DE3718197A1 - Method for fabricating a thermistor having a negative temperature coefficient - Google Patents
Method for fabricating a thermistor having a negative temperature coefficientInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel lung eines Thermistors mit negativem Temperaturkoeffizien ten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method of manufacture thermistor with negative temperature coefficients ten according to the preamble of claim 1.
Als Temperatursensor wird häufig ein Thermistor verwendet, der aus einem Thermistorelement besteht, das an seiner Oberfläche angebackene Elektroden trägt, die mit Zufüh rungsdrähten bzw. elektrischen Leitungen verbunden sind. Ein solcher Thermistor wird im allgemeinen dadurch herge stellt, daß auf die Oberfläche eines bereits bei einer Tem peratur von etwa 1100°C bis 1400°C gebrannten Thermistor elements ein Elektrodenmaterial aufgebracht wird, das z. B. aus einer Pt-, Ag-Pd- oder Au-Paste besteht. Anschließend wird das Thermistorelement mit dem Elektrodenmaterial erneut bei einer Temperatur zwischen 1100°C bis 1400°C ge brannt, um feste Elektroden zu bilden. Dann werden Zufüh rungsdrähte mit den Elektroden verbunden, beispielsweise sogenannte Dumet-Drähte (Drähte aus einer Ni-Fe-Legierung), und zwar mit Hilfe eines Klebematerials, wie z. B. einer Au-Paste. Es erfolgt sodann ein Brennprozeß bei einer Tem peratur von etwa 150°C bis 300°C, um die Au-Paste auszuhär ten und somit eine feste Verbindung zwischen den Zufüh rungsdrähten und den Elektroden zu erhalten.A thermistor is often used as a temperature sensor, which consists of a thermistor element on its Surface baked electrodes carries with feed wires or electrical lines are connected. Such a thermistor is generally herge represents that on the surface of a tem temperature of about 1100 ° C to 1400 ° C fired thermistor elements an electrode material is applied, the z. B. consists of a Pt, Ag-Pd or Au paste. Subsequently the thermistor element with the electrode material again at a temperature between 1100 ° C to 1400 ° C burns to form solid electrodes. Then feed approximately wires connected to the electrodes, for example so-called Dumet wires (wires made of a Ni-Fe alloy), with the help of an adhesive material, such as. B. one Au paste. There is then a firing process at a tem temperature of about 150 ° C to 300 ° C to harden the Au paste ten and thus a firm connection between the feed wires and the electrodes.
Die Elektroden können jedoch nicht fest mit dem Thermistor element verbunden werden, da die Elektroden durch einen Brenn- bzw. Erhitzungsprozeß auf der Oberfläche des bereits gebrannten Thermistorelements gebildet werden. Das hat zur Folge, daß sich die Eigenschaften des Thermistorelements über die Elektroden und die Zuführungsdrähte nicht exakt erfassen lassen und Instabilitäten auftreten.However, the electrodes cannot be fixed to the thermistor element because the electrodes are connected by a Burning or heating process on the surface of the already fired thermistor element are formed. That has to Consequence that the properties of the thermistor element not exactly over the electrodes and the lead wires Get recorded and instabilities occur.
