NL8700311A

NL8700311A - Werkwijze voor het tot stand brengen van een elektrische en mechanische verbinding tussen twee lichamen, in het bijzonder een membraan en een ondersteuning van een dikke-filmdruksensor en inrichtingen vervaardigd volgens deze werkwijze.

Info

Publication number: NL8700311A
Application number: NL8700311A
Authority: NL
Original assignee: Marelli Autronica
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1987-02-10
Publication date: 1987-09-01
Also published as: JPH09346U; IT8667095A0; FR2594286B1; BR8700718A; PT84261A; JPS62190627A; CH670000A5; FR2594286A1; DE3703925C2; US4771261A; BE1001888A3; DE3703925A1; IT1203535B; PT84261B; ES2004369A6; GB2186438A; GB8702241D0; GB2186438B

Description

N.0.34.329 1

Werkwijze voor het tot stand brengen van een elektrische en mechanische verbinding tussen twee lichamen, in het bijzonder een membraan en een ondersteuning van een dikke-filmdruksensor en inrichtingen vervaardigd volgens deze werkwijze.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het tot stand brengen van de mechanische en elektrische verbinding tussen een eerste lichaam en een tweede lichaam, in het bijzonder het membraan en de ondersteuning van een druksensor, van welke lichamen het eerste tenminste 5 een geleidend element op het oppervlak daarvan draagt, dat moet worden gericht naar het tweede lichaam, waarbij het tweede lichaam tenminste een doorvoergat tussen het naar het eerste lichaam gerichte vlak en het tegenoverliggende vlak voor een elektrische verbinding heeft, welk gat tenminste ten dele voorzien is van een elektrisch geleidende laag voor 10 de elektrische verbinding met het geleidende element van het eerste lichaam.

Bekende werkwijzen voor het tot stand brengen van elektrische verbindingen tussen de geleidende gebieden van het membraan en de metaal-laag van de verbindende gaten van de ondersteuning is niet geheel be-15 vredigend. In feite hechten de gebruikte geleidende harsen die in het bijzonder van het organische matrix-type zijn, aan de anorganische metaal!aag van de gaten van de ondersteuning en aan het anorganische materiaal waaruit de geleidende gebieden van het membraan zijn gevormd, welke hechting niet steeds absoluut veilig en betrouwbaar is. Bovendien 20 is het spuiten van de geleidende hars in de gaten niet eenvoudig en beïnvloedt de totale bewerkingstijd van de sensoren zeer nadelig.

De uitvinding heeft ten-doel te voorzien in een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort, waarbij het mogelijk is om sneller een veiliger en meer betrouwbare mechanische en elektrische verbinding tus-25 sen twee lichamen te bereiken, die de genoemde eigenschappen hebben, in het bijzonder het membraan en de ondersteuning van een druksensor.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat voor het op elkaar plaatsen van de lichamen, een bekleding van elektrisch geleidend materiaal in een glasachtige matrix op het naar het eerste lichaam ge-30 richte vlak van het tweede lichaam aangrenzend aan tenminste een gat wordt neergeslagen, waarbij de laag zich tenminste gedeeltelijk tot in het gat uitstrekt en wordt verbonden met de metaal!aag van het gat; doordat de lichamen daarna op elkaar worden geplaatst, waarbij de respectieve lijmlagen in contact met elkaar komen en de geleidende laag 87003 11

** · V

2 van het tweede lichaam in aanraking wordt gebracht met het geleidende element van het eerste lichaam; en doordat de lichamen daarna worden verwarmd om gelijktijdig de lijmlagen te laten smelten en de op het tweede^lichaam aangebrachte geleidende laag te doen sinteren, alsmede 5 de hechting van deze laag aan het geleidende element van het eerste lichaam tot stand te brengen.

De uitvinding heeft ook betrekking op inrichtingen die volgens deze werkwijze zijn vervaardigd.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van 10 de tekeningen, waarin: figuur 1 een aanzicht in perspectief van een bekende druksensor toont;, figuur 2 een aanzicht met uiteengenomen onderdelen van de druksensor volgens figuur 1 weergeeft; 15 figuur 3 eert onderaanzicht van de sensor volgens figuur 1 voorstelt; figuren 4 en 5 deel doorsneden op vergrote schaal illustreren, waarin het membraan en de ondersteuning van de sensor volgens figuur 1 voorafgaand aan en na de mechanische en elektrische verbinding volgens 20 de bekende werkwijze te zien zijn; en figuren 6 en 7 deel doorsneden tonen, die het membraan en de ondersteuning van de sensor volgens figuur 1 illustreren voorafgaand aan en na de verbinding volgens de werkwijze van de uitvinding.

