TWI729361B - 溫度感測器元件及其輸送系統和生產方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於連接至電子組件(17)或電子子總成之溫度感測器元件，其包含：至少一個電絕緣基板(3)；至少一個感測器結構(7)，其具有接觸表面(5a，5b)，用於在該感測器結構之至少一些區域配置於該電絕緣基板(3)之第一側上時接觸該感測器結構(7)；及(i)至少一種黏著劑(12)，其至少部分地預塗覆至該電絕緣基板(3)之第二側，其中該第一側與該第二側相對地定位，或(ii)至少一個金屬化層(9)，其至少一些區域配置於該電絕緣基板(3)之該第二側上，及至少部分地預塗覆至該金屬化層(9)之至少一種燒結漿料(11)。
本發明亦關於一種用於輸送溫度感測器元件之系統及一種用於生產溫度感測器元件之方法。

Description

溫度感測器元件及其輸送系統和生產方法
本發明係關於用於連接至電子組件或電子子總成之溫度感測器元件。本發明亦關於一種用於輸送溫度感測器元件之系統及一種用於生產溫度感測器元件之方法。
自先前技術已知用於連接至電子組件或電子子總成之各種溫度感測器元件。此類型之溫度感測器元件可藉助於燒結或膠合配置於例如印刷電路板上，例如直接銅接合型(Direct Copper Bonded type，DCB)陶瓷印刷電路板上。
一種用於生產燒結子組件之方法描述於DE 10 2010 050 315 C5中。在本文中，藉助於基板之底面上之可燒結金屬化將溫度感測器元件燒結至電子組件上。該溫度感測器元件在基板之頂面上具有印刷導體配置，其具有用於電接觸印刷導體配置之接觸表面。該印刷導體配置充當熱敏電阻器。可藉助於例如接合線電接觸基板之頂面上之接觸表面。
然而，自先前技術獲知的溫度感測器元件係不利的，因為個別溫度感測器元件在其配置於電子組件上之前需要具備連接構件，例如燒結漿料或膠，這通常在價值鏈層面(value chain level)上在生產溫度感測器元件之後發生。此需要額外的工作步驟。此外，溫度感測器元件可 能在連接構件之配置過程中損壞或甚至毀壞。此外，溫度感測器元件可能在輸送至電子組件上之配置期間滑動或損壞。
因此，本發明之目標為提供一種克服先前技術之缺點之改良溫度感測器元件。
該目標係根據本發明藉由根據專利技術方案1之主題的溫度感測器來實現。
出於此目的，用於連接至電子組件或電子子總成之根據本發明之溫度感測器元件包含：至少一個電絕緣基板；至少一個感測器結構，其具有接觸表面，用於在該感測器結構之至少一些區域配置於該電絕緣基板之第一側上時接觸該感測器結構；及(i)至少一種黏著劑，其至少部分地預塗覆至該電絕緣基板之第二側，其中該第一側與該第二側相對地定位，或(ii)至少一個金屬化層，其至少一些區域配置於該電絕緣基板之該第二側上，及至少部分地預塗覆至該金屬化層之至少一種燒結漿料。
1、1a-1n、1‘:溫度感測器元件
3、3‘:基板
5a、5b、5a‘、5b‘:接觸表面
7、7‘:感測器結構
9:金屬化層
11:燒結漿料
12:黏著劑
13:用於輸送之系統
15:支撐元件
17:電子組件
19a、19b:接合線
在圖式中：圖1 展示根據本發明之第一實施例之溫度感測器元件之示意圖；圖2 展示根據本發明之第二實施例之溫度感測器元件之示意圖；圖3 展示根據本發明之實施例之用於輸送溫度感測器元件之系統之示意圖；及 圖4 展示根據本發明之第一實施例之連接至電子組件之溫度感測器元件之示意圖。