Nachteilig beim oben beschriebenen Herstellungsverfahren ist ferner, daß während des Verfahrensablaufs zwei Schritte bei hoher Temperatur zwischen 1100°C bis 1400°C durchge führt werden müssen, und zwar zum Brennen des Thermistor elements sowie zum Backen der Elektroden, so daß das Her stellungsverfahren kompliziert und teuer ist.A disadvantage of the manufacturing process described above is further that during the process two steps at high temperatures between 1100 ° C to 1400 ° C must be led, namely to burn the thermistor elements and for baking the electrodes so that the Her procedure is complicated and expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Thermistors mit negativem Temperaturkoef fizienten zu schaffen, bei dem die Elektroden fest mit dem Thermistorelement verbunden werden können, um auf diese Weise die über die Elektroden erfaßte Charakteristik des Thermistors zu stabilisieren, und das eine geringere Anzahl von Verfahrensschritten umfaßt, um auf diese Weise die Her stellungskosten zu senken.The invention has for its object a method for Manufacture of a thermistor with a negative temperature coefficient to create efficient, in which the electrodes firmly with the Thermistor element can be connected to this Way the detected characteristic of the electrodes Stabilize thermistors, and a smaller number of process steps in order to hereby the Her to reduce the cost of ownership.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu ent nehmen.The solution to the problem is in the characteristic Part of claim 1 specified. Advantageous Ausge Events of the invention are to be found in the dependent claims to take.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Thermistors nach der Erfindung mit negativem Temperaturkoeffizienten, der aus einem Thermistorelement besteht, auf dessen Oberfläche we nigstens zwei Elektroden angeordnet sind, zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus:A method of manufacturing a thermistor according to the Invention with a negative temperature coefficient made up of a thermistor element, on the surface of which we at least two electrodes are arranged through the following process steps:
- a) Vorbereiten eines Thermistormaterials für das durch ei nen Brennvorgang zu bildende Thermistorelement,a) Prepare a thermistor material for the by egg thermistor element to be formed,
- b) Vorbereiten eines Elektrodenmaterials für die durch ei nen Brennvorgang zu bildenden Elektroden, b) preparing an electrode material for the by ei electrodes to be formed,
- c) Auftragen des Elektrodenmaterials auf wenigstens zwei unterschiedliche Bereiche der Oberfläche des Thermistorma terials, undc) applying the electrode material to at least two different areas of the surface of the thermistor terials, and
- d) Brennen des Thermistormaterials mit dem Elektrodenmate rial zur Bildung der Elektroden in wenigstens zwei unter schiedlichen Bereichen auf der Oberfläche des Thermistor elements.d) firing the thermistor material with the electrode mat rial to form the electrodes in at least two under different areas on the surface of the thermistor elements.
Kurzgefaßt wird eine Elektrodenmetallpaste auf die Oberflä che eines noch unbehandelten bzw. ungebrannten Thermistor materials aufgetragen. Anschließend werden das Thermistor material und die Elektrodenmetallpaste gemeinsam gebrannt.In short, an electrode metal paste on the surface che of a still untreated or unfired thermistor materials applied. Then the thermistor material and the electrode metal paste burned together.
Das die Elektrodenmetallpaste tragende Thermistormaterial wird so gebrannt, daß die Elektrodenmetallpaste thermisch schrumpft und in die Oberfläche des Thermistormaterials eindringt, so daß die sich ergebenden Elektroden fest mit dem Thermistorelement gekoppelt sind. Durch die feste Kopp lung der Elektroden mit dem Thermistorelement ist gewähr leistet, daß die Eigenschaften des Thermistorelements ohne Beeinträchtigung durch die Elektroden über diese abgenommen werden können, so daß auf diese Weise die Eigenschaften des Thermistors stabilisiert werden können. Das Thermistorele ment kann ferner gleichzeitig mit den Elektroden gebrannt werden, so daß das Herstellungsverfahren eine geringere An zahl von Schritten umfaßt und kostengünstiger durchführbar ist.The thermistor material carrying the electrode metal paste is fired so that the electrode metal paste is thermally shrinks and into the surface of the thermistor material penetrates so that the resulting electrodes firmly with are coupled to the thermistor element. Through the fixed kopp The electrodes with the thermistor element are guaranteed ensures that the properties of the thermistor element without Impairment caused by the electrodes decreased over this can be, so that the properties of the Thermistors can be stabilized. The thermistor ment can also be burned simultaneously with the electrodes be, so that the manufacturing process is less Number of steps includes and can be carried out more cost-effectively is.