專利名稱：具有傳感器元件的電部件、封裝傳感器元件的方法和制造板裝置的方法
具有傳感器元件的電部件、封裝傳感器元件的方法 和制造板裝置的方法
具有傳感器元件的部件由文獻DE 10139109 Al已知。由文獻DE 197 40 262 Cl已知一種用于NTC熱敏電阻的燒結陶資。
要實現的目的在于，說明一種具有傳感器元件的電部件，該電部件 具有高的機械穩(wěn)定性且可以采用成批的成本低廉的方法來制造。
其它要實現的目的在于，說明一種用于封裝傳感器元件的方法以及 一種用于制造具有集成印制導線的板裝置的方法。
根據第一優(yōu)選的實施方式，說明一種具有傳感器元件的電部件，該 傳感器元件嵌入到板裝置中。板裝置包括至少三個板和在這些板之間所 布置的印制導線，所述印制導線與傳感器元件導電連接。至少兩個所述 印制導線具有暴露的區(qū)域。
構造為連接件的部件以高的機械穩(wěn)定性為特征，且適合用于高溫應用。
根據第二優(yōu)選實施方式，說明一種具有板裝置和在該板裝置中所包 含的傳感器元件的電部件。板裝置包括至少三個具有有印制導線的板。 傳感器元件通過布置在位于末端的板的內側的印制導線與中間板的印 制導線導電連接。位于末端的板的內側是該板的面向中間板的、即背離 外面的側。
下面說明兩個優(yōu)選實施方式的有益擴展方案。
傳感器元件優(yōu)選地被構造為耐高溫的溫度探頭。傳感器元件在一種 有利的變型方案中被構造為NTC熱敏電阻，且包括含有NTC陶瓷的體。 NTC表示負溫度系數(Negative Temperature Coefficient) 。 NTC陶瓷優(yōu) 選地耐老化。陶資組分優(yōu)選地基于具有釣鈦礦結構的均相系Ba",La"Vji 'vx+yCo"yCo"Vx—2y03。具有所述組分的陶資以在溫度測量方面的高靈敏性為 特征。其它的特別是在文獻DE 197 40 262 Cl中記載的陶瓷材料也適 合于傳感器元件。該文獻的有關陶瓷材料的公開內容被引用于此。
體優(yōu)選地是具有任意橫截面的平坦產品。體例如可以被構造為盤。 在體的兩個主面上優(yōu)選設有電極，所述電極與板裝置的至少一個所述印 制導線導電連接。體優(yōu)選被燒結。印制導線例如采用絲網印刷方法施加和煅燒到優(yōu)選 作為導電的膏(導電膏)的板上。導電膏也用于在不同的印制導線之間
以及在印制導線和傳感器元件之間連接，導電膏優(yōu)選含有由AgPt、 AgPd 和/或Pt構成的顆粒。印制導線(Leiterbahn)和具有這種特性的電連接 以高的耐氧化/還原性為特征。
板的大小優(yōu)選這樣選擇，使得在板裝置的至少一個區(qū)域中形成具有 印制導線的暴露的區(qū)域的梯級。
板優(yōu)選具有互不相同的橫向尺寸。在一種有利的變型方案中，橫向 尺寸從下向上減小，或者相反。在另一種變型方案中，中間板可以大于 兩個位于末端的板，從而中間板的區(qū)域突出。
板包括兩個位于末端的板和布置在這兩個位于末端的板之間的中 間板，在所述中間板中優(yōu)選地構造用于容納傳感器元件的通孔。該孔原 則上可以用旁洞(Nische)來代替，所述旁洞通過如下措施來形成，即 中間板相對于位于末端的板移位。該旁洞的尺度優(yōu)選與傳感器元件的尺 度匹配。
至少一個所述位于末端的板也可以具有孔，然而所述孔的截面大小 優(yōu)選明顯小于傳感器元件的截面大小。
在一種有利的變型方案中，在笫一位于末端的板上構造與傳感器元 件導電連接的第一印制導線。第一印制導線的暴露的區(qū)域優(yōu)選形成部件 的第一接觸面。
在中間板上優(yōu)選設有第二印制導線。第二印制導線的暴露的區(qū)域優(yōu) 選形成部件的笫二接觸面。
