SE460810B - Termistor avsedd foer temperaturmaetning samt foerfarande foer tillverkning av densamma - Google Patents

Description

460 l0 l5 20 25 30 35 810 2 hjälp-av laser avlägsna en del av termistormaterialet. Substratplattan delas till distinkta termistor-element och inkapslas i ett skyddande skikt av lämpligt material.

US-A-4200970 visar en s.k. sandwich-termistor vilken består av ett plattformat skikt av termistorhalvledarmaterial. På den ena huvudytan är en stor elektrodyta anbringad och på den andra huvudytan är två mindre elektrodytor anbringade. För reglering av resistansvärdet borttrimmas en del av någon av de tre elektrodytorna.

Det har visat sig att tidigare kända termistorer är behäftade med en rad nackdelar. De är dyrbara att tillverka och framför allt att trimma, speciellt att trimma till den noggrannhet som krävs vid vissa tempera- turmätningar. Dessa termistorer har därför ej med erforderliga krav på lönsamhet kunnat användas i temperaturmätningsanordningar av engångstyp.

Det är dessutom med kända lösningar ogörligt att på ett enkelt och flexibelt sätt anpassa termistorn så att den kan arbeta inom andra temperaturintervall. ' ' Uppfinningens grundläggande»idé Ändamålet med föreliggande uppfinning är således att åstadkomma en ter- mistor speciellt avsedd för temperaturmätning och lämpad för engångsbruk samtidigt som den har hög noggrannhet och flexibel användbarhet.

Termistorn skall således kunna framställas mycket rationellt med hög automatiseringsgrad och hög genomströmningshastighet i produktionen trots ett högt krav på noggrannheten. Termistorns absoluta resistans- värde skall med stor flexibilitet kunna ändras för att termistorerna skall kunna arbeta inom olika temperaturintervall, under bibehållande av samma rationella framställningsmetod och trimningsförfarande.

Föreliggande uppfinning uppfyller dessa ändamål genom utformningen av en termistor, vilken kännetecknas av att den innefattar två eller flera seriekopplade termistorplattor samt tre eller flera elektrodytor anord- nade på en bärare, av vilka elektrodytor en eller flera undre elektrod- ytor är anordnade mellan bäraren och termistorplattorna och en eller -d 10 15 20' 25 30 35 w « , . '_ . ,,, v. 1 1 'w.* hä: t . v 460 810 flera övre elektrodytor är anordnade på termistorplattorna, vilka övre elektrodytor är trimmade till termistorns förutbestämda resistansvärde, varvid två av sagda elektrodytor är utformade att kopplas till en elek- trisk krets.

Förfarandet för tillverkning av termistorn kännetecknas enligt uppfin- ningen av att termistorn tillverkas med tjockfilmsteknik genom att på en bärare screentrycks ett första skikt kontaktmaterial till bildande av en eller flera undre elektrodytor, ett andra skikt av termistormaterial till bildande av termistorplattor anordnade på de undre elektrodytorna samt ett tredje skikt kontaktmaterial till bildande av en eller flera övre elektrodytor anordnade på termistorplattorna, varefter de övre elektrodytorna trimmas till ett förutbestämt resistansvärde.

Ytterligare fördelaktiga kännetecken framgår av följande beskrivning av åutföringsexempel samt av underordnade patentkrav.

Termistorns utformning med två eller flera seriekopplade termistor- plattor med en mellanliggande spalt innebär den fördelen att termistorns absoluta resistansvärde kan ändras från ett mycket högt maximalt värde till ett lågt minimivärde enbart genom att förskjuta spaltens (spalter- nas) läge på bäraren. Varje termistorplattas delresistans är omvänt proportionell mot arean och termistorresistansen utgör summan av de seriekopplade termistorplattornas delresistanser. Ju större skillnad på termistorplattornas storlek, dvs ju längre ut mot kanterna spalten åplaceras, desto högre värde får termistorns totalresistans. Minsta värdet på resistansen erhålles när termistorplattorna är lika stora.

Genom att utforma termistorn med fler än två termistorplattor kan en ytterligare ökning av det totala resistansvärdet erhållas.