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt das Thermistormaterial, aus dem durch einen Brennpro zeß Thermistorelemente gebildet werden, zunächst in Form einer unbehandelten bzw. ungebrannten Mutterplatte vor, aus der später durch einen geeigneten Schneidprozeß mehrere Thermistoren herausgetrennt werden. Die Mutterplatte be steht also aus einem noch ungebrannten Metalloxid bzw. Ke ramikmaterial. Sie wird vor dem Brennen auf beiden Oberflä chen mit der Elektrodenmetallpaste beschichtet. Anschlie ßend werden die Mutterplatte und die Elektrodenmetallpaste gemeinsam gebrannt, um eine sogenannte Basisstruktur zu er halten. Diese Basisstruktur besteht aus einem Grundthermi storelement (gebrannte Mutterplatte) und zwei auf beiden Seiten des Grundthermistorelements liegenden Elektroden (gebrannte Elektrodenmetallpaste). Durch Zerteilung dieser Basisstruktur z. B. mit Hilfe eines Lasers können sehr vie le chip- bzw. bausteinartige Thermistoren hergestellt wer den. Der Schneidvorgang läßt sich auch vor dem gemeinsamen Brennvorgang von Mutterplatte und Elektrodenmetallpaste durchführen.According to a preferred embodiment of the invention lies the thermistor material from which by a Brennpro zeß thermistor elements are formed, first in the form an untreated or unfired motherboard the later by a suitable cutting process Thermistors are removed. The mother plate be is made of a still unfired metal oxide or Ke ceramic material. It is applied to both surfaces before firing Chen coated with the electrode metal paste. Then The mother plate and the electrode metal paste become ß burned together to create a so-called basic structure hold. This basic structure consists of a basic thermal storelement (burnt motherboard) and two on both Electrodes lying on the sides of the basic thermistor element (fired electrode metal paste). By cutting this up Basic structure e.g. B. with the help of a laser can very vie le chip- or module-like thermistors who manufactured the. The cutting process can also be done before the joint Burning process of mother plate and electrode metal paste carry out.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigen:The drawing represents an embodiment of the invention It shows:
Fig. 1 ein Ablaufdiagranm eines Verfahrens zur Herstel lung eines Thermistors mit negativem Temperaturko effizienten, Fig. 1 is a Ablaufdiagranm a method for the manufacture of a thermistor with negative lung Temperaturko efficient,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer un behandelten bzw. ungebrannten Mutterplatte 1 a aus keramischem Material, wie sie im vierten Schritt des Ablaufdiagramms nach Fig. 1 erhalten wird, Fig. 2 is a perspective view of a portion of an un-treated or unfired mother plate 1a of ceramic material, as obtained in the fourth step of the flowchart of FIG. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer so genannten Basisstruktur, wie sie im sechsten Schritt des Ablaufdiagramms nach Fig. 1 erhalten wird, wobei die Basisstruktur aus einem sogenann ten Grundthermistorelement 1 sowie Elektroden 2 und 3 besteht, die sich jeweils an gegenüberlie genden Oberflächen des Grundthermistorelements 1 befinden, Fig. 3 is a perspective view of a part of a so-called basic structure, as is obtained in the sixth step of the flowchart according to Fig. 1, the basic structure consisting of a so-called basic thermistor element 1 and electrodes 2 and 3 , each located on opposite surfaces of the basic thermistor element 1 ,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Thermistors 10, der im achten Schritt des Ablaufdiagramms nach Fig. 1 mit Zuführungsdrähten 14 und 15 verbunden worden ist, Fig. 4 is a perspective view of a thermistor 10, which has been linked in the eighth step of the flowchart of FIG. 1 with lead wires 14 and 15,
Fig. 5 jeweils getrennte Darstellungen des Thermistors 10 und einer Glaskappe 17 zur Erläuterung eines Zu stands unmittelbar vor dem neunten Schritt im Ab laufdiagramm nach Fig. 1 und Figure 5 each separate representations. Of the thermistor 10 and a glass cap 17, for explaining a prior to immediately before the ninth step in the run from the diagram according to Fig. 1 and
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Thermistors 10, der im neunten Schritt des Ablaufdiagramms nach Fig. 1 mit Glas umhüllt worden ist. Fig. 6 is a perspective view of the thermistor 10 , which has been coated with glass in the ninth step of the flow chart of FIG. 1.