兩個接觸面優(yōu)選可從部件的同 一側接觸。^旦也可以從兩個相對側接 觸所述接觸面。
在第二位于末端的板的內側、即面向中間板的主面上優(yōu)選設有第三 印制導線，該第三印制導線將傳感器元件與第二印制導線導電連接。第 三印制導線優(yōu)選完全埋藏在板裝置中。
在另一變型方案中，在中間板的兩個主面上設有印制導線，所述印 制導線通過在相應的位于末端的板的內側上所構造的、優(yōu)選隱藏的印制 導線與傳感器元件導電連接。
板優(yōu)選包括電絕緣的陶瓷，該陶瓷例如包括Alox或Si3N4。通過將 傳感器元件集成在具有絕緣特性的穩(wěn)定板的復合結構(Verbund)中來確保在部件的運行中良好的電絕緣。
接層優(yōu)選是硬化的(ausgeh汰rtet)陶瓷粘接劑。連接層優(yōu)選地包括A1203 顆粒。連接層可以含有高溫玻璃，所述高溫玻璃的軟化溫度高于1000。C。
印制導線優(yōu)選與板裝置的側邊緣相間隔。印制導線的暴露的區(qū)域特 別是可以相對于梯級邊緣縮進。
印制導線優(yōu)選具有10至ioo微米的厚度。傳感器元件的電極優(yōu)選 具有至20微米的厚度。板優(yōu)選具有0.2至lmm的厚度。
所述的部件可以用于在IOO(TC范圍內的溫度測量。因此有利的是，
印制導線的作為接觸面設置的區(qū)域與外部的連接線焊接。 板裝置可以布置在金屬套管中。
此外，說明一種用于封裝傳感器元件的方法。該方法包括下述步驟。 首先準備具有印制導線的三個板和傳感器元件。將下部板和中間板接
合，并將傳感器元件插入到中間板的孔中，其中傳感器元件接觸下部板 的印制導線。在該印制導線的、在插入傳感器元件之前暴露的區(qū)域上優(yōu) 選布置導電膏，所述導電膏隨后在煅燒之后在傳感器元件與印制導線之 間產生穩(wěn)定的導電連接。將上部板與中間板如此連接，使得傳感器元件 被包圍在板之間，其中布置在上部板的下側的印制導線接觸中間板的印 制導線和傳感器元件。
在施加上部板之前，可以在傳感器元件和/或中間板的印制導線上 布置導電膏，所述導電膏在煅燒之后在傳感器元件和上部板的印制導線 之間以及在上部板和中間板的上下疊置的印制導線之間產生穩(wěn)定的導 電連接。
上下疊置的板的彼此相遇的位于內部的印制導線可以替代地采用 下述方法牢固地相互連接。從下方將導電膏引入到在布置在板之間的中 間腔中，該中間腔包括上下疊置的印制導線的區(qū)域。導電膏優(yōu)選經由在 最下部的板中所構造的孔被引入。
在施加上部板之后，將具有被包圍的傳感器元件的板裝置優(yōu)選加熱 至約為800-1100。C的溫度，其中導電膏被煅燒。
現在根據非按正確比例的示意圖來說明具有嵌入式傳感器元件的 部件以及方法步驟。其中

圖1示出接合下部板和中間板； 圖2示出插入傳感器元件； 圖3示出施加上部板；
圖4示出將導電膏從下方注入到板裝置的內腔中；
圖5示出將上部板施加到中間板上，其中在連接所述板之前將導電
膏布置在印制導線之間；
圖6示出制好的具有集成傳感器元件的板裝置；
圖7示出板裝置在無印制導線的區(qū)域中的橫截面；
圖8示出從上方觀察的根據圖6、 7的板裝置的視圖。
圖1示出第一位于末端的板21和中間板22,其被接合。在接合之
前，將在圖7中可看到的連接層51施加到至少一個所述板上。
在板21上施加有第一印制導線31,在板22上施加有另一印制導線
32。印制導線31、 32的長度如此選擇，使得它們與相應板的邊緣相間隔。
板22具有通孔27。在連接板21、 22之后(圖2 ),由中間板22 的孔27和下部板21的表面形成盲孔(Sackloch),在該盲孔的底上設 有第一印制導線31的一部分。在該盲孔中插入導電膏41,然后插入傳 感器元件1。
