbaren, elektrischen Kontaktierung in Bereichen in denen durch anwendungsbedingte Gegebenheiten so hohe Temperaturen herrschen, dass Federkontakte aus Metall nicht mehr funktionieren. Die Bauart der Vorrichtung ermöglicht eine leicht lösbare Kontaktierung vieler hinter- und nebeneinander angeordneter Kontaktpunkte mit, von den Umgebungsbedingungen unabhängiger, konstanter Anpresskraft. Dies wird dadurch erreicht, dass die wichtigen Funktionen eines Druckkontaktes, nämlich der mechanische Druck und die elektrische Weiterleitung entkoppelt werden. Die durch bekannte Methoden außerhalb des Hochtemperaturbereichs erzeugte Kraft wird durch Bauteile aus hochtemperaturstabilen Materialien, wie Keramik, zum Kontaktpunkt weiter- und umgeleitet. Die Stromleitung erfolgt unabhängig davon durch einen hochtemperaturstabilen, elektrischen Leiter, der mechanisch unbeansprucht bleibt und am Kontaktpunkt auf die Kontaktfläche gepresst wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktierungsvorrichtung, insbesondere zur temperaturfesten und später leicht wieder lösbaren, elektrischen Kontaktierung in Bereichen in denen durch anwendungsbedingte Gegebenheiten hohe Temperaturen herrschen. Die Bauart der Vorrichtung ermöglicht eine lösbare Kontaktierung vieler hinter- und nebeneinander angeordneter Kontaktpunkte mit von den Umgebungsbedingungen unabhängiger, konstanter Anpresskraft.
    • Beschreibung und Einleitung des allgemeinen Gebietes der Erfindung
  • Elektrische Kontaktierungen haben die Aufgabe Strom von einem Bauteil zum nächsten weiterzuleiten und dabei einen möglichst kleinen Eigenwiderstand aufzuweisen. Für Bauteile, die nicht fest mit einer Anlage verbunden sein sollen ist es wichtig, diese Kontakte schließ- und lösbar zu gestalten. So können Teile nach Belieben ein- und ausgebaut, sowie gewechselt werden. In einem solchen Fall wird die elektrisch leitende Verbindung durch eine Anpresskraft erzeugt. Quelle dieser Kraft sind meist die elastischen Eigenschaften eines verformten Metallbauteils (Federkraft). Ein Druckkontakt hat weiterhin den Vorteil eine direkte Verbindung aus zwei Materialien zu sein. Lot, Flussmittel oder andere flüchtige Substanzen kommen nicht zum Einsatz. Die Möglichkeit des Wire Bonding ist ebenfalls eine direkte Verbindungsart, jedoch erfordert sie teures Equipment, ist zeitaufwendig und die Verbindung ist nicht zerstörungsfrei lösbar. In diesem speziellen Fall wurde eine Vielfachdruckkontaktvorrichtung für ein differentiell messendes Chipkalorimeter benötigt, die ihre Funktion, unabhängig von der Temperatur im Bereich des Kontaktes, konstant beibehält. Zu kontaktieren waren auf Standard-Chip-Trägerplatten aufgebrachte, metallene Leiterbahnkontaktflächen, auf die der Anpressdruck ausgeübt werden muss. In der Messkammer werden am Kontaktpunkt auswechselbare Sensor-Chips mit Leitungen verbunden, die die Messsignale der Chips an die Messperipherie weiterleiten. Da nach jeder Messung neue Messchips verwendet werden, müssen die Kontakte lösbar sein. Ferner soll die Apparatur unter Vakuumbedingungen operabel sein, so dass keine verdampfenden Substanzen verwendet werden dürfen.