Ein Ablaufdiagramm zur Herstellung eines Thermistors mit negativem Temperaturkoeffizienten ist in Fig. 1 darge stellt. Dabei sind die nacheinander durchzuführenden Her stellungsschritte mit den Bezugszeichen S 1 bis S 9 markiert. Im folgenden wird das Verfahren unter Bezugnahme auf diese Schritte S 1 bis S 9 näher erläutert.A flow chart for producing a thermistor with a negative temperature coefficient is shown in Fig. 1 Darge. In this case, the position steps to be carried out one after the other are marked with the reference symbols S 1 to S 9 . The method is explained in more detail below with reference to these steps S 1 to S 9 .
Zunächst wird im ersten Schritt S 1 ein Metalloxidmaterial, z. B. Mn-Ni oder Mn-Ni-Co, abgemessen und gemischt, um ein Thermistormaterial bereitzustellen. Dann wird im zweiten Schritt S 2 das Thermistormaterial calciniert bzw. pulveri siert, und zwar je nach Materialtyp. Das Thermistormaterial wird sodann im dritten Schritt S 3 mit einem Binder ge mischt, um mit dem vierten Schritt S 4 eine unbehandelte bzw. ungebrannte Mutterplatte zu erhalten. Die Fig. 2 zeigt den Aufbau dieser unbehandelten bzw. ungebrannten Mutter platte 1 a aus dem zuvor erwähnten keramischen Material. Die Mutterplatte 1 a weist etwa eine Dicke von 0,2 bis 0,3 mm auf. Während des fünften Schrittes S 5 wird eine Elektro denmetallpaste auf beide Oberflächen der Mutterplatte 1 a aufgetragen, wobei die Elektrodenmetallpaste beispielsweise aus einer Pt-, Ag-Pd- oder Au-Paste besteht. Die mit der Elektrodenmetallpaste bedeckte unbehandelte bzw. ungebrann te Mutterschicht 1 a wird dann im sechsten Schritt S 6 bei einer Temperatur von etwa 1100°C bis 1400°C gebrannt. In der Fig. 3 ist die auf diese Weise im sechsten Schritt S 6 erzeugte Basisstruktur 4 gezeigt, die aus einem Grundther mistorelement 1 besteht, das auf seiner oberen und unteren Fläche jeweils eine Elektrode 2 bzw. 3 trägt. Das Grund thermistorelement 1 und die genannten Elektroden 2 und 3 wurden gemeinsam gebrannt bzw. gebacken. Im siebten Schritt S 7 wird die im Schritt S 6 erhaltene Basisstruktur 4 zer teilt bzw. zerschnitten, beispielsweise mit Hilfe eines La sers, und zwar entlang von Schnittlinien 5 und 6, wobei die Positionen der Schnittlinien so eingestellt sind, daß jeder durch den genannten Schneidvorgang erhaltene Baustein einen vorbestimmten Widerstandswert aufweist. Die Schnittlinien 5 und 6 verlaufen z. B. senkrecht zueinander.First, in the first step S 1, a metal oxide material, e.g. B. Mn-Ni or Mn-Ni-Co, measured and mixed to provide a thermistor material. Then in the second step S 2 the thermistor material is calcined or pulverized, depending on the material type. The thermistor material is then mixed in a third step S 3 with a binder in order to obtain an untreated or unfired motherboard with the fourth step S 4 . Fig. 2 shows the structure of this untreated or unfired mother plate 1 a made of the aforementioned ceramic material. The mother plate 1 a has a thickness of about 0.2 to 0.3 mm. During the fifth step S 5 , an electrode metal paste is applied to both surfaces of the motherboard 1 a , the electrode metal paste consisting, for example, of a Pt, Ag-Pd or Au paste. The untreated or unbaked mother layer 1 a covered with the electrode metal paste is then fired in the sixth step S 6 at a temperature of about 1100 ° C. to 1400 ° C. In Fig. 3, the base structure 4 produced in this way in the sixth step S 6 is shown, which consists of a basic thermistor element 1 , each of which carries an electrode 2 or 3 on its upper and lower surface. The basic thermistor element 1 and the mentioned electrodes 2 and 3 were burned or baked together. In the seventh step S 7 , the base structure 4 obtained in step S 6 is divided or cut, for example with the aid of a laser, along cutting lines 5 and 6 , the positions of the cutting lines being set such that each is cut by the said one Cutting block obtained has a predetermined resistance value. The section lines 5 and 6 run z. B. perpendicular to each other.
