JPS59119250A - センサ素子 - Google Patents
センサ素子Info
- Publication number
- JPS59119250A JPS59119250A JP22682682A JP22682682A JPS59119250A JP S59119250 A JPS59119250 A JP S59119250A JP 22682682 A JP22682682 A JP 22682682A JP 22682682 A JP22682682 A JP 22682682A JP S59119250 A JPS59119250 A JP S59119250A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- terminal
- insulating substrate
- lead wire
- electrode terminal
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
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- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はセンサ素子−に関する。特にそのセンサ電極端
子のリード線との固着構造を改良したセンサ素子に関す
る。
子のリード線との固着構造を改良したセンサ素子に関す
る。
従来のセンサ素子は、そのit電極端子リード線との接
合に、ワイヤボンティング法や、導電ベーストによるろ
う付は法が多く採用されている。しかし各種雰囲気セン
サの開発に伴って、その接合構造を一層強度の高いもの
とし、更に導電性や耐食性を向上させることが望まれて
いる。
合に、ワイヤボンティング法や、導電ベーストによるろ
う付は法が多く採用されている。しかし各種雰囲気セン
サの開発に伴って、その接合構造を一層強度の高いもの
とし、更に導電性や耐食性を向上させることが望まれて
いる。
特に近年、厚膜法または薄膜法によって、感度の向上や
加熱クリーニング等を目的とした加熱ヒータ一体什セン
サ素子の開発が各所で行なわれている。これら加熱を必
要とする各種雰囲気センサにおける電極端子とリード線
との接合にも、従来よりワイヤボンティング法や、導電
ベーストによるろう付法が多く採用されているわけであ
るが、この場合強度その他の問題が顕著に現れて来る。
加熱クリーニング等を目的とした加熱ヒータ一体什セン
サ素子の開発が各所で行なわれている。これら加熱を必
要とする各種雰囲気センサにおける電極端子とリード線
との接合にも、従来よりワイヤボンティング法や、導電
ベーストによるろう付法が多く採用されているわけであ
るが、この場合強度その他の問題が顕著に現れて来る。
即ち加熱を要するセンサ素子の接合は、加熱用ヒータ電
力の低減什を目的にセンサ素子のチップを空中に浮かせ
て空気を断熱材として放熱を少なくする断熱実装方式が
多い。この方式によるとリード線とリード線と端子との
接合には、センサ素子チップを保持するための強度が要
求される。ところが従来のICやLSIのリード線には
、既述の如く金線やアルミニウムの極細線がワイヤボン
ディング法によって接合され、このワイヤボンディング
法による従来線径においては、上記センサチップを断熱
実装法で保持するIf(必要な強度は得られない。一方
、ろう打法によれば、線材の選択に自由度が増加して接
合強度の増加が期待できる。
力の低減什を目的にセンサ素子のチップを空中に浮かせ
て空気を断熱材として放熱を少なくする断熱実装方式が
多い。この方式によるとリード線とリード線と端子との
接合には、センサ素子チップを保持するための強度が要
求される。ところが従来のICやLSIのリード線には
、既述の如く金線やアルミニウムの極細線がワイヤボン
ディング法によって接合され、このワイヤボンディング
法による従来線径においては、上記センサチップを断熱
実装法で保持するIf(必要な強度は得られない。一方
、ろう打法によれば、線材の選択に自由度が増加して接
合強度の増加が期待できる。
しかし作業性を考慮すると、ろう付作業には多ぐの工程
を要し、さらに乾燥、焼成などの設備およびこれらの稼
動費が多く、コスト高を招き不適である。
を要し、さらに乾燥、焼成などの設備およびこれらの稼
動費が多く、コスト高を招き不適である。
このように、電極端子と接合されるリード線に要求され
る条件としては、■導電率、が高く、■耐食性に秀れ、
■機械的強度が高い、々どのことがある。一方、電極端
子の方にも同様な条件が要求されるが、さらに成膜性に
優れる材料であること等電極端子としての周知の条件は
当然要求される。このような条件下にあって、さらに電
極端子とリード線との接合には作業性に優れる事が要求
される。
る条件としては、■導電率、が高く、■耐食性に秀れ、