    • Stand der Technik
  • Zur Kontaktierung von Verbindungsleitungen mit Messsonden, die unter Hochtemperaturbedingungen arbeiten ist bekannt, den Kontaktpunkt in einen kalten Bereich zu verlegen, um dort den Kontaktdruck mit metallischen Federn unterschiedlicher Ausführung zu erzeugen. Ist der Kontaktpunkt bauartbedingt hohen Temperaturen ausgesetzt, so werden Federn aus temperaturstabilen Legierungen verwendet, die ihre elastischen Eigenschaften erst bei höheren Temperaturen verlieren. Bis ca. 500 °C gibt es hierfür geeignete Legierungen. Für noch höhere Temperaturen ist bekannt, Keramikteile für die Klemmwirkung zu verwenden, da diese eine noch höhere Temperaturstabilität aufweisen. Allerdings ist bei Keramiken der elastisch verformende Bereich sehr gering, so dass die Kontakte sehr genau gefertigt werden müssen. Problematisch ist auch ein Betrieb über einen weiten Temperaturbereich hinweg, da durch unterschiedliche thermische Ausdehnung der Keramik und des Metalls der Anpressdruck abnehmen oder der Kontakt sogar gänzlich abbrechen kann. Dies führt zu Messfehlern oder Signalausfällen. Beim Einbauen der Messsonde werden durch enge Passung und den wirkenden Anpressdruck die Kontaktpunkte zerkratzt, was auch zu Kontaktproblemen während des Betriebs führen kann. In der bekannten Ausführungsform ( DE000019740456A1 ) muss der Kontakt außerdem gefügt werden, wodurch er schwer zu lösen ist. Das Funktionsprinzip dieser Erfindung lässt sich außerdem nicht ohne weiteres von dem stabförmigen Sensorelement auf eine flache Kontaktplatte, die vertikalen Anpressdruck erfordert übertragen. Der Bedarf einer Vorrichtung, die mindestens einen schnell lösbaren, elektrischen Kontakt herstellt, der bei Temperaturen über 500°C dauerhaft funktionstüchtig bleibt ist derzeit nicht gedeckt.
    • Aufgabe
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es mindestens einen, gut aber auch viele elektrische, leicht lösbare Kontakte zu erzeugen, die bei Umgebungstemperatur bis hin zu hohen Temperaturen dauerhaft, konstant funktionsfähig bleiben. Es sollen so insbesondere standardisierte Trägerplatten mit üblichem 1 inch (2,54mm) Kontaktflächenabstand kontaktiert werden. Der Kontakt soll dabei bis mindestens 1000 °C funktionieren. Für die differentielle Messung ist es außerdem erforderlich zwei Sensorchips absolut symmetrisch einzubauen und mit jeweils 12 Kontakten anschließen zu können. Die Chips befinden sich im Inneren eines Hochtemperaturofens mit zwei seitlichen Ein-/Auslässen für Gas/Vakuum und die elektrischen Leitungen. Die Leiterbahnkontaktflächen der Grundplatte müssen mit zur Platte senkrechtem Druck kontaktiert werden, was bei symmetrischer Einbaulage und zur Grundplatte horizontalen Einlässen ein weiteres zu lösendes Problem darstellt.
    • Lösung der Aufgabe
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung, in der temperaturfeste Materialien mit verschiedenen mechanischen und elektrischen Eigenschaften kombiniert werden, um eine später leicht wieder lösbare Druckkontaktierung für mindestens einen elektrischen Kontakt zu erzeugen. Es ist vorgesehen, dass die wichtigen Funktionen eines Druckkontaktes, nämlich der mechanische Druck und die elektrische Weiterleitung entkoppelt werden. Die nötige Druckkraft für den Kontakt wird außerhalb des heißen Bereichs durch Federn (11), Schrauben, Aktoren oder Schwerkraft aufgebaut. Dadurch bleibt der Druck auch bei Temperaturänderungen im Kontaktbereich konstant und kann beliebig eingestellt werden. Bei hohen Temperaturen mechanisch stabile Keramikrohre (6) übertragen die Kraft in den Hochtemperaturbereich. Neben Keramiken sind hier auch hochtemperaturfeste Legierungen möglich. Von mechanischer Seite wird die maximale Betriebstemperatur durch die Hochtemperaturkriechfähigkeit des Baustoffes beschränkt. Die Bauform ist nicht auf Rohre beschränkt, sondern kann den baulichen Gegebenheiten angepasst werden. Ein elektrisch leitfähiger Platindraht (13) verläuft unbelastet im Keramikrohr (6) und sorgt für eine konstante Stromleitung. Am Kontaktpunkt (15) wird er mit definierter Druckkraft aufgepresst. Jegliche hochschmelzenden, gut leitfähigen Metalle können hier zum Einsatz kommen. In dem Ausführungsbeispiel liegen insgesamt 24 Kontakte mit jeweils eigenem Keramikrohr (6) und Platindraht (13) vor. Alternativ kann die Kraft aber auch durch ein Bauteil für mehrere Kontakte gleichzeitig übertragen werden. Das Funktionsprinzip ist nicht auf Sensorchips beschränkt, sondern funktioniert auch für jegliche andere, elektrisch zu kontaktierende Bauteile.