De figuren 1 t/m 3 illustreren een druksensor die bestaat uit 25 piëzo-weerstandstransducenten gevormd door dikke-filmweerstanden. De geïllustreerde bekende inrichting omvat een hoofdzakelijk cirkel vormig membraan 1 in de vorm van een schijf uit zeer dun keramisch materiaal en· een basisondersteuning 2 die eveneens hoofdzakelijk cirkelvormig is en gevormd is uit een keramisch materiaal. Het oppervlak van de on-30 dersteuning 2 dat naar het membraan 1 (figuur 2) is gericht, heeft een ringvormig uitstekend randgedeelte 2a. Op het naar de ondersteuning 2 gerichte vlak is het membraan 1 voorzien van dikke-filmweerstanden R die door middel van zeefdrukken zijn aangebracht, geleidende banen P die met de weerstanden R zijn verbonden en kleine geleidende delen of 35 gebieden E die op onderlinge afstanden rondom de omtrek van het membraan zijn aangebracht. De geleidende banen P en de gebieden E zijn eveneens door middel van zeefdrukken op het membraan aangebracht volgens de dike-filmneerslagmethode. Zoals in figuur 2 is getoond heeft de ondersteuning 2 doorvoergaten F voor een elektrische verbinding in re-40 latieve posities die overeenkomen met de relatieve posities van de ge- 8700311 V iè 3 bieden E van het membraan 1. Kleine gebieden uit geleidend dikke-film-materiaal, aangegeven met I, zijn door middel van zeefdrukken op het benedenvlak 2b van de ondersteuning 2 rondom de openingen van de gaten F aangebracht. Geleidende banen Q zijn eveneens door middel van de 5 dikke-filmmethode op het vlak 2b van de ondersteuning 2 aangebracht.

Zoals uit de deel doorsnede van figuur 4 bli jkt, is elk gat F voorzien van een dunne metaallaag C op de wand daarvan, welke laag is verbonden met het respectieve geleidende gebied I op het benedenvlak 2b van de ondersteuning 2.

10 Teneinde de in de figuren 1 t/m 5 getoonde sensor te vervaardigen, wordt volgens de huidige werkwijze aanvankelijk de banen P en de geleidende gebieden E op het membraan 1 en op (te ondersteuning 2 aangebracht door middel van zeefdrukken, waarna de dikke-filmweerstanden R weer door middel van zeefdrukken worden neergeslagen. De banen Q en de ge-15 bieden I worden daarna door middel van zeefdrukken op het benedenvlak 2b van (te ondersteuning 2 neergeslagen en tegelijkertijd worden de gaten R gemetalliseerd. Het membraan wordt daarna op het uitstekende gedeelte 2a van de ondersteuning 2 op de volgende wijze bevestigd. Een dunne laag uit glasachtig lijm 4 wordt door middel van zeefdrukken op 20 het uitstekende gedeelte 2a van de ondersteuning 2 neergeslagen, welke laag gaten 4a heeft, die rondom de openingen van de gaten F zijn gecentreerd. Een corresponderende laag uit glasachtig lijm 5 wordt door middel van zeefdrukken op het ringvormige randdeel van het vlak van het membraan 1 neergeslagen, welk deel naar de ondersteuning 2 moet worden 25 gericht. Het membraan 1 wordt daarna tegen de ondersteuning 2 geplaatst, waarbij de respectieve lagen 5 en 4 met elkaar in contact worden gebracht. De lagen lijm worden daarna verwarmd, doordat het samenstel door een oven wordt geleid, zodat de lagen smelten en de vaste en betrouwbare verankering van het membraan op de ondersteuning tot stand 30 brengen. Zijn deze bewerkingen eenmaal uitgevoerd, wordt een bepaalde hoeveelheid geleidende hars, in figuur 5 met D aangegeven, door middel van een injectiespuit in de gaten F gespoten. De ingespoten geleidende hars vormt na polymerisatie, bijvoorbeeld in een oven, de elektrische verbinding tussen de geleidende gebieden E op het membraan en de gelei-35 dende laag C van de wanden van de gaten F, zodat de weerstanden R die als piëzo-weerstandstransducenten werken, worden verbonden met de geleidende gebieden die op het benedenvlak van de ondersteuning 2 zijn aangebracht. Deze gebieden kunnen daarna met elektronische schakelingen worden verbonden voor het waarnemen van de wëerstandsvariaties van de 40 weerstanden.