■機械的強度が高い、々どのことがある。一方、電極端
子の方にも同様な条件が要求されるが、さらに成膜性に
優れる材料であること等電極端子としての周知の条件は
当然要求される。このような条件下にあって、さらに電
極端子とリード線との接合には作業性に優れる事が要求
される。
このため近年、加熱を要するセンサ素子の電極端子とリ
ード線との接合に、溶接法が用いられることが多くなっ
て来ている。
ード線との接合に、溶接法が用いられることが多くなっ
て来ている。
即ち、バ、af金属を用いて電極端子とリード線を固着
した場合、初期的には接合強度が得られる事もあるが、
前記したように加熱を費するセンサ素子においては、加
熱と冷却の繰り返しが行なわれる。そのために、熱膨張
係数の異なる異種金属では、接合強度の低下が著しく、
さらに加熱冷却を継続すると、絶縁基板面から接合材が
剥離する現象があった。
した場合、初期的には接合強度が得られる事もあるが、
前記したように加熱を費するセンサ素子においては、加
熱と冷却の繰り返しが行なわれる。そのために、熱膨張
係数の異なる異種金属では、接合強度の低下が著しく、
さらに加熱冷却を継続すると、絶縁基板面から接合材が
剥離する現象があった。
そこで、近年加熱ヒータを周込るセンサの電極端子とリ
ード線との接合には溶接法が周込られるようになって来
たわけである。この溶接法による利点としては、端子材
料とリード線材料が同系統の材料を使用でき、加熱冷却
時に発生する膨張係数の違いによる剥離現象はない。し
かし、アルミナ絶縁基板と電極端子との接合強度が、要
求されるものよりも低す欠点がある。 −この方式によ
れば、アルミナ絶縁基板と厚膜導体である電極端子との
接合強度により、リード線の固着強度が決定されるため
、厚膜導体とアルミナ絶縁基板との接着強度を高める必
要がある。しかし、現市販の厚膜導体ではガラス材料に
限界があり、不可能である。
ード線との接合には溶接法が周込られるようになって来
たわけである。この溶接法による利点としては、端子材
料とリード線材料が同系統の材料を使用でき、加熱冷却
時に発生する膨張係数の違いによる剥離現象はない。し
かし、アルミナ絶縁基板と電極端子との接合強度が、要
求されるものよりも低す欠点がある。 −この方式によ
れば、アルミナ絶縁基板と厚膜導体である電極端子との
接合強度により、リード線の固着強度が決定されるため
、厚膜導体とアルミナ絶縁基板との接着強度を高める必
要がある。しかし、現市販の厚膜導体ではガラス材料に
限界があり、不可能である。
第1図は上記した如き従来例を示すもので、これは絶縁
基板1上に通常の厚膜法で形成してなるセンシング層2
とこのセンシング層を上下より挾むように厚膜法で形成
した上下電極3および3′の端子、およびこの端子にリ
ード線4,4′を接合してなるセンサ素子を斜視図にて
示L2ている。また図示はしていないが、センサ素子に
対向して絶縁基板1の裏面に同様の厚膜法で形成した加
熱用ヒータが形成してあり、このヒータ端子からもリー
ド線が2本接合しである。すなわちセンサ素子1個には
4本のリード線が接合されており、このリード線を介し
てステムピンに固着している。ステムピンとリード線は
通常のスポット溶接法により溶着する。
基板1上に通常の厚膜法で形成してなるセンシング層2
とこのセンシング層を上下より挾むように厚膜法で形成
した上下電極3および3′の端子、およびこの端子にリ
ード線4,4′を接合してなるセンサ素子を斜視図にて
示L2ている。また図示はしていないが、センサ素子に
対向して絶縁基板1の裏面に同様の厚膜法で形成した加
熱用ヒータが形成してあり、このヒータ端子からもリー
ド線が2本接合しである。すなわちセンサ素子1個には
4本のリード線が接合されており、このリード線を介し
てステムピンに固着している。ステムピンとリード線は
通常のスポット溶接法により溶着する。
第2図は、従来法による電極端子3とリード線4を溶着
した際の拡大図である。このように形成した絶縁基板1
上の厚膜電極端子との接合強度は低く、信頼性に欠ける
ものであった。さらに詳細に説明すれは、アルミナ絶縁
基板1に白金ペーストを用いてスクリーン印刷法にて電
極端子3を厚さ10〜20μmに形成する。乾燥後、箱
型シリコニット炉にて1300℃で2時間焼成する。次
にガス検知材料〔第1図におけるセンシング層2に対応
)及び上部電極を形成してセンサ素子が作成される。こ
の電極端子3にリード線4を溶着する。リード線には導
電性の良いこと、及び機械的強度を要する事から白金ま
たは白金合金が多く用いられる。溶着は印加電圧300
V印加時間200771.9で行なう。
した際の拡大図である。このように形成した絶縁基板1
上の厚膜電極端子との接合強度は低く、信頼性に欠ける
ものであった。さらに詳細に説明すれは、アルミナ絶縁
基板1に白金ペーストを用いてスクリーン印刷法にて電
極端子3を厚さ10〜20μmに形成する。乾燥後、箱