  • Die erfindungsgemäße Lösung die horizontal zu den Leiterbahnkontaktflächen (16) eintreffende Kraft der Schubstangen (6) in den nötigen senkrechten Anpressdruck umzuwandeln besteht darin, dass die Kontaktplatten (1,2) an einem fixen Gelenkstift (8) drehbar gelagert sind und so den horizontal einwirkenden Druck der Schubstangen (6) in einen senkrechten Anpressdruck auf die Kontaktpunkte (15) umlenken. Zudem kann der Anpressdruck über das Hebelverhältnis der Druckplatten eingestellt werden. Die Kraftumlenkung ermöglicht den symmetrischen und zum Ofeneinlass horizontalen Einbau zweier Sensorchips - die Voraussetzung für differentielle Messungen.
  • Die erfindungsgemäße Kontaktierungsvorrichtung kann sehr schmal gebaut sein und erlaubt so die Kontaktierung mit standardmäßigem 1 Zoll (2,54 mm) Kontaktflächenabstand (Mitte zu Mitte). Dieser Abstand kann weiter verkleinert werden, wenn die Schubstangen schmaler ausgeführt werden, sowie die Platindrähte dünner werden oder durch dünnschichtige Leiterbahnen ersetzt werden. Um die Kontaktdichte weiter zu erhöhen, können auf der Trägerplatte zwei oder mehr Reihen seitlich versetzter Kontaktflächen sein. Damit trotzdem alle Kontakte nach dem erfindungsgemäßen Prinzip erreicht werden, kommen unterschiedliche Kontaktplatten zum Einsatz. Sie unterscheiden sich in der Position des Verbindungspunktes zwischen Schubstange (6) und Druckplatte (1,2). Der Verbindungspunkt liegt unterschiedlich hoch, damit zum einen die Stangen räumlich übereinander verlaufen können und zum anderen die Hebelverhältnisse bei jeder Kontaktreihe gleich sind. Außerdem sind die Verbindungspunkte nach vorne bzw. nach hinten verschoben, damit Drähte bei Kippbewegungen von anliegenden Druckplatten keine Reibung erfahren. Insbesondere handelt es sich im Ausführungsbeispiel um 2x 12 Kontakte, die in zwei um den halben Kontaktflächenabstand versetzten Reihen angeordneten sind.
  • Ein weiteres Merkmal sind die zwei Bohrungen in den Druckplatten. Die kleinere Bohrung ist passgenau für den Gelenkstift (8). Alle Druckplatten, die zur Kontaktierung der oben liegenden Trägerplatte dienen, schwenken um den unteren Gelenkstift. Dadurch, dass der Drehpunkt unten liegt, wird ein größerer Hebel erzeugt. Die größere Bohrung ist so positioniert und dimensioniert, dass der obere Gelenkstift den Schwenkradius auf wenige Grad begrenzt. Für die unten liegende Trägerplatte und ihre Druckplatten gilt das gleiche Prinzip, nur um 180° gedreht. Oben und unten kontaktierende Druckplatten sind auf den Gelenkstiften aufgereiht und wechseln sich ab. Die Breite der Druckplatten ist so angepasst, dass eine Druckplatte einer Seite gleichzeitig als Abstandhalter zwischen zwei Druckplatten der anderen Seite fungiert.
  • Der Einbau von Trägerplatten mit Sensor-Chips erfolgt so, dass die Druckplatten gegen die Federkraft angehoben werden, die Trägerplatte seitlich geführt bis zum Anschlagpunkt unter die Druckplatten geschoben wird und zum Schluss die Druckplatten losgelassen werden. Daraufhin drücken sie auf die entsprechenden Leiterbahnkontaktflächen. Beim Ausbau werden die Druckplatten abermals angehoben, damit die Trägerplatte herausgezogen werden kann. Diese sehr schnelle und einfache Methode ist geeignet für den häufigen Ein- und Ausbau. Sie hat weiterhin den Vorteil, dass die Druckkraft erst wirkt, wenn die Kontaktflächen in Position sind. So werden diese nicht zerkratzt und Kontaktprobleme durch beschädigte Kontaktflächen werden vermieden.
  • Je nach konstruktiver Anforderung kann die Kraft-Leitungsentkopplung frei mit der Kraftumlenkung und der wechselnd versetzten Kontaktierung kombiniert werden, um auf verschiedenste Kontaktausführungen für mindestens ein zu kontaktierendes Bauteil angepasst zu werden.
  • Wichtig ist auch die Materialwahl. Die Nutzung von keramischen Werkstoffen bietet nicht nur den Vorteil, dass sie hochtemperaturstabil sind, sondern die meisten Keramiken (hier Aluminiumoxid) sind gleichzeitig exzellente elektrische Isolatoren. Dadurch verhindern die keramischen Schubstangen und Druckplatten auch elektrische Kurzschlüsse und schirmen die Messleitungen sehr gut gegeneinander ab. Von elektrischer Seite wird die maximale Betriebstemperatur der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch sich ändernde Leitungseigenschaften der Isolierenden Teile begrenzt (hier bei Aluminiumoxid ca. 1200°C).