De övre elektrodytornas storlek anpassas efter termistorplattornas storlek, vilket innebär att oberoende av spaltens eller spalternas placering på bäraren är den sammanlagda övre elektrodytan konstant.

Detta faktum innebär i sin tur att den för trimning tillgängliga totalytan är oförändrad oberoende av spaltens placering, varför samma effektiva trimningsprocess kan användas för olika resistansutföranden. .,,. -i 460 s1o 10 15 20 2st 30 4 Genom den i patentkraven definierade utformningen av termistorn kan den användas för temperaturmätning inom olika temperaturintervall. Dessa egenskaper skapar en flexibilitet för termistorn och vidgar dess använd- ningsfält enbart genom en enkel omställning i produktionen, exvis genom ett byte av screen i en screentryckprocess, under bibehållande av samma effektiva framställningssätt och höga noggrannhet.

Ytterligare en fördel med ternistorn enligt föreliggande uppfinning utgörs av möjligheten att kunna välja i vilken eller vilka övre_ elektrodytor som termistorn skall trimmas allt efter kravet på noggrann- heten i termistorn. I en termistor med två övre elektrodytor där den ena är större än den andra, blir utfallet av en trimning i den ena ytan annorlunda än om trimningen utförs i andra ytan, dvs den procentuella resistansändringen varierar beroende på i vilken yta trimningen sker.

Trinnnr man i den större ytan blir noggrannheten större. När kraven på noggrannhet är stor kan således en första grovtrimning utföras i den mindre ytan, varefter fintrimning kan ske i den större ytan. Trimmar man i den mindre ytan ökar i stället snabbheten i trimningen, vilket innebär att en grovtrimning i den större ytan och en fintrimning i den mindre ger en snabbare men mindre noggrann trimning. Även andra kombinationer 'av trimningar är möjliga inom ramen för uppfinningen, t ex endast en trimning i den ena ytan eller flera trimningar i endast ena ytan.

Termistorns koppling till en elektrisk krets sker genom anslutning av r elektriska ledare direkt till elektrodytorna eller till speciella kon- taktytor anslutna till elektrodytorna. Ledarna kan anslutas på olika. sätt till elektrodytorna/kontaktytorna, exempelvis genom limning, löd- ning, bondning eller genom fjädrande anliggning. De speciella kontakt- ytorna är utdragna så att de ej direkt anligger mot termistorplattorna vilket innebär fördelen att risken för uppvärmning av termistormate-V rialet och därmed förändring av materialets egenskaper vid ledarnas anslutning genom t ex lödning minimeras. qww V vwvivflw' WW' w ß *q (wlflww v- 'MM vhwu 4 v 1 ~ » 10 l5 20 25 7 '7 V - .,. i» --v (<- ._ , . .V ,.|.,.,..,\ .fm hu”. ' i 460 810 Kort beskrivning av bifogade ritningar En utföringsform av uppfinningen samt modifikationer därav beskrivs närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar, där Figur l visar en perspektivvy av en första utföringsform av en termistor före trimning, Figur 2 a-e visar termistorns olika skikt i utföringsformen enligt Figur l, Figur 3 visar ett antal termistorer enligt Figur l på en substrat- platta, ' Figur 4a visar en andra utföringsformning av termistorn och Figur 4b visar en snittvy av termistorn enligt Figur 4a, Figur 5 a och b visar på samma sätt som i Figur 4 a och b en tredje utföringsform av termistorn, innan den försetts med trimningsskär och skyddande polymerskikt, Figur 6 a och b visar på samma sätt som i Figur 4_a och b en fjärde utföringsform av termistorn, Figur 7 a och b visar på samma sätt som i Figur 4 a och b en femte utföringsform av termistorn utan trimningsskär och polymerskikt. 460¶810 10 is 20 25 30 35 Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen Figur 1 visar en termistor enligt uppfinningen, vilken företrädesvis är tillverkad med tjockfilmsteknik. På en icke-ledande substratplatta (8), se Figur 3, företrädesvis av aluminiumoxid, med anvisningar för ca 200 bärarenheter (10) anbringas genom en screentryckningsprocess ett första skikt av ett ledande kontaktmaterial, vilket på varje bärare (10) bildar' en första elektrodyta (12) eller bottenledare, vilket tydligare visas i Figur 2a. Substratplattan torkas i ca l50° för att avlägsna lösnings- medlet i trycket, varefter en bränning i bandugn i ca-850° sker.