傳感器元件1包括體IO和兩個電極11、 12,所述體10布置在這兩 個電極之間。體10的厚度優(yōu)選基本等于中間板22的厚度。
導電膏(Leiterpaste)41布置在傳感器元件1的下部電極11和印制 導線31之間。
接下來，第二位于末端的板23與中間板和布置于其中的傳感器元 件連接(圖3)。在接合之前，在板22、 23的至少一個上施加在圖7中 可看到的連接層52。
在板23的向內的側面上設有第三印制導線33，該第三印制導線一 方面與傳感器元件i的電極12匹配，另一方面與第二印制導線32匹配。
在板23中優(yōu)選地構造通孔28,該通孔在圖4中所提出的變型方案 中被設置用于將導電膏引入到在板22、 23之間所形成的內腔中。該孔 可以通至印制導線33的任一位置。
在圖4中所提出的方法變型方案中，將迄今所構成的板裝置翻轉。 經由第二位于末端的板23的孔28從下方注入導電膏42。在對板裝置加熱時，導電膏42將印制導線33的整個面潤濕，其中特別是實現在印制 導線32、 33之間的以及在印制導線33和傳感器元件的電極12之間的 牢固的和電的連接。
在圖5中提出另一變型方案，其中尚在施加板23之前在至少一個 導電面上布置導電膏42、 43，視板裝置的方向而定，所述導電面選自印 制導線32、 33和傳感器元件的電極12。在這種情況下可以省去孔28。
制好的板裝置在圖6、 7和8中示出。在此，在圖7中示出平行于 板裝置的縱向的截面圖AA。在該區(qū)域中，板裝置沒有印制導線。
在板21、 22之間布置連接層51,在板22、 23之間布置另一連接層 52。連接層52的厚度可以略微厚于層51,因為在板22、 23之間相疊地 布置兩個印制導線32、 33,而在板21、 22之間只布置一個印制導線31。
板21、 22、 23的尺寸如此被確定和如此上下疊置，使得它們的邊 緣在橫向層面中在至少一側相互錯開。第一和第二印制導線31、 32的 區(qū)域31a、 32a在此情況下暴露。暴露的區(qū)域31a、 32a形成接觸面，所 述接觸面可從同一側(在圖6中為從上方)接觸。
所述的部件并不局限于在圖中所示的元件的形式與數量以及所述 的材料。附圖標記
1傳感器元件
10傳感器元件的體
11、12傳感器元件的電極
21下部板
22中間板
23上部板
27、28孑L
31、32、 33印制導線
31a印制導線31的暴露的區(qū)域
32a印制導線32的暴露的區(qū)域
41、42、 43導電膏
51、52連接層
10
權利要求
1. 電部件-具有嵌入到板裝置中的傳感器元件(1)；-其中所述板裝置包括至少三個板(21、22、23)和布置在這些板之間的印制導線(31、32、33)，所述印制導線與所述傳感器元件(1)導電連接；-其中所述印制導線中的至少兩個具有暴露的區(qū)域(31a、32a)。
2. 電部件-具有在板裝置中被包圍的傳感器元件(1); -其中所述板裝置包括至少三個具有印制導線(31、 32、 33)的 板(21、 22、 23);-其中所述傳感器元件(1 )通過布置在位于末端的板(23)的內 側的印制導線(33)與中間板(22)的印制導線(32)導電連接。
3. 如權利要求1或2所述的部件-其中所述傳感器元件是溫度探頭。
4. 如權利要求1至3中任一項所述的部件-其中所述板(21、 22、 23)的大小如此選擇，使得在所述板裝 置的至少一個區(qū)域中形成具有所述印制導線(31、 32)的暴露的區(qū)域 (31a、 32a)的梯級。
5. 如權利要求1至4中任一項所述的部件-其中所述板(21、 22、 23)包括兩個位于末端的板(21、 23) 和布置在這兩個位于末端的板之間的中間板(22),在所述中間板中構 造用于容納所述傳感器元件(1)的孔(27)。
