KR19990023758A - Ｓｍｄ-소자를 포함하는 회로 장치, 특히 온도 센서, 및 온도 센서 제조 방법 - Google Patents

Ｓｍｄ-소자를 포함하는 회로 장치, 특히 온도 센서, 및 온도 센서 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SMD-소자(1)를 포함하는 회로 장치, 특히 두 개의 전기 전도성 접촉부(electroconductive contacts; 2a, 2b)를 구비하며, 서미스터 소자(1)를 갖는 온도 센서에 관한 것으로, 상기 전기 전도성 접촉부 각각은 기판(4) 상에 제공된 전도체 트랙(conductor track; 3a, 3b)에 전도적으로 연결된다. 상기 SMD-소자(1)와 전도체 트랙 사이의 확고한 기계적 연결뿐만 아니라 양호한 전기 전도성 연결은, 상기 접촉부(2a, 2b) 각각이 상기 전도체 트랙(3a, 3b)으로의 연결을 형성하는 금속-유리 층(6)으로 이루어지고, 상기 금속-유리 층(6)이 유리 입자를 포함하는 금속을 상기 유리 입자의 용융 또는 연화(softening)가 발생할 때까지 가열함으로써 제조되는 점에서 달성된다. 본 발명은 또한 온도 센서 제조 방법 및 이러한 연결을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

ＳＭＤ-소자를 포함하는 회로 장치, 특히 온도 센서, 및 온도 센서 제조 방법
본 발명은 SMD-소자를 포함하는 회로 장치, 특히 두 개의 전기 전도성 접촉부(electroconductive contacts)를 구비하며, 서미스터 소자를 갖는 온도 센서에 관한 것으로, 상기 전기 전도성 접촉부 각각은 기판 상에 제공된 전도체 트랙(conductor track)에 전도적으로 연결된다. 또한 본 발명은 SMD-소자의 접촉부 및 기판 상의 전도체 트랙 사이의 전기 전도성 연결을 제조하는 방법뿐만 아니라 온도 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이러한 온도 센서는 JP-A 4-91401호에 공지되어 있다. 상기 문헌에서, 서미스터 소자는 알루미늄 지지 소자(aluminium supporting element)의 표면에 제공된 박막 소자(thin-film element)이다. 서미스터 소자의 양 측면에서, 막 전극(film electrode)이 상기 지지 소자 상에 정렬된다. 상기 전극과 기판 상의 전도체 트랙 사이에 전기 전도성 연결을 제조하기 위해서, 지지 소자 및 상기 전극 둘 다는 보링 구멍(bore hole)을 구비하여 이 구멍을 통해 전기 전도성 소자는 상기 전극 및 전도체 트랙을 서로 연결하도록 뻗어있다.
본 발명의 목적은 향상된 접촉부를 갖는 SMD-소자를 포함하는 서두에 언급된 회로 장치와, 쉽게 제조될 수 있는 온도 센서 및 온도 센서의 간단한 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 회로 장치 및 온도 센서와 관련된 목적은 전도체 트랙에 대한 연결을 형성하는 금속-유리 층으로 접촉부가 이루어지는 점과, 상기 금속 유리 층이 금속을 포함하는 유리 입자를 상기 유리 입자가 용융 또는 연화(softening)가 발생할 때까지 가열함으로써 형성되는 점에서 달성된다.