    • Ausführungsbeispiele
  • Figur 2 zeigt die vereinfachte Darstellungen eines Ausführungsbeispiels für einen lösbaren Hochtemperaturvielfachkontakt, wie er in einem differentiell messenden Chipkalorimeter zur Anwendung kommt. Es sind 24 Kontakte (16), 12 pro Seite, in einem Kontakt- und Gestängeaufnahmerohr (3) von 28mm Durchmesser realisiert. Die kleinen Druckplatten (1) erreichen die Leiterbahnkontaktflächen (16) der vorderen Kontaktreihe. Ihre Schubstangen (6) setzten unten, hinten an. Die großen Druckplatten (2) sind für die hintere Leiterbahnkontaktflächenreihe. Ihre Schubstangen (6) verlaufen weiter oben und enden weiter vorne. Damit behindern sich weder Schubstangen noch Platindrähte (13) bei Kippbewegungen um die jeweiligen Gelenkstifte (8). Die Platindrähte (13) verlaufen geschützt und isoliert in Kapillaren der Schubstangen (6), treten an deren Ende aus und sind an den Drahtdurchführungsbohrungen (9) der Druckplatten (1,2) so befestigt, dass sie sich am Kontaktpunkt zwischen Druckplatte (1,2) und Kontaktfläche (16) befinden. In diesem Fall wird die Kraft durch Spiraldruckfedern (11) erzeugt, durch die Schubstangen (6) weitergeleitet und an den Druckplatten (1,2) in einen vertikal zur Chipträgerplatte (7) wirkenden Druck umgelenkt. Dieser presst den Platindraht (13) auf den Kontaktpunkt (15) der Chipträgerplatte (7) auf der der Hochtemperatur Sensor-Chip (10) montiert ist. Die Druckplatten sind mit einer kleinen Einkerbung vom halben Drahtdurchmesser versehen, so dass der Platindraht beim Chipeinbau nicht unbeabsichtigt aus seiner Position verrutschen kann. Druckplatten für den oberen und den unteren Sensor-Chip wechseln sich ab. Zentrierscheiben (4) halten das Druckplattenpaket mittig im Aufnahmerohr (3). Während die Druckplatten (1,2) hoch gedrückt werden, hilft der Schieber (5) beim Einführen der beiden Chipträgerplatten (7) und verhindert danach, dass die positionierten Platten nach unten gedrückt werden. Das Kontakt- und Gestängeaufnahmerohr (3) ist an einem Gegenlager (14) aus Aluminium befestigt, in dem auch die Spiralfedern (11) gehalten sind. Isolationshülsen verhindern elektrischen Kontakt der Platindrähte (13) mit dem Gegenlager (14) und den Federn (11). Die gesamte Vorrichtung ist so positioniert, dass sich die Sensor-Chips (10) auf den Standard-Trägerplatten (7) mittig in einem Hochtemperaturofen befinden. Die Spiralfedern (11) befinden sich deutlich an Raumtemperatur, außerhalb des Ofens, wo sie konstanten Druck ausüben, der über die beschriebene Vorrichtung in den heißen Bereich übertragen wird. Das Ausführungsbeispiel ist größten Teils aus Aluminiumoxid gefertigt. Damit liegt die Betriebstemperatur bei ca. 1200°C. Mit anderen Materialien ließe sich diese Temperatur noch weiter erhöhen ohne das Funktionsprinzip zu ändern.
  • In der Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung dargestellt. Im kalten Bereich (-200 °C bis 800 °C bevorzugt 500 °C) wird gegen eine Grundplatte 107 eine Krafterzeugungseinrichtung 101 (federelastisches Element z.B. Spiralfeder oder gebogene Bleche aus Metall oder Metalllegierungen) mit einer Kraftübertragungseinrichtung 102 (z.B. Schubstange aus Keramik) verbunden. Die Kraft der Feder 101 wirkt dabei in Richtung 108. Die Kraftübertragungseinrichtung 102 ermöglicht den Übergang vom kalten Bereich in einen heißen Bereich (800 °C bis 1500 °C). Im heißen Bereich befindet sich ein Element 103 (z.B. Kontaktplatte), dass eine zur Krafteinwirkung exzentrische Bohrung 105 aufweist. Damit entsteht ein Drehmoment, dass dafür ausgenutzt wird, um eine Kraftumlenkung in Richtung 109 zu bewirken. Es entstehen dadurch eine Anpresskraft und ein Anpressdruck auf das Element 104 (z.B. ein Sensor) an der Kontaktstelle 110. Dieser Druck wird dafür verwendet, um ein elektrisch leitfähiges Material 106 auf das Element 104 zu pressen. Bei mehreren Kontaktstellen 110 auf dem Element 104 werden mindestens ein Element 105 mit mindestens zwei Kontaktstellen 110 oder mehrere Elemente 105 mit mindestens einer Kontaktstelle 110 verwendet. Damit ist es möglich das Element 104 (z.B. ein Sensor) in einem heißen Bereich (1000 °C bis 1500 °C bevorzugt 1200 °C) zu kontaktieren. Die Kontaktstellen sind bevorzugt versetzt zueinander angeordnet.