Mehrere chip- bzw. bausteinähnliche Thermistoren 10 können also durch geeignete Unterteilung der in Fig. 3 gezeigten Basisstruktur 4 gleichzeitig erzeugt werden. Jeder dieser Thermistoren 10 enthält ein Thermistorelement 11, das Teil des zuvor erwähnten Grundthermistorelements 1 ist, sowie Elektroden 12 und 13, die an zwei einander gegenüberliegen den Oberflächen des Thermistorelements 11 liegen. Diese Elektroden 12 und 13 bilden Teile der zuvor erwähnten Elek troden 2 und 3. Soweit erforderlich, werden nach Bildung des Thermistorelements 11 die Schritte S 8 und S 9 durchge führt.Several chip-like or module-like thermistors 10 can thus be produced simultaneously by suitable subdivision of the basic structure 4 shown in FIG. 3. Each of these thermistors 10 contains a thermistor element 11 , which is part of the aforementioned basic thermistor element 1 , and electrodes 12 and 13 , which lie on two opposite surfaces of the thermistor element 11 . These electrodes 12 and 13 form part of the aforementioned electrodes 2 and 3 . Where necessary, the thermistor 11, the steps S 8 and S 9 Runaway leads to formation.
Im achten Schritt S 8 werden jeweils Zuführungsleitungen 14 und 15 mit den Elektroden 12 und 13 verbunden, wie die Fig. 4 zeigt. Die Zuführungsleitungen 14 und 15, die beispiels weise Dumet-Leitungen sein können (Leitungen aus einer Ni- Fe-Legierung), sind mit den Elektroden 12 und 13 unter Ver wendung einer klebenden Paste 16 verbunden, beispielsweise unter Verwendung einer Au- oder Ag-Paste, wie die Fig. 4 ebenfalls in Verbindung mit der Zuführungsleitung 15 er kennen läßt, wobei durch Erhitzung auf eine Temperatur von etwa 150°C bis 300°C die klebende Paste 16 aushärtet. Auf diese Weise wird eine feste Verbindung zwischen den Zufüh rungsleitungen 14 und 15 und den Elektroden 12 und 13 er halten.In the eighth step S 8 , feed lines 14 and 15 are connected to the electrodes 12 and 13 , as shown in FIG. 4. The feed lines 14 and 15 , which can be, for example, Dumet lines (lines made of a Ni-Fe alloy) are connected to the electrodes 12 and 13 using an adhesive paste 16 , for example using an Au or Ag alloy. Paste, as shown in Fig. 4 also in connection with the feed line 15, he knows, the adhesive paste 16 hardens by heating to a temperature of about 150 ° C to 300 ° C. In this way, a firm connection between the feed lines 14 and 15 and the electrodes 12 and 13 will hold it.
Der neunte Schritt S 9 dient dazu, den Thermistor 10 mit Glas zu umhüllen. Die Fig. 5 zeigt im einzelnen, wie diese Glasumhüllung des Thermistors 10 erfolgt. Zunächst wird der Thermistor 10 in eine Glaskappe 17 hineingeführt und von dieser umgeben. Anschließend wird er auf eine Temperatur von etwa 500°C bis 700°C aufgeheizt, so daß die Glaskappe 17 weich wird und sich auf die Oberfläche des Thermistors 10 legt. In der Fig. 6 ist das so erhaltene Endprodukt dar gestellt. Die gesamte äußere Oberfläche des Thermistors 10 ist mit dem Glas 17 a der Glaskappe 17 bedeckt.The ninth step S 9 serves to envelop the thermistor 10 with glass. FIG. 5 shows in detail, this is effected as the glass envelope of the thermistor 10. First, the thermistor 10 is inserted into a glass cap 17 and surrounded by it. It is then heated to a temperature of approximately 500 ° C. to 700 ° C., so that the glass cap 17 becomes soft and lies on the surface of the thermistor 10 . In FIG. 6, the final product thus obtained is found represents. The entire outer surface of the thermistor 10 is covered with the glass 17 a of the glass cap 17 .