____-___ 8700311 T ♦“ 4

Volgens de uitvinding worden een membraan 1 en een ondersteuning 2 hoofdzakelijk op de hierboven beschreven wijze ingericht. In het bijzonder worden de geleidende banen P en de gebieden E eerst door middel van de dikke-filmmethode op het membraan 1 neergeslagen. Hierop volgt 5 een fase van bakken in een oven. De dikke-filmweerstanden R worden daarna door middel van zeefdrukken op het membraan 1 aangebracht. Er volgt een verder voeren door een oven. De laag van glasachtig lijm 5 wordt daarna ook door middel van zeefdrukken neergeslagen, waarbij de cirkelvormige of elliptische gebieden 5a die met de geleidende gebieden 10 E corresponderen, vrij worden gelaten. Op dezelfde wijze worden de banen Q en de geleidende gebieden I eerst door middel van zeefdrukken op de ondersteuning 2 aangebracht en worden de wanden van de gaten F daarna gemetalliseerd. De ondersteuning wordt vervolgens door een oven gevoerd. De laag van glasachtig lijm 4 wordt daarna op het ringvormige 15 uitstekende deel 2a neergeslagen, waarbij de gebieden 4a rondom de ope-ningen de gaten F vrij worden gelaten. Na deze volgorde van bewerkingen hebben het membraan 1 en de ondersteuning 2 de respectieve in figuur 4 getoonde configuraties aangenomen.

Volgens de uitvinding worden voorafgaand aan het op elkaar plaat-20 sen van het membraan en de ondersteuning, geleidende lagen door middel van zeefdrukken op het ringvormige uitstekende deel 2a van de ondersteuning aangebracht, waarbij de gaten 4a vrij van lijm 4 worden gehouden. Een dergelijke laag is bijvoorbeeld in figuur 6 getoond, waar deze met W is aangegeven. Deze laag wordt bij voorkeur gevormd door een ge-25 leidende dikke-filmpasta die metaal deeltjes in een glasachtige matrix bevat. Elke laag wordt aangebracht door neerslag van een kleine hoeveelheid van een dergelijke geleidende pasta op de bovenste opening van een gat F, waarbij tegelijkertijd een lage druk op de benedenopening van dit gat wordt uitgeoefend, zodat tenminste een gedeelte van dit ma-30 teriaal op de wanden van het gat wordt gezogen. De laag W strekt zich dus uit over de randen van de bovenopening van het gat F tot in het gat en wordt op de metaallaag C geplaatst. Na deze neerslagbewerking op de ondersteuning 2, worden de geleidende lagen W bijvoorbeeld bij 150“C gedurende 20 tot 30 minuten gedroogd.

35 Onderzoekingen hebben aangetoond dat de optimale dikten (na drogen) van de diverse elementen of lagen die op het membraan 1 en op de ondersteuning 2 zijn neergeslagen, binnen de volgende gebieden liggen: dikte van de geleidende elementen E: 5-15 /urn en bij voorkeur 10-20 /urn; 40 - dikte van de laag lijm S neergeslagen op het membraan 1: 8700311 V ' * 5 15-3D /urn, bij voorkeur 20-25 /um; dikte van (te Taag lijm 4 neergeslagen op de ondersteuning 2: 5-15 /um, bij voorkeur 10-12 /urn; dikte van de geleidende lagen W: 15-40 /urn.

5 Eveneens is gevonden dat de beste resultaten worden bereikt, wanneer de som van de dikten van de geleidende elementen E en de lagen W groter zijn dan de son van de dikten van de lagen lijm 4 en 5 met een bedrag tussen 4 en 25 /um.

Na het drogen kan het membraan 1 tegen de ondersteuni ng 2 worden 10 geplaatst, zodat de respectieve lagen van glasachtige lijm 4-5 naar elkaar toe zijn gekeerd en de ringvormige bovendelen van de geleidende lagen W in contact komen met de corresponderende geleidende gebieden E van het membraan 1.

De onderseuning en het daarop geplaatste membraan worden daarna 15 door een oven geleid, waar zij op een temperatuur worden gebracht, die zo hoog is dat de lagen van glasachtig lijm 4, 5 opnieuw smelten, die coalesceren en een stabiele hechting wordt bereikt door sinteren van de materialen van (te geleidende lagen W en de geleidende gebieden E. De op deze wijze bereikte hechting is een glasachtige matrix en is dus 20 zeer sterk en stabiel.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding is het daarom niet langer noodzakelijk om geleidende hars in te spuiten en deze daarna te laten polymeriseren. Bovendien is uit mechanisch en elektrisch oogpunt de verbinding tussen de geleidende gebieden E van het membraan 1 en de 25 metaallaag C van de ondersteuning veel sterker en meer betrouwbaar. Het vormen van de metaallaag van de wanden van de verbindingsgaten F is ook veel minder kritisch, doordat als gevolg van het aanzuigen van het materiaal voor de lagen W in de gaten F gedurende de neerslag van deze gaten, het niet langer strikt noodzakelijk is dat de geleidende laag C 30 van (te gaten zich perfect over de gehele axiale lengte van de gaten uitstrekt.