금속-유리 층 형태의 접촉부는 전도체 트랙에 대해서 (금속 성분으로 인한) 전기 전도성 연결뿐만 아니라 (유리 입자를 녹이거나 가열하고, 그 후 냉각함으로써 생성된 유리로 인한) 단단한 기계적 연결을 형성한다. 상기 서미스터 소자와 상기 전도체 트랙 상의 납땜된 연결 사이의 절연 거리를 최대로 하기 위한, 공지의 온도 센서에 제공된 고가의 보링 구멍은 본 발명에 따른 회로 장치 및 온도 센서에서는 불필요한데, 그 이유는 금속-유리 층의 유리가 측정될 온도에서 녹지 않고 그 결과 기계적 연결이 파괴될 수 없기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 접촉부는 은, 구리, 금, 백금 또는 백금 합금과 같은 이러한 물질을 포함하는 합금을 포함한다. 금속의 선택은 어플리케이션, 특히 측정될 온도에 의존한다. 대략 1100℃까지의 고온에 대해 특히 백금이 적합하다. 전도체 트랙이 은, 구리, 금, 백금 또는 이러한 물질을 포함하는 합금으로 구성되는 본 발명의 다른 실시예에 대해서도 이것은 동일하게 적용된다.
바람직하게는, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 서미스터 소자가 반도체 세라믹 물질로 구성된다. 특히 희토 산화물 금속(rare earth metals)의 혼합 크리스탈 산화물로 구성된 반도체 세라믹은 아주 양호한 고온 안정성 및 장기간 안정성을 나타내며 1100℃까지의 고온을 측정하기 위한 온도 센서에 적절하게 사용될 수 있다. 이러한 서미스터 소자는 유럽 특허 출원 제 97201494.8호에 개시되어 있다. 반도체 세라믹으로 구성된 서미스터 소자는 또한 이들이 큰 출력 신호를 제공하여 결과적으로 이 신호를 처리하는데 필요한 회로 장치가 최신 기술의 열-소자에 필요한 회로 장치에 비해서 상대적으로 간단한 구성으로 될 수 있다는 이점을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에서, 금속 접촉부가 고온에서 산화 작용을 받게되는 것을 방지하고, 필요하다면, 서미스터 소자 및 기판 사이의 기계적 연결을 강화하기 위해서, 서미스터 소자 및/또는 접촉부는 유리 및/또는 세라믹 물질로 구성된 층으로 피복된다. 이러한 층은 이미 전도체 트랙에 연결되어 있는 서미스터 소자를 유리 및/또는 세라믹 분말(powder)을 포함하는 페이스트(paste)에 담그고, 그 후 접촉부를 형성하는 금속-유리 층의 유리의 용융 온도 이하의 온도에서 이것을 화로(furnace) 내에서 가열함으로써 제조될 수 있다. 이러한 과정에서, 유리는 페이스트 내에서 용융되거나 또는 세라믹 분말이 구워지고(baked), 그 결과 솔리드 층이 형성된다.
접촉부를 형성하기 위해, 유리 입자를 포함하는 금속 페이스트가 서미스터 소자의 두 단부면(two end faces)에 제공되는 점에서 온도 센서 제조 방법의 목적이 달성되는데, 상기 접촉부의 각각은 기판 상에 제공된 전도체 트랙과 접촉되며, 상기 접촉부는 유리 입자가 용융 또는 연화가 발생할 때까지 가열되고, 그 후 냉각된다. 이러한 방법은, 온도가 증가할수록 그 저항이 감소하는 음의 온도 계수(negative temperature coefficient; NTCs)를 갖는 온도 센서를 제조하고, 또한 온도가 증가할수록 그 저항이 증가하는 양의 온도 계수(positive temperature coefficient; PTCs)를 갖는 온도 센서를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 상기 접촉부는 화로 내에서 가열되는 것이 바람직하지만, 그러나, 서미스터 소자에 손상을 주지 않는다면, 상기 접촉부를 뜨거운 가스 빔 또는 다른 것으로 가열하는 것도 가능하다.