Entsprechend dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden das Thermistorelement 11 und die Elektroden 12 und 13 durch gleichzeitiges Brennen bzw. Backen erhalten, wobei die Elektrodenpaste und das Thermistorelement 11 gleichzeitig durch thermische Einwirkung schrumpfen, während die Elek trodenpaste während des Brennschritts in die Oberfläche des Thermistorelements 11 eindringt. Das Thermistorelement 11 ist daher fest mit den Elektroden 12 und 13 gekoppelt, so daß das Verhalten des Thermistorelements 11 direkt zu den Elektroden 12 und 13 übertragen werden kann. Die über die Elektroden 12 und 13 erfaßten Eigenschaften des Thermistors 10 lassen sich somit stabilisieren. Das gemeinsame Brennen bzw. Backen von Grundthermistorelement 1 und Elektroden 2 und 3 führt ferner zu einer Reduzierung der Herstellungs schritte und somit zu einer Kostensenkung bei der Herstel lung des Thermistors nach der Erfindung.According to the embodiment described are obtained, the thermistor 11 and the electrodes 12 and 13 by simultaneous firing, or baking, the electrode paste and the thermistor shrink 11 simultaneously by the action of heat, while the Elek trodenpaste during the firing step in the surface of the thermistor 11 penetrates. The thermistor element 11 is therefore firmly coupled to the electrodes 12 and 13 , so that the behavior of the thermistor element 11 can be transmitted directly to the electrodes 12 and 13 . The properties of the thermistor 10 detected via the electrodes 12 and 13 can thus be stabilized. The common burning or baking of basic thermistor element 1 and electrodes 2 and 3 also leads to a reduction in the manufacturing steps and thus to a cost reduction in the manufacture of the thermistor according to the invention.
In der vorangegangenen Beschreibung wurde erläutert, daß das Grundthermistorelement 1 bzw. die Basisstruktur 4 erst nach dem Brennen zerschnitten wird. Hierauf die die Erfin dung jedoch nicht beschränkt. Vielmehr kann auch vor dem gemeinsamen Brennprozeß von Grundthermistorelement 1 und Elektroden 2 und 3 die Basisstruktur 4 in geeigneter Weise unterteilt werden.In the preceding description it was explained that the basic thermistor element 1 or the basic structure 4 is only cut after the firing. However, the invention is not restricted to this. Rather, the basic structure 4 can also be subdivided in a suitable manner before the common burning process of basic thermistor element 1 and electrodes 2 and 3 .
Claims (11)
- a) Vorbereiten eines Thermistormaterials für das durch einen Brennvorgang zu bildende Thermistorelement (1 bzw. 11),
- b) Vorbereiten eines Elektrodenmaterials für die durch ei nen Brennvorgang zu bildenden Elektroden (2, 3 bzw. 12, 13),
- c) Auftragen des Elektrodenmaterials auf wenigstens zwei unterschiedliche Bereiche der Oberfläche des Thermistor materials, und
- d) Brennen des Thermistormaterials mit dem Elektrodenmate rial zur Bildung der Elektroden (2, 3 bzw. 12, 13) in we nigstens zwei unterschiedlichen Bereichen auf der Ober fläche des Thermistorelements (1 bzw. 11).
- a) preparing a thermistor material for the thermistor element ( 1 or 11 ) to be formed by a firing process,
- b) preparing an electrode material for the electrodes ( 2 , 3 or 12 , 13 ) to be formed by a burning process,
- c) applying the electrode material to at least two different areas of the surface of the thermistor material, and
- d) firing the thermistor material with the electrode material to form the electrodes ( 2 , 3 or 12 , 13 ) in we at least two different areas on the upper surface of the thermistor element ( 1 or 11 ).
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Also Published As
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