型シリコニット炉にて1300℃で2時間焼成する。次
にガス検知材料〔第1図におけるセンシング層2に対応
)及び上部電極を形成してセンサ素子が作成される。こ
の電極端子3にリード線4を溶着する。リード線には導
電性の良いこと、及び機械的強度を要する事から白金ま
たは白金合金が多く用いられる。溶着は印加電圧300
V印加時間200771.9で行なう。
この溶着したリード線4を絶縁基板1より垂直に引き剥
した時の密着強度を測定すると10〜20fであった。
した時の密着強度を測定すると10〜20fであった。
通常、電子部品として取扱う場合のセンサ素子に要求さ
れる接合強度は50=100fであり、この従来法では
不足である。
れる接合強度は50=100fであり、この従来法では
不足である。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消し、接
合強度が太きく、かつ加熱を伴う場合にもそれに対する
耐性が太きく、従ってセンサチップの断熱実装などをも
可能としたセンサ素子を提供することにある。
合強度が太きく、かつ加熱を伴う場合にもそれに対する
耐性が太きく、従ってセンサチップの断熱実装などをも
可能としたセンサ素子を提供することにある。
本発明においては上記の目的を解決するために、センサ
用電極端子にリード線を溶着するに際し、該溶着部を、
絶縁基板と熱膨張率差が小なる無機接着剤にて接合包持
するか、あるいは絶縁基板上にあらかじめ絶縁基板材料
と端子となるべき端子材料とを混合して作成した材料に
よって混合層を形成しておき、さらにこの端子上に端子
を形成して、この端子にリード線を溶着する。
用電極端子にリード線を溶着するに際し、該溶着部を、
絶縁基板と熱膨張率差が小なる無機接着剤にて接合包持
するか、あるいは絶縁基板上にあらかじめ絶縁基板材料
と端子となるべき端子材料とを混合して作成した材料に
よって混合層を形成しておき、さらにこの端子上に端子
を形成して、この端子にリード線を溶着する。
次に本発明の具体的な実施例を図を用いて詳細に説明す
る。第3図、第4図は各々本発明の一実施例を示しへ断
面図である。また第5図は従来例と不発間者実施例によ
る端子接、続構造との接合特性を測定したvF性図−で
ある。 1まず笛3図の実施例を説明する。このセ
ンサ素子は、従来法により溶着した電極端子3とリード
線4の上より接合部を包含する様に無機接着剤5を用い
て補強したものである。無機接着剤5は、その熱膨張率
が基板1の材料と差の小なるものを用いる。
る。第3図、第4図は各々本発明の一実施例を示しへ断
面図である。また第5図は従来例と不発間者実施例によ
る端子接、続構造との接合特性を測定したvF性図−で
ある。 1まず笛3図の実施例を説明する。このセ
ンサ素子は、従来法により溶着した電極端子3とリード
線4の上より接合部を包含する様に無機接着剤5を用い
て補強したものである。無機接着剤5は、その熱膨張率
が基板1の材料と差の小なるものを用いる。
この実施例においては、まずアルミナ絶縁基板1に、ヌ
クリーン印刷法で電極端子3を形成した。厚膜導体には
日中マッセイT R760Aを用いた。印刷後これを1
200℃で2時間、箱型シリコニット炉にて焼成し7た
。つぎに、無機接着剤を前記リード線4と電極端子3の
上部よシ、端子部全体を包含するように塗布した。塗布
後、乾燥して、850℃、10分間焼付を行った。これ
により無機接着剤5による接合構造が得られた。
クリーン印刷法で電極端子3を形成した。厚膜導体には
日中マッセイT R760Aを用いた。印刷後これを1
200℃で2時間、箱型シリコニット炉にて焼成し7た
。つぎに、無機接着剤を前記リード線4と電極端子3の
上部よシ、端子部全体を包含するように塗布した。塗布
後、乾燥して、850℃、10分間焼付を行った。これ
により無機接着剤5による接合構造が得られた。
本実施例では無機接着剤として、東亜合成化学制アロン
セラミックD型を周込た。
セラミックD型を周込た。
本構造によれば、無機接着剤5による接着効果により接
合力が強大になるとともに、該接着剤5とアルミナ絶縁
基板1とは熱膨張率差が小さいので、くり返しの加熱冷
却に際しても接合力は弱捷らない。よって、加熱を要す
るセンサ素子における構造として好適である。
合力が強大になるとともに、該接着剤5とアルミナ絶縁
基板1とは熱膨張率差が小さいので、くり返しの加熱冷
却に際しても接合力は弱捷らない。よって、加熱を要す
るセンサ素子における構造として好適である。
次に第4図を用いて次の実施例を説明する。
まず、アルミナ基板1上にアルミナ−白金混合層6を形
成した。このアルミナ−白金混合材は次の工程によって
作成した。
成した。このアルミナ−白金混合材は次の工程によって
作成した。
アルミナ粉末(Atρ39j 5iO26,MqO′り
重量%)に日中マッセイ株製白金ペーストT R7(S