본 발명은 또한 SMD-소자의 접촉부와 기판 상의 전도체 트랙 사이의 전기 전도성 연결을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 접촉부를 형성하기 위해서, 유리 입자를 포함하는 금속 페이스트가 SMD-소자의 표면상에 제공되고, 상기 접촉부는 전도체 트랙과 접촉하게 되고, 상기 접촉부는 유리 입자가 용융 또는 연화가 발생할 때까지 가열되고, 그 후 냉각되는 점을 특징으로 한다. 이것은, 예를들면, 통상적인 SMD-저항기 또는 SMD-커패시터가 기판 상에서 기계적으로 단단히 제공되는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 온도 센서는 고온, 특히 예를들면 차량의 배기가스 또는 촉매 변환기 온도인 500℃∼1100℃ 사이의 범위에 있는 온도를 측정하는데, 또는 차량 제어 시스템에서의 서머스탯(thermostat)으로서 적절히 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 온도 센서는 산업 폐기물 가스 온도 측정을 위해 사용될 수도 있다.
본 발명의 이들 및 다른 양상은 첨부된 도면을 참조로 하기에 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 온도 센서.
도 2는 확대된 금속-유리 층.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : SMD-소자 2a, 2b : 전기 전도성 접촉부
3a, 3b : 전도체 트랙 4 : 기판
6 : 금속-유리 층
도 1은 두 개의 측면 단부면(side end faces)에 전기 전도성 접촉부(2a 및 2b)를 포함하는 서미스터 소자(1)를 도시한다. 접촉부(2a 및 2b) 각각은 전도체 트랙(3a, 3b)에 전기적으로 전도적이고 단단히 연결되어 있는데, 상기 전도체 트랙은, 예를들면, 포토리소그래픽적으로(photolithographically) 기판(4) 상에 제공된다. 연결 리드(5a, 5b) 각각은 기판(4)의 단부의 위치, 즉 냉각 단부(cold end)(서미스터 소자(1)가 정렬되는 기판(4)의 뜨거운 단부(hot end)와 반대이다)에서 서미스터 소자(1)로부터 조금 떨어져서 전도체 트랙(3a, 3b)에 각각 납땜된다. 상기 접촉부(2a, 2b)를 제조하기 위해서, 먼저, 서미스터 소자의 단부면은 주로 백금으로 이루어진 페이스트에 담겨져서 유리 입자(1∼10㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 분말 형태(powdered form)로 질량에서 대략 1∼10% 정도)가 부가된다. 또한, 상기 페이스트는 적절한 결합 약품(binding agents) 및 용매를 포함한다. 상기 페이스트는 또한 분말 형태의 백금을 포함한다. 계속해서, 서미스터 소자(1)는 상기 접촉부(2a, 2b) 및 전도체 트랙(3a, 3b)이 서로 접촉하도록 기판(4) 상에 정렬된다. 고온에서의 가열 동작에 있어서, 먼저 결합 약품 및 용매가 연소되고, 유리의 형태 및 온도에 따라서, 유리 입자는 녹거나 연화되기 시작한다(예를들면 1300℃). 계속해서, 분말의 백금은 용융된 유리에서 서로 소결(sinter)되고, 유리가 후속하는 냉각 동작에서 고형화된 후, 백금 및 유리는 상기 접촉부(2a 또는 2b)을 형성하는 고체의 금속-유리 층을 서로 형성한다. 결과적으로, 접촉부(2a, 2b) 및 전도체 트랙(3a, 3b) 사이에서의 단단한 기계적 연결(고착)이 달성되는데, 이것은 금속-유리 층의 주성분이 백금이기 때문에 전기 전도적이다.
도 2는 서미스터 소자(1)의 세라믹(9) 상의 금속-유리 층을 확대하여 도시한다. 도 2는 경화된 유리(8)를 도시하는데, 그 안에서 서로 소결된 백금(sintered-together platinum; 7)이 불규칙하게 배치되어 있다. 경화된 유리(8)는 또한 세라믹(9)과의 확고한 연결을 초래한다.