可使用術語「基板」表示用於感測器結構之電絕緣載體材料。基板之第一側及第二側之表面可設置為基本上平坦的。
根據本發明，具有用於接觸感測器結構之接觸表面之至少一個感測器結構的至少一些區域配置於電絕緣基板之第一側上。在本文中，「感測器結構」應理解為適於直接地或間接地記錄溫度值之結構。舉例而言，感測器結構可為經氣相沈積於基板上之電阻器之網狀結構。用於接觸感測器結構之接觸表面可設置為由導電材料製成，例如由與感測器結構自身相同之材料製成。舉例而言，一個接觸面可配置於感測器結構之各末端處以量測兩個接觸面之間的電阻。
金屬化層可為例如金層、銀層或金屬合金，其可配置於基板之第二側上，例如經氣相沈積或藉由厚膜技術塗覆。
根據本發明：(i)至少一種黏著劑至少部分地預塗覆至該電絕緣基板之第二側，其中該第一側與該第二側相對地定位，或(ii)至少一個金屬化層之至少一些區域配置於該電絕緣基板之該第二側，且至少一種燒結漿料至少部分地預塗覆至該金屬化層。
根據本發明之精神，應將預塗覆黏著劑或預塗覆燒結漿料理解為連接構件，其可提前配置於基板之第二側或金屬化層上及將其基本上準確地保持在適當位置。例如，可預塗覆此類型之連接構件以作為連接構件層。
本發明首次允許生產溫度感測器元件，其提供包括預塗覆連接構件之溫度感測器元件之良好輸送特性。
由於連接構件甚至可在輸送至最終處理機之前預塗覆，因此可省略在最終處理機之生產製程期間塗覆連接構件，從而可節省最終處理機之處理時間及處理成本。
舉例而言，預塗覆連接構件可為部分固化、不完全化學交聯之高黏性黏著劑，其可在最終連接至電子組件或電子子總成期間，藉助於熱處理(例如藉由感應加熱)完全固化及化學交聯。或者，預塗覆連接構件可為例如在塗覆燒結漿料之後藉由加熱預乾燥之燒結漿料。舉例而言，EP 2 428 293 B1中所描述之燒結漿料可用作燒結漿料。
在一個實例中，接觸表面適合於感測器結構之電接觸，且該等接觸表面配置於電絕緣基板之第一側上。
例如藉助於接合線，將接觸表面配置於電絕緣基板之第一側上改良了接觸表面之可接觸性。在替代性實例中，兩個或僅一個接觸表面亦可配置於基板之一側上。
在另一實例中，至少一個鈍化層之至少一些區域配置於該感測器結構上，較佳地，其整個表面配置於該基板之該第一側上。
鈍化層可理解為配置於感測器結構上之惰性層。有利的是，鈍化可在感測器結構之表面處實現急劇減小之反應性。因此，由於感測器結構之表面處減小之反應性，溫度感測器元件可在長時間段內在高精確性下操作。
舉例而言，鈍化層可包含至少一種聚醯亞胺材料、一種玻璃材料、一種陶瓷材料及/或一種玻璃陶瓷材料。
在一個實例中，燒結漿料包含銀燒結漿料，及藉助於模板印刷、網版印刷、噴射印刷、分配或轉移印刷將燒結漿料預塗覆至該金屬化層。
可將燒結漿料以預定結構之形式塗覆至金屬化層，其中預定結構可極佳地匹配基板之結構。前述印刷技術可用於以適當形狀及/或以對應於基板及/或結構化基板之形狀及/或結構之適當結構塗覆燒結漿料，使得燒結漿料可經塗覆及/或附接以使得在連接至電子組件或電子子總成期間完全匹配。
在另一實例中，黏著劑包含「B級」或「預乾燥」黏著劑，且該黏著劑係藉助於模板印刷、網版印刷、噴射印刷、分配或轉移印刷預塗覆至電絕緣基板之第二側。
「B級」或「預乾燥」黏著劑應理解為由一種組分系統，尤其是基於環氧化合物之組分系統組成，且在長時間內保持其反應性之黏著劑。在將組分定位成使用熱及壓力膠合在一起之後，黏著劑進行固化。