o Aをアルミナ10に対して白金ペースト1で混合し
た。
重量%)に日中マッセイ株製白金ペーストT R7(S
o Aをアルミナ10に対して白金ペースト1で混合し
た。
それぞれを秤鎗後、らいかい機にて24時間混合し、こ
の混合材301に対し、α−テレピネオールを主成分と
した有機ビヒクルを1mL添加し、三本ロールで1時間
混練した。このようにしてペースト状としたアルミナ−
白金混合材をアルミナ絶縁基板1にスクリーン印刷法に
て165メツシユのスクリーン版を周込て、厚さ10〜
15μmとなるように印刷した。乾燥後、箱型シリコニ
ット炉にて1200℃、2時間で焼成した。このアルミ
ナ−白金混合ペーストは上記条件で焼成すると、絶縁基
板であるアルミナ材に混合層中のアルミナが固着する。
の混合材301に対し、α−テレピネオールを主成分と
した有機ビヒクルを1mL添加し、三本ロールで1時間
混練した。このようにしてペースト状としたアルミナ−
白金混合材をアルミナ絶縁基板1にスクリーン印刷法に
て165メツシユのスクリーン版を周込て、厚さ10〜
15μmとなるように印刷した。乾燥後、箱型シリコニ
ット炉にて1200℃、2時間で焼成した。このアルミ
ナ−白金混合ペーストは上記条件で焼成すると、絶縁基
板であるアルミナ材に混合層中のアルミナが固着する。
走査型電子顕微鏡による表面および断面分析を行なうと
、アルミナ層上に白金が点在していて、さらにこの混合
材層の断面を観察すると、比較的上層部に白金が集合し
ていることがわかった。
、アルミナ層上に白金が点在していて、さらにこの混合
材層の断面を観察すると、比較的上層部に白金が集合し
ていることがわかった。
次に、上記したアルミナ白金混在層乙に、電極端子3が
重なるように電極をスクリーン印刷法で400メツシー
のスクリーン版を用すて厚さ10〜15μmとなるよう
に印刷し、乾燥後、箱型シリコニット炉にて1200℃
、2時間で焼成した。
重なるように電極をスクリーン印刷法で400メツシー
のスクリーン版を用すて厚さ10〜15μmとなるよう
に印刷し、乾燥後、箱型シリコニット炉にて1200℃
、2時間で焼成した。
このように重ね合せた電極端子6及び6の断面分析を行
い、固着力の低い従来法であるアルミナ基板に白金ベー
ス) (TR−y6oA )を印刷したものとを比較す
ると、本発明の混合材層6と白金電極層3との境界に白
金の帯状の層が形成されてaることかわかった。これは
、混合材層部6の白金が、上部の電極層3とが良く重着
しているものと考えられる。
い、固着力の低い従来法であるアルミナ基板に白金ベー
ス) (TR−y6oA )を印刷したものとを比較す
ると、本発明の混合材層6と白金電極層3との境界に白
金の帯状の層が形成されてaることかわかった。これは
、混合材層部6の白金が、上部の電極層3とが良く重着
しているものと考えられる。
一方アルミナ基板に直接白金ペーストを印刷して形成し
た従来法では白金層の断面には境界部に前記固着層と思
われるものは見当らない。
た従来法では白金層の断面には境界部に前記固着層と思
われるものは見当らない。
上記の如く、本構造はアルミナ白金混合層6の存在によ
り、この層6がアルミナ基板1にも白金端子3にも強力
に接合し、従ってその接合力は大力るものになる。かつ
、混合層6は、アルミナ基板1とも白金とも熱膨張率差
は小さく、前記実施例と同様の効果を奏し得る。さらに
前記例と同じ様に、溶着部に基板1と熱膨張率差の小さ
い無機接着剤を包含塗布して、接合強度を一層高めるこ
ともできる。
り、この層6がアルミナ基板1にも白金端子3にも強力
に接合し、従ってその接合力は大力るものになる。かつ
、混合層6は、アルミナ基板1とも白金とも熱膨張率差
は小さく、前記実施例と同様の効果を奏し得る。さらに
前記例と同じ様に、溶着部に基板1と熱膨張率差の小さ
い無機接着剤を包含塗布して、接合強度を一層高めるこ
ともできる。
第5図は、従来法と本発明の上記各実施例との接合強度
の比較結果を示すものである。この図においては電極端
子とリード線との接合強度を各々比較してe注口にして
示した。従来法。
の比較結果を示すものである。この図においては電極端
子とリード線との接合強度を各々比較してe注口にして
示した。従来法。
本発明の第3図の実施例、第4図の実施例の各々のデー
タ結果を、それぞれ符号1. It、 IIIで示す
。この結果からも明らかなように、本発明の実施例によ
る接合強度は曲線■及び■で示したごとく、従来法であ
る曲線■に比較し格段に向上しており、規格を満たすと
ともに、断熱実装法がb1能となり、加熱用ヒータへの
供給電力をも従来ステムに固定していた場合の2.5F
から1、eJVへと低減することができた。
タ結果を、それぞれ符号1. It、 IIIで示す
。この結果からも明らかなように、本発明の実施例によ
る接合強度は曲線■及び■で示したごとく、従来法であ