유리가 용융되거나 연화되는 온도는 사용되는 유리 형태에 의존하며 온도 센서에 의해 측정되는 최고 온도보다 물론 높아야만 한다. 과거 유리-입자 함유량은 충분히 커야만 했는데, 그렇지 않으면 접촉부(2a, 2b) 및 전도체 트랙(3a, 3b) 사이에서 충분히 확고한 연결을 유지할 수 없었기 때문이다. 한편, 유리-입자 함유량은 너무 크면 안되는데, 그렇지 않으면, 서미스터 소자(1)와 접촉부(2a, 2b) 사이에서 전기 전도성 연결이 나타나지 않거나, 아주 약하게되기 때문이다. 기판(4)에 대해서, 알루미늄 산화물이나, 또는 BeO, MgO, AlN 또는 고온에 저항력이 있는 다른 물질이 적절하게 사용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 두 개의 전기 전도성 접촉부(2a, 2b)를 갖는 SMD-소자(1)를 포함하는 회로 장치로서, 상기 접촉부 각각은 기판(4) 상에 제공된 전도체 트랙(3a, 3b)에 전도적으로 연결되는 회로 장치에 있어서,
    상기 접촉부(2a, 2b)의 각각은 상기 전도체 트랙(3a, 3b)에 대한 연결을 형성하는 금속-유리 층(6)으로 구성되고, 상기 금속-유리 층(6)은 유리 입자를 포함하는 금속을 상기 유리 입자가 용융 또는 연화가 발생할 때까지 가열함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 접촉부(2a, 2b)는 은, 구리, 금, 백금 또는 이러한 물질을 포함하는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전도체 트랙(3a, 3b)은 은, 구리, 금, 백금 또는 이러한 물질을 포함하는 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  4. 각각이 기판(4) 상에 제공된 전도체 트랙(3a, 3b)에 전도적으로 연결된 두 개의 전기 전도성 접촉부(2a, 2b)를 구비하는 서미스터 소자(1)를 포함하는 온도 센서에 있어서,
    각각의 접촉부(2a, 2b)는 상기 전도체 트랙(3a, 3b)으로의 연결을 형성하는 금속-유리 층(6)으로 구성되고, 상기 금속-유리 층(6)은 유리 입자를 포함하는 금속을 상기 유리 입자가 용융 또는 연화가 발생할 때까지 가열함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 서미스터 소자(1)는 반전도성 세라믹 물질, 특히 희토 산화물 금속(rare earth metals)의 혼합된 크리스탈 산화물로 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 서미스터 소자(1) 및/또는 접촉부(2a, 2b)는/들은 유리 및/또는 세라믹 물질로 구성된 층으로 피복되는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
  7. 온도 센서 제조 방법에 있어서,
    접촉부(2a, 2b)를 형성하기 위해서, 유리 입자를 포함하는 금속 페이스트가 서미스터 소자(1)의 두 단부면(end faces)에 제공되고, 상기 접촉부(2a, 2b)의 각각은 기판(4) 상에 제공된 전도체 트랙(3a, 3b)과 접촉하게 되고, 상기 접촉부(2a, 2b)는 상기 유리 입자가 용융 또는 연화(softening)가 발생할 때까지 가열되고, 그 후 냉각되는 것을 특징으로 하는 온도 센서 제조 방법.
  8. SMD-소자(1)의 접촉부(2a, 2b)와 기판(4) 상의 전도체 트랙(3a, 3b) 사이에 전기 전도성 연결을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 접촉부(2a, 2b)를 형성하기 위해서, 유리 입자를 포함하는 금속 페이스트는 SMD-소자(1)의 표면상에 제공되고, 상기 접촉부(2a, 2b)는 상기 전도체 트랙(3a, 3b)과 접촉하게 되며 상기 접촉부(2a, 2b)는 상기 유리 입자의 용융 또는 연화가 발생할 때까지 가열되고, 그 후 냉각되는 것을 특징으로 하는 전기 전도성 연결 제조 방법.
  9. 500℃∼1100℃ 사이의 범위에 있는 고온, 예를들면 차량의 배기 가스 온도 또는 촉매 변환기 온도(catalytic-converter temperature)를 측정하기 위해 제 4항에 청구된 온도 센서의 사용.
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