在一個實例中，基板包含至少一種陶瓷絕緣材料，尤其為氧化鋁、氮化鋁或碳化矽、玻璃夾層材料或印刷電路板材料。
有利的是，陶瓷絕緣材料提供極佳的機械、化學、熱以及電學特性之組合。
在另一實例中，金屬化層包含至少一種金材料、一種銀材料或一種金屬合金。
在又一實例中，感測器結構包含至少一個電阻器元件，其中電阻器元件係藉由由鉑或鉑合金製成之薄膜提供。
在又一實例中，感測器結構包含至少一個電阻器元件，其中電阻器元件藉助於厚膜(例如藉由網版印刷或噴墨印刷)以結構化方式塗覆，且由鉑或鉑合金製成。
舉例而言，感測器結構可以PT100或PT1000之形式提供且可使用鉑之電阻對溫度之相依性作為量測效應。
在另一實例中，感測器結構包含電阻隨溫度改變之其他金屬層，尤其為鎳、鉬、金、銀、銅或金屬合金。
在另一實例中，感測器結構包含具有熱阻特性之體積結構或體積體，尤其為氧化物金屬體或分層結構。
本發明亦提出一種用於輸送溫度感測器元件之系統，其包含：至少一個用於連接至電子組件或電子子總成之溫度感測器元件，其包含：至少一個電絕緣基板；至少一個感測器結構，其具有接觸表面，用於在該感測器結構之至少一些區域配置於該電絕緣基板之第一側上時接觸該感測器結構；及(i)至少一種黏著劑，其至少部分地預塗覆至該電絕緣基板之第二側，其中該第一側與該第二側相對地定位，或(ii)至少一個金屬化層，其至少一些區域配置於該電絕緣基板之該第二側上，及至少部分地預塗覆至該金屬化層之至少一種燒結漿料；及至少一個支撐元件，其中該支撐元件至少部分地接觸該預塗覆黏著劑或該預塗覆燒結漿料。
用於該系統中之溫度感測器元件可為根據上文所定義之 本發明及上文所定義之本發明之實例中之溫度感測器元件。
為了使預塗覆黏著劑或預塗覆燒結漿料在溫度感測器元件之輸送及處理期間準確地保持在相同位置，支撐元件至少部分地接觸預塗覆黏著劑或預塗覆燒結漿料。舉例而言，此可理解為將溫度感測器元件配置於支撐元件上，或將並行地自面板生產之許多溫度感測器元件進行個性化。
有利地，預塗覆黏著劑或預塗覆燒結漿料提供溫度感測器元件在支撐元件上之足夠保持力，直至預塗覆黏著劑或預塗覆燒結漿料在生產製程期間，在溫度感測器元件最終附接於電子組件或電子子總成上期間積累足夠保持強度為止。
溫度感測器元件及/或具有多個溫度感測器元件之配置可提供於支撐元件，例如膜框架上。在該傳遞形式中，其可在後續製程及/或程序步驟中自膜框架移除，且燒結或膠合至電子組件或電子子總成上。此對應於所謂的取放技術(pick & place technology)。此意謂溫度感測器元件可自載體及/或膜框架拆卸，且可藉由機器人技術及/或抓握設施或噴嘴及/或抽吸設施輸送至對應電子組件或電子子總成。
在一個實例中，系統包含眾多的溫度感測器元件，其中支撐元件至少部分地配置於預塗覆黏著劑或預塗覆燒結漿料上。舉例而言，該眾多可包含已經以結構化方式配置於支撐元件上之數百或甚至數千個溫度感測器元件。
在又一實例中，支撐元件包含至少一個轉印膜或一個晶圓框架。
舉例而言，具有或不具有可調節黏著力之膜可在諸如膜 框架之框架中拉伸。同樣，膜可連續捲繞於線圈載體上。舉例而言，轉印膜可為UV膜。