6. 如權利要求5所述的部件-其中在第一位于末端的板(21)上構造第一印制導線(31), 所述第一印制導線與所述傳感器元件(1)導電連接；—其中所述第一印制導線(31a)的暴露的區(qū)域(31a)形成所述 部件的第一接觸面。
7. 如權利要求6所述的部件-其中在中間板(22)上布置第二印制導線(32); -其中所述第二印制導線(32)的暴露的區(qū)域(32a)形成所述部 件的第二接觸面；-其中在第二位于末端的板(23)的面向所述中間板(22)的主 面上布置第三印制導線(33),所述第三印制導線將所述傳感器元件(1 ) 與所述第二印制導線(32)導電連接。
8. 如權利要求7所述的部件-其中所述第三印制導線(33)完全埋藏在所述板裝置中。
9. 如權利要求1至8中任一項所述的部件—其中印制導線的兩個暴露的區(qū)域(31a、 32a)可從同一側被接觸。
10. 如權利要求1至9中任一項所述的部件—其中所述傳感器元件(1)包括含有NTC陶資的體(10)。
11. 如權利要求1至10中任一項所述的部件—其中所述板(21、 22、 23)包括電絕緣的陶瓷。
12. 如權利要求1至11中任一項所述的部件-其中所述上下疊置的板(21、 22、 23)在沒有所述印制導線(31、 32、 33)的區(qū)域中通過連接層(51、 52)相互連接。
13. 如權利要求1至12中任一項所述的部件-其中所述印制導線(31、 32、 33)包括被煅燒的金屬膏。
14. 如權利要求1至13中任一項所述的部件一其中所述印制導線(31、 32、 33)相對于所述板裝置的側邊緣縮進。
15. 如權利要求1至14中任一項所述的部件-其中所述印制導線(31、 32)的暴露的區(qū)域(31a、 32a)相對 于梯級邊緣縮進。
16. 用于封裝傳感器元件的方法，具有下述步驟-準備具有印制導線(31、 32、 33)的三個板(21、 22、 23)和 傳感器元件(1 );-將下部板和中間板(21、 22)接合，并將所述傳感器元件(l) 插入到所述中間板(22)的孔(27)中，其中所述傳感器元件(1 )接 觸所述下部板(21)的印制導線(31);-將上部板(23)與所述中間板(22)如此連接，使得所述傳感 器元件(1 )被包圍在所述板(21、 22、 23)之間，其中布置在所述上 部板(23)的下側上的印制導線(33)接觸所述中間板的印制導線(32)和所述傳感器元件(1)。
17.用于制造板裝置的方法，-其中準備具有印制導線(32、 33)的至少兩個板(22、 23); -其中將所述板(22、 23)相互連接，使得所述板的印制導線(32、 33 )纟皮此相遇；-其中從下方將導電膏(41)引入到布置在所述板之間的中間腔 中，所述中間腔包括上下疊置的印制導線(32、 33)的區(qū)域；-其中經由在最下部的板中所構造的孔(28)引入所述導電膏 (41)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有嵌入到板裝置中的傳感器元件(1)的電部件。所述板裝置包括至少三個板(21、22、23)和布置在這些板之間的印制導線(31、32、33)，所述印制導線與所述傳感器元件(1)導電連接。至少兩個所述印制導線具有暴露的區(qū)域(31a、32a)。此外本發(fā)明涉及用于封裝傳感器元件(1)的方法和用于制造板裝置的方法。
文檔編號G01K1/14GK101484784SQ200780025585
公開日2009年7月15日 申請日期2007年6月25日 優(yōu)先權日2006年7月6日
發(fā)明者A·費爾茨, C·瑟諾克, G·克洛伊伯 申請人:埃普科斯股份有限公司