る曲線■に比較し格段に向上しており、規格を満たすと
ともに、断熱実装法がb1能となり、加熱用ヒータへの
供給電力をも従来ステムに固定していた場合の2.5F
から1、eJVへと低減することができた。
本発明によれば、従来に比して格段の接合強度の向上が
達成できる。捷た加熱を伴うセンサ素子を断熱実装する
ことも十分可能となった。
達成できる。捷た加熱を伴うセンサ素子を断熱実装する
ことも十分可能となった。
さらに加熱冷却によって熱膨張係数の異なることから発
生する接合劣化もな−リード線接合構造にすることも可
能であって、これによってステムピン間に断熱実装法を
適用することも可能となり、加熱用ヒータへの印加電力
を低減させることができた。
生する接合劣化もな−リード線接合構造にすることも可
能であって、これによってステムピン間に断熱実装法を
適用することも可能となり、加熱用ヒータへの印加電力
を低減させることができた。
第1図は、一般のセンサ素子の斜視図、第2図は従来の
電極端子とリード線接合部の拡大図である。第3図及び
第4図は各々本発明の一実施例を示した端子部断面図で
ある。第5図は従来例と本発明実施例との接合強度を比
較して示した特性図である。 1・・・絶縁基板 3,3′・・・電極端子4
、4’ 、IJ−ド線 5・・・無機接着剤6・
・・アルミナ−白金混合層 茅5図 −289
電極端子とリード線接合部の拡大図である。第3図及び
第4図は各々本発明の一実施例を示した端子部断面図で
ある。第5図は従来例と本発明実施例との接合強度を比
較して示した特性図である。 1・・・絶縁基板 3,3′・・・電極端子4
、4’ 、IJ−ド線 5・・・無機接着剤6・
・・アルミナ−白金混合層 茅5図 −289
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 絶縁基板上に形成したセンサ用電極端子にリード
線を溶着するとともに、該溶着部を無機接着剤により接
合包持し、前記無機接着剤はその熱膨張率が絶縁基板の
熱膨張率と差が小なるものを用いることを特徴とするセ
ンサ素子。 2、 絶縁基板上に形成したセンサ用電極端子にリード
線を溶着するとともに、該絶縁基板上にはあらかじめ絶
縁基板材料と端子材料とを混合して作成した混合材層を
設けておき、該混合材層の上にセンサ用電極端子を形成
し7てこれにリード線を溶着することを特徴とするセン
サ素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22682682A JPS59119250A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | センサ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22682682A JPS59119250A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | センサ素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59119250A true JPS59119250A (ja) | 1984-07-10 |
Family
ID=16851187
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22682682A Pending JPS59119250A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | センサ素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59119250A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5081764A (en) * | 1988-06-09 | 1992-01-21 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Terminal structure and process of fabricating the same |
-
1982
- 1982-12-27 JP JP22682682A patent/JPS59119250A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5081764A (en) * | 1988-06-09 | 1992-01-21 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Terminal structure and process of fabricating the same |
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