此外，本發明包含一種用於生產用於連接至電子組件或電子子總成之溫度感測器元件之方法，其包含：提供至少一個電絕緣基板；將至少一個感測器結構之至少一些區域配置於電絕緣基板之第一側上，該至少一個感測器結構具有用於接觸該感測器結構之接觸表面；及(i)將至少一種黏著劑至少部分地預塗覆至該電絕緣基板之第二側，其中該第一側與該第二側相對定位，或(ii)將至少一個金屬化層之至少一些區域配置於該電絕緣基板之該第二側上；及將至少一種燒結漿料至少部分地預塗覆於該金屬化層上。
在一個實例中，該方法包含：將溫度感測器元件配置於至少一個支撐元件上，其中該支撐元件至少部分地接觸預塗覆黏著劑或預塗覆燒結漿料。
本發明之其他特性及優點自以下描述中顯而易見，其中本發明之較佳實施例係藉助於示意性圖式來說明。
在圖式中：圖1 展示根據本發明之第一實施例之溫度感測器元件之示意圖；圖2 展示根據本發明之第二實施例之溫度感測器元件之示意圖；圖3 展示根據本發明之實施例之用於輸送溫度感測器元件之系統之示意圖；及圖4 展示根據本發明之第一實施例之連接至電子組件之溫度感測器 元件之示意圖。
圖1展示根據本發明之第一實施例之溫度感測器元件1之示意圖。此處所展示之溫度感測器元件1包含基板3，且感測器結構7施加至基板3之第一側。在圖1中，感測器結構7展示為在兩個接觸表面5a、5b之間曲折的印刷導體。在此處未展示之實施例中，感測器結構可同樣經不同地設計，例如繞組可經配置以處於彼此內部，以便能夠在狹小空間中行進較長距離且因此達到某一阻力。
感測器結構7可由鉑製成且可作為PT100或PT1000使用。在此處未展示之實施例中，例如由玻璃製成之鈍化層可配置於感測器結構7上，該鈍化層保護感測器結構不受影響其功能之環境影響。
基板3可由陶瓷絕緣材料製成，尤其由氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、玻璃夾層材料或印刷電路板材料製成，且可充當感測器結構7之載體。在所展示之實施例中，基板3設計為電絕緣的且使感測器結構7與基板3所附接之電子組件或電子子總成(圖1中未展示)絕緣。在此處未展示之實施例中，基板3亦可設計為至少部分導電的，使得接觸表面配置於與第一側相對定位之基板3之第二側上。
圖1中所展示之實施例具有配置於基板3之第二側上之金屬化層9，其又具有配置於其上之預塗覆燒結漿料11。燒結漿料11可藉助於例如模板印刷、網版印刷、噴射印刷或分配預塗覆至金屬化層9。一旦配置，可在溫度感測器元件1可經受進一步處理之前首先預乾燥預塗覆燒結漿料11。舉例而言，眾多的溫度感測器元件可在單一基板上建立且可藉助於鋸切、雷射切割等將其個性化。
圖2展示根據本發明之第二實施例之溫度感測器元件1‘之示 意圖。所展示之實施例不同於圖1中所展示之實施例，因為無金屬化層配置於基板3‘上。此外，在所展示之實施例中，不存在預塗覆燒結漿料。相反，在此處所展示之實施例中，將黏著劑12預塗覆至電絕緣基板3‘之第二側。
圖3展示根據本發明之一個實施例之用於輸送溫度感測器元件1a至1n之系統13之示意圖。圖3中所展示之溫度感測器元件1a至1n在構造上可與圖1中所展示之溫度感測器元件1相同。或者，亦可使用圖2中所展示之類型之溫度感測器元件。在圖3中所展示之系統13中，多個溫度感測器元件1a至1n在支撐元件15上彼此鄰近地配置。
所展示之支撐元件15可為例如膜框架。在該傳遞形式中，可在末端處理機之製程及/或程序步驟中自膜框架移除溫度感測器元件1a至1n，且可將其燒結或膠合至電子組件或電子子總成上。舉例而言，溫度感測器元件1a至1n可自支撐元件15及/或膜框架拆卸，且可藉由機器人技術及/或抓握設施或噴嘴及/或抽吸設施(未示出)輸送至對應電子組件或電子子總成。