Het door middel van zeefdrukken aanbrengen van de geleidende laag W kan op zeer eenvoudige wijze en snel worden uitgevoerd.

Tenslotte biedt de werkwijze volgens de uitvinding de mogelijkheid 35 van het verkleinen van het aantal stappen dat noodzakelijk is voor het vervaardigen van bijvoorbeeld de geïllustreerde druksensor, hetgeen gepaard gaat met een goedkopere vervaardiging. Bovendien verzekert de werkwijze het vormen van sterkere en meer betrouwbare mechanische en elektrische verbindingen dan bij toepassing van bekende werkwijzen mo-40 gelijk is.

______Δ 8700311 *Γ 6

Hoewel de werkwijze volgens de uitvinding aan de hand van het vervaardigen van een druksensor is beschreven, is het duidelijk dat in het breder kader daarvan de werkwijze in feite niet beperkt is tot het vervaardigen van slechts dit type inrichting.

5 Het is duidelijk dat binnen het kader van de uitvinding diverse varianten mogelijk zijn.

8700311

Claims

1. Werkwijze voor het tot stand brengen van een mechanische en elektrische verbinding tussen een eerste lichaam en een tweede lichaam, 5 in het bijzonder maar niet uitsluitend het membraan en de ondersteuning van een druksensor, waarvan het eerste lichaam van tenminste een geleidend element is voorzien op het vlak dat gericht is naar het tweede lichaam en waarvan het tweede lichaam tenminste een doorvoergat voor een elektrische verbinding heeft, dat verloopt tussen het vlak dat naar het 10 eerste lichaam is gericht en het tegenoverliggende vlak, welk gat tenminste ten dele voorzien is van een elektrisch geleidende laag voor een elektrische verbinding met het geleidende element van het eerste lichaam, waarbij respectieve lagen van glasachtige lijm wordt aangebracht op corresponderende oppervlaktedelen van de eerste en tweede lichamen, . 15 de lichamen op elkaar worden geplaatst, de respectieve lagen van lijm in contact met elkaar worden gebracht en waarbij de lagen van lijm zodanig worden verwarmd dat deze smelten, met het kenmerk, dat voorafgaand aan het op elkaar plaatsen van de lichamen (1, 2), een laag (W) van elektrisch geleidend materiaal in een glasachtige matrix op het 20 naar het eerste lichaam (1) gerichte vlak (2a) van het tweede lichaam (2) wordt neergeslagen aangrenzend aan tenminste een gat (F), dat de laag (W) zich tenminste ten dele tot in het gat (F) uitstrekt en met de laag (C> van het gat (F) wordt verbonden; dat de lichamen daarna op elkaar worden geplaatst, waarbij de respectieve lagen van lijm (5, 4) 25 naar elkaar toe worden gekeerd en de geleidende laag (W) van het tweede lichaam (2) in contact komt met het corresponderende geleidende element CE) van het eerste lichaam (1); en dat daarna de lichamen zodanig worden verwarmd, dat tegelijkertijd de lagen van lijm (5, 4) smelten en de geleidende laag (W) aangebracht op het tweede lichaam (2) wordt gesin-30 terd, terwijl deze laag hecht aan het geleidende element (E) van het eerste lichaam (1 )-

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tenminste een laag (W) door middel van de dikke-filmmethode wordt neergeslagen,

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de dikte 35 van de op het eerste lichaam (1) neergeslagen lijmlaag (5) ligt tussen 15 en 30 /urn; de dikte van de op het tweede lichaam (2) neergeslagen lijmlaag (4) ligt tussen 5 en 15 /urn; de dikte van een geleidend element (E) van het eerste lichaam (1) ligt tussen 5 en 15 /urn en dat de dikte van een geleidende laag (W) ligt tussen 15 en 40 /urn. _____ 8700311

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de lijm-lagen (4, 5) een dikte hebben tussen 20 en 25 /urn respectievelijk 10 en 12 /urn en dat een geleidend element (E) een dikte heeft tussen 10 en 12 /urn.

5. Werkwijze volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de som van de dikten van een geleidend element (E) en een laag (W) groter is dan de som van de dikten van de lijmlagen (4, 5).

6. Werkwijze volgens conclusioe 4, met het kenmerk, dat de som van de dikten van een geleidend element (E) en een laag (W) groter is dan 10 de som van de dikten van de lijmlagen met een bedrag van 4-25 /urn.

7. Inrichting, in het bijzonder maar niet uitsluitend een druk-sensor, vervaardigd volgens de werkwijze van een van de voorafgaande conclusies. 870 03 1 1