    • Abbildungslegenden
    • Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht
    • Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht und einen A-B Schnitt
    • Fig. 3 zeigt die Kontaktierung des Chipträgerplatte mit mehreren Kontaktplatten
    • Fig. 4 zeigt die Gesamtübersicht der Hochtemperaturkontaktierungsvorrichtung
    Bezugszeichenliste
    • (1) - Kontaktplatte klein (Keramik)
    • (2) - Kontaktplatte groß (Keramik)
    • (3) - Kontakt- und Gestängeaufnahmerohr (Keramik)
    • (4) - Zentrierscheiben (Keramik)
    • (5) - Schieber (Keramik)
    • (6) - Schubstangen (Keramik)
    • (7) - Chipträgerplatte (Keramik)
    • (8) - Gelenkstift (Keramik)
    • (9) - Drahtdurchführungsbohrung
    • (10) - Hochtemperatur Sensor-Chip
    • (11) - Spiralfeder
    • (12) - Isolierhülse
    • (13) - Platindraht
    • (14) - Gegenlager
    • (15) - Kontaktpunkte
    • (16) - Leiterbahnkontaktflächen
    101
    Krafterzeugungseinrichtung
    102
    Kraftübertragungseinrichtung
    103
    Element
    104
    Element
    105
    Bohrung
    106
    elektrischer Leiter
    107
    Grundplatte
    108
    Kraftrichtung
    109
    Kraftrichtung
    110
    Kontaktstelle

Claims (11)

  1. Eine Anordnung zur elektrischen Kontaktierung dadurch gekennzeichnet dass die Anordnung mindestens eine Krafterzeugung (11,101), mindestens eine Kraftübertragungseinrichtung (6,102), mindestens eine Einrichtung zur Kraftumlenkung (1,2,8,103,105), mindestens eine Kontaktstelle (15,110) und einen kalten Bereich sowie einen heißen Bereich aufweist.
  2. Eine Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass die Anordnung eine Kraftübertragungseinrichtung (6,102) von einem kalten Bereich in einen heißen Bereich aufweist.
  3. Eine Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet dass der kalte Bereich -200 °C bis 800 °C bevorzugt 500 °C und der heiße Bereich 900 °C bis 1500 °C bevorzugt 1200 °C umfasst.
  4. Eine Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet dass mindestens eine Kontaktstelle (15,110) im heißen Bereich 900 °C bis 1500 °C bevorzugt 1200 °C angeordnet ist.
  5. Eine Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass die Kraftübertragungseinrichtung (6,102) ein Rohr oder eine Stange aus Keramik umfasst.
  6. Eine Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet dass die Einrichtung zur Kraftumlenkung (1,2,8,103,105) mindestens eine Keramikplatte oder mindestens einen Keramikblock mit mindestens einer Kontaktstelle (15,110) und mindestens einer Bohrung umfasst.
  7. Eine Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet dass bei mehreren Kontaktstellen (15,110) diese versetzt angeordnet sind.
  8. Eine Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet dass die Anordnung bei mehreren Keramikplatten (1,2,103) so ist, diese als Abstandhalter wirken.
  9. Ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung dadurch gekennzeichnet dass die in einem kalten Bereich erzeugte Kraft mittels mindestens einer Kraftübertragungseinrichtung (6,102) in einen heißen Bereich geleitet wird.
  10. Ein Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet dass der kalte Bereich -200 °C bis 800 °C bevorzugt 500 °C und der heiße Bereich 900 °C bis 1500 °C bevorzugt 1200 °C umfasst.
  11. Ein Verfahren nach Ansprüchen 9 bis 10 dadurch gekennzeichnet dass die übertrage Kraft in eine Anpresskraft einer Kontaktstelle (15,110) umgelenkt wird.
EP20090170563 2009-09-17 2009-09-17 Vorrichtung betreffend eine lösbare, elektrische Hochtemperatur-Vielfachkontaktierung Not-in-force EP2299546B1 (de)

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