圖4展示連接至電子組件17之根據本發明之第一實施例之溫度感測器元件1之示意圖。溫度感測器元件1在構造上可與圖1中所展示之溫度感測器元件1相同。在所展示之實施例中，將溫度感測器元件1燒結至電子組件17上，且藉助於接合線19a、19b來接觸接觸表面。在此處未展示之實施例中，溫度感測器元件同樣可膠合至電子組件上。
前述描述、申請專利範圍及圖式中所呈現之特徵單獨地或以任何組合形式對於本發明之各種實施例可為必要的。
1:溫度感測器元件
3:基板
5a:接觸表面
5b:接觸表面
7:感測器結構
9:金屬化層
11:燒結漿料

Claims (11)

  1. 一種用於輸送溫度感測器元件之系統，其包含：至少一個用於連接至電子組件(17)或電子子總成之溫度感測器元件，其包含：至少一個電絕緣基板(3)；至少一個感測器結構(7)，其具有接觸表面(5a，5b)，用於在該感測器結構之至少一些區域配置於該電絕緣基板(3)之第一側上時接觸該感測器結構(7)；及(i)至少一種黏著劑(12)，其至少部分地預塗覆至該電絕緣基板(3)之第二側，其中該第一側與該第二側相對地定位，或(ii)至少一個金屬化層(9)，其至少一些區域配置於該電絕緣基板(3)之該第二側上，及至少部分地預塗覆至該金屬化層(9)之至少一種燒結漿料(11)；及至少一個支撐元件(15)，其中該支撐元件(15)至少部分地接觸該預塗覆黏著劑(12)或該預塗覆燒結漿料(11)，其中該支撐元件(15)包含至少一個轉印膜或一個晶圓框架。
  2. 如請求項1之系統，其中用於電接觸之該等接觸表面(5a，5b)連接至該感測器結構(7)且配置於該電絕緣基板(3)之該第一側上。
  3. 如請求項1或2之系統，其包含：至少一個鈍化層，其至少一些區域配置於該感測器結構(7)上，較佳 地，其整個表面配置於該基板(3)之該第一側上。
  4. 如請求項3之系統，其中該鈍化層包含至少一種聚醯亞胺材料、一種玻璃材料、一種陶瓷材料及/或一種玻璃陶瓷材料。
  5. 如請求項1或2之系統，其中該燒結漿料(11)包含銀燒結漿料且該燒結漿料(11)係藉助於模板印刷、網版印刷、噴射印刷、分配或轉移印刷預塗覆至該金屬化層(9)。
  6. 如請求項1或2之系統，其中該黏著劑(12)包含「B級」或「預乾燥」黏著劑，且其中該黏著劑(12)係藉助於模板印刷、網版印刷、噴射印刷、分配或轉移印刷預塗覆至該電絕緣基板(3)之該第二側。
  7. 如請求項1或2之系統，其中該基板(3)包含至少一種陶瓷絕緣材料，尤其為氧化鋁、氮化鋁或碳化矽、玻璃夾層材料或印刷電路板材料。
  8. 如請求項1或2之系統，其中該金屬化層(9)包含至少一種金材料、一種銀材料或一種金屬合金。
  9. 如請求項1或2之系統，其中該感測器結構(7)包含至少一個電阻器元件，其中該電阻器元件係藉由由鉑或鉑合金製成之薄膜提供。
  10. 如請求項1或2之系統，其包含： 眾多的溫度感測器元件，其中該支撐元件(15)至少部分地配置於該預塗覆黏著劑(12)或該預塗覆燒結漿料(11)上。
  11. 如請求項1或2之系統，其中該溫度感測器元件經組態以自該支撐元件移除。
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