Figur 2b visar bäraren (10) med ett andra screentryckt skikt med ter- mistorpasta, vilket på varje bärare (10) bildar två åtskilda termistor- plattor (14,l6) mellan vilka bildas en öppen spalt (18). Termistor- plattornas (l4,l6) ytutbredning är bestämd så att plattornas ytterkanter (20) ligger utanför den första elektrodytans yttre kanter (22) med undantag för spalten (18) mellan plattorna. Substratplattan med de två skikten av kontakt- och termistormaterial torkas nu återigen i ca l50°.

I Figur 2c (se även Figur 1) visas hur ett ytterligare skikt ledande kontaktmaterial screentryckts på substratplattan så att en andra elektrodyta (24,26) bildas på var och en av termistorplattorna (l4,l6), vilka elektrodytor bildar toppledaren. Dessa elektrodytor (24,26) är utformade så att dess ytterkonturer (28) ligger innanför termistor- plattornas ytterkanter (20) förutom ett parti på vardera e1ektroden,' vilket är utdraget utanför termistorplattan (l4,l6) och där bildar en kantaktyra (3o,32) viiken aniigger direkt mot uaraåen (io).

För att kortslutning mellan elektrodytorna, dvs mellan botten- och toppledarna, ej skall kunna uppstå är det väsentligt att toppledaren (24,26) har mindre utbredning än termistorplattorna (l4,l6) samt att termistorplattorna (l4,l6) är större än bottenledaren (12).

Substratplattan torkas nu återigen i ca l50° och bränns därefter i bandÅ ugn i ca eso°. 1 10 l5 20 25 30 35 -~~ «--~ ..,-wnann~wwwumf-an.».-..flw-a~-»----..,-~._ W -n-fiv....---v~-~..ff._1flmnmuw~a-.....w...e .i..._........_.F a* '- 46b sin Reglering av termistorernas resistansvärden sker genom trimning i ter- mistornš övre elektrodytor (24,26), se Figur Zd. Trimningen sker före- trädesvis i två steg, en grovtrimning och en fintrimning. I den i Figur l och 2 visade utföringsformen av termistorn är grovtrimningen (34) utförd i den ena_(24) av de båda övre elektrodytorna, företrädesvis i den mindre, varvid fintrimningen (36) är utförd i den andra elektrodytan (26), således den större.

Av Figur 2d framgår hur delar av de båda övre elektrodytorna avlägsnas genom en grovtrimning (34) i form av ett antal skär eller ”cut” och 'fintrimning (36) i form av ett antal trimningshål eller “blast“.

' Efter avslutad trimning belägges termistorn, förutom kontaktytorna (30,32), med ett polymerskikt(38) med hjälp av screentryck. vilket bidrar till att skydda termistorn men framför allt ger effekten av minskad aldring i densamma. Det skyddande polymerskiktet visas i Figur 2e.

I Figur 4 a och b visas en termistor med en alternativ utformning av [ kontaktytornas (30,32) placering. På de övre elektrodytorna (24,26) är ett isolerande skikt (40) anordnat, i vilket skikt (40) en öppning (42,44) är utformad till var och en av de båda elektrodytorna (24,26).

På det isolerande skiktet är två kontaktytor (30,32) placerade på var sin termistorplatta (l4,l6) med anslutningar (46,48) genom öppningarna (42,44) till elektrodytorna (24,26). Trimningen är här utformad med en grovtrimning (34) på den större elektrodytan och fíntrimningshålen (36) i den mindre elektrodytan.

I Figur 5 a och b visas en utföringsform av termistorn med fler än tvâ, närmare bestämt fyra, termistorplattor. Bäraren (l0) är här försedd med två undre elektrodytor (l2,l3) på vilka parvis är anordnade fyra termistorplattor (l4,l5,l6,l7). Tre övre elektrodytor (24,25,26) är anordnade på termistorplattorna, varvid de två yttersta (24,26) är anslutna till de båda kontaktytorna (30,32). Den mellanliggande övre elektrodytan (25) seriekopplar de båda mellersta termistorplattorna till gem-___. _, _ varandra. 460 10 15 20 25 30 ~ .~wv,f..wf-wf~f~.._,..v ,,,.,.. 810 Figur 6 a och b visar en termistor med två undre elektrodytor (l2,l3) vilka helt täcks av de två termistorplattorna (l4,l6). Endast en övre elektrodyta (24) är utformad, i vilken grov- och fintrimningen är ut- förd. Hela bärarens ovansida är därefter täckt av ett isolerande skikt (40). De båda kontaktytorna (30,32) är här anordnade på bärarens (10) undersida och anslutna till de båda undre elektrodytorna (l2,13) genom anslutningsöppningar (42,44) i bäraren (10).

I Figur 7 a och b visas ytterligare en utföringsform av termistorn, vilken består av tre termistorplattor (l4,1S,l6) anordnade på tre olika _ undre elektrodytor (ll,l2,l3). En (ll) av de två yttersta av dessa tre elektrodytor är utdragen utanför termistorplattan (14) så att den där bildar en av de två kontaktytorna (30). De två andra undre elektrod- ytorna (l2,l3) är utdragna så att de ligger an mot resp bredvidliggande termistorplattas (l4,l5) ovansida och där bildar övre elektrodytor (24,25) samtidigt som de två utdragna elektrodytorna därigenom serie- kopplar de tre termistorplattorna (l4,lS,16). På den tredje och yttersta termistorplattan (16) är en tredje övre elektrodyta (26) anordnad, vilken är utdragen utanför termistorplattan (16) till bildande av den 5! andra kontaktytan (32) vilken ligger an mot bäraren (10).

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till ovan beskrivna utförings- exempel utan flera tänkbara modifikationer av uppfinningen är tänkbara inom ramen för patentkraven. Exempelvis kan trimningen vara utförd i If vilken/vilka som helst av de övre elektrodytorna och trimningsytan/- j, ytorna kan utformas med olika yttre former. Antalet termistorplattor kan (Ü variera från två och uppåt. Likaså kan antalet elektrodytor, övre och |f undre, sammanlagt vara tre eller flera för att termistorplattorna skall V vara seriekopplade, varav en eller flera utgör undre elektrodytor och en eller flera utgör övre.

Claims (16)

10 15 20 25 30 35 ' i* Q i 460 sån Patentkrav I J

1. l. Termistor, företrädesvis avsedd för temperaturmätning, kännetecknad av att den innefattar minst två på en bärarenhet (10) seriekopplade och varandra närliggande termistorplattor (14-17), vilka avdelas sinsemellan av en företrädesvis långsträckt spalt (18) och vars övre ytor är till stora delar täckta av övre elektrodytor (24-26), varvid termistorplattorna (14-17) är anordnade inom en begränsad yta på bärarenheten (10) så att termistorplattornas (14-17) maximala sammanlagda yta är konstant, medan storleken av varje individuell termistoryta är varierbar genom förskjutning av spalten/spalternas (18) läge inom sagda begränsade yta på bärarenheten (10), för anpassning av termistorns totalresistans till olika resistansvärden.

2. Termistor enligt patentkravet 1, kännetecknad av att den innefattar tre eller flera elektrodytor (12-13, 24-26), av» vilka en eller flera undre elektrodytor (12, 13) är anordnade mellan bärarenheten (10) och termistorplattorna (14-17) och en eller flera övre elektrodytor (24-26) är anordnade på termistorplattorna (14-17), varvid sagda övre elektrodytor (24-26) är trimmade till termistorns-förutbestämda resistansvärde.

3. Termistor enligt patentkravet 2, kännetecknad av att två av elektrodytorna (12-13, 24-26) är anslutna till var sin kontaktyta (30, 32) utan direktkontakt med termistorplattorna (14-17), vilka kontaktytor är avsedda att kopplas till en elektrisk krets. .-<-.f~.l.fv~..m-.ww-wflfl~smv m. ,. , ___.

4. Termistor enligt patentkravet 3, kännetecknad av att den innefattar en undre elektrodyta (12) anordnad på bärarenheten M (10), två termistorplattor (14, 16) anordnade på den undre g elektrodytan (12) samt två övre elektrodytor (24, 26) ; anordnade på och väsentligen täckande var sin termistorplatta (14, 16). iwpwww' WHW VIWH. u.. k håwwN-q _ m w ~ M« | s l 460 810 /O

5. Termistor enligt patentkravet 4, kännetecknad av att de båda övre elektrodytorna (24, 26) är utdragna utanför 5 'termistorplattorna (14, 16) för att bilda kontaktytor (30, 32) anordnade att anligga direkt mot bärarenheten (10). 1

6. Termistor enligt patentkravet 5, kännetecknad av att den- undre elektrodytans yttre kanter (22) är anordnade innanför _ g 10 och intill termistorplattornas yttre kanter (20) med undantag för spalten (18) mellan plattorna och vidare att de övre A elektrodytornas yttre kanter (28) är anordnade i huvudsak intill och innanför termistorplattornas yttre kanter (20). 15

7. Termistor enligt patentkravet 1, kännetecknad av att den är tillverkad med tjockfilmsteknik genom screentryckning.

8. Termistor enligt patentkravet 1, kännetecknad av att bärarenheten (10) utgörs av en icke-ledande substratplatta av 1 20 aluminiumokid.

9. Termistor enligt patentkravet 4, kännetecknad av att ett § isolerande skikt (40) är anordnat på de övre elektrodytorna (24,26), i vilket skikt två öppningar (42,44) är utformade för 25 anslutningar (46,48) till de övre elektrodytorna (24,26) av två på det isolerande skiktet (40) anordnade kontaktytor (30,32).

10. Termistor enligt patentkravet 4, kännetecknad av att en 30 (16) av termistorplattorna är större än den andra (14), varvid även motsvarande övre elektrodyta (26) är större än den andra (24). '

11. Termistor enligt patentkravet 10, kännetecknad av att en 35 V grovtrimning (34) är utformad i den ena övre elektrodytan,V företrädesvis den mindre (24), och en fintrimning (36) är utformad i den andra övre elektrodytan (26). 10 15 20 25 30 35 4160 aí1o~ H

12. Termistor enligt patentkravet 4, kännetecknad av att de båda termistorplattorna (14, 16) är lika stora, varvid även motsvarande övre=elektrodytor (24, 26) är lika stora.

13. Termistor enligt patentkravet 3, kännetecknad av att den innefattar två undre elektrodytor (l2,l3) anordnade på bärarenheten (10), två termistorplattor (14,16) anordnade på och täckande de undre elektrodytorna (12,l3) samt en övre elektrodyta (24) anordnad på termistorplattorna (l4,l6), varvid två kontaktytor (30,32) är anordnade på bärarenheten (10) undersida, vilka kontaktytor (30,32) via öppningar (42,44) i bärarenheten (10) är anslutna till var sin undre elektrodyta (12,13).

14. Förfarande för tillverkning av en termistor, kännetecknat därav att termistorn tillverkas med tjockfilmsteknik genom att på en bärarenhet»(10) screentrycks inom en begränsad yta på bärarenheten (10) ett första skikt kontaktmaterial till bildande av en eller flera undre elektrodytor (12,13), ett andra skikt av termistormaterial till bildande av termistorplattor (14-17) anordnade på de undre elektrodytorna (l2,13) och avdelade sinsemellan av en företrädesvis flåmgstmänkt spalt Jlß)-samt ett tredje skikt kontaktmaterial till bildande av en eller flera övre elektrodytor (24-26) som till stora delar täcker termistorplattorna (14-17), varefter, de övre elektrodytorna (24-26) trimmas till ett förutbestämt resistansvärde.

15. Förfarande enligt patentkravet 14, kännetecknat därav att de olika skikten screentrycks på en substratplatta (8) vilken beståf av ett flertal, företrädesvis ca 200, bärarenheter (10).

16. Förfarande enligt patentkravet 15, kännetecknad därav att ett ytterligare skikt av skyddande polymer screentrycks på de trimmade övre elektrodytorna (24-26). f; 4.._ _