传感器元件和用于制造传感器元件的方法技术

描述了一种用于测量温度的传感器元件（1），具有：载体（2），其中所述载体（2）具有电绝缘材料，并且其中所述载体（2）具有上侧（2a）和下侧（2b）；NTC热敏电阻（3），其中所述NTC热敏电阻（3）布置在所述载体（2）的上侧（2a）处；至少两个第一电极（4），用于与所述传感器元件（1）电接触，其中所述第一电极（4）布置在所述载体（2）的上侧（2a）处；布置在所述载体（2）的下侧（2b）处的至少一个第二电极（5），其中所述传感器元件（1））被构造为直接电绝缘地集成。还描述了一种用于制造传感器元件（1）的方法。用于制造传感器元件（1）的方法。用于制造传感器元件（1）的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传感器元件和用于制造传感器元件的方法


[0001]本专利技术涉及一种传感器元件，特别是一种温度传感器。本专利技术还涉及一种用于制造传感器元件、优选温度传感器的方法。

技术介绍

[0002]根据现有技术，在各种应用中主要用陶瓷热导体热敏电阻元件（“Negative Temperature Coefficient”（负温度系数）；NTC）、硅温度传感器（KTY）、铂温度传感器（PRTD）或热电偶（TC）来测量温度以用于监控和调节。在此，由于制造成本低，NTC热敏电阻是最广泛使用的。
[0003]与热电偶和诸如Pt元件这样的金属电阻元件相比，NTC热敏电阻的另一个优点是显著的负电阻温度特征。
[0004]为了在功率模块中使用，主要使用SMD（“surface mounted device，表面安装器件”）NTC温度传感器，所述温度传感器是焊接上的。在用于低功率的控制模块情况下，替代于此地也使用NTC芯片，NTC芯片借助于Ag烧结浆、焊接或粘合而安装在下侧上，并且可以通过接合线接触上侧。
[0005]为了电接触NTC陶瓷必须施加金属电极。根据现有技术，为此通过丝网印刷过程和随后的共烧来施加主要由银浆或金浆制成的厚层电极。
[0006]银金属化部特别适用于焊接连接。由于提高鉴于新的可靠连接接触（如接合和焊接）的技术要求，特别是在与金接合线、铝接合线或铜接合线接合时需要使用不同的电极，因为与银的连接不具有足够的可靠性。
[0007]在金的金属化部的情况下，无法实现与连接线的焊接连接。由于成本原因，接合连接只能用细金线来实现。厚层金电极上的铝接合线连接达不到可靠性要求。
[0008]因为附着力太低和可靠性不足，在金电极的情况下，在低温下用精细分散的银浆在压力下烧结也是没有意义的。
[0009]目前，在带有焊接上的传感器的功率模块情况下，温度测量是在单独的线路路径上进行的。印刷电路板上的定位在功率模块的单独区域中位于边缘处或在功率半导体的中间区域中。因此，准确的温度测量只能在非常有限的范围内进行，因为仅存在经由陶瓷衬底的间接热连接。
[0010]然而，由于关于使用温度和可靠性的要求提高，因此存在对于如下NTC温度传感器的需求，所述NTC温度传感器优选可以直接施加到电路板的导体线路上。

技术实现思路

[0011]本专利技术的任务在于描述解决上述问题的传感器元件和用于制造传感器元件的方法。
[0012]该任务通过根据独立权利要求的传感器元件和用于制造传感器元件的方法来解决。
[0013]根据一个方面，描述了一种传感器元件。所述传感器元件被构造为测量温度。所述传感器元件是温度传感器。所述传感器元件被构造为在功率模块的情况下测量温度。
[0014]所述传感器元件具有载体或衬底。所述载体被构造为电绝缘。特别地，所述载体具有电绝缘材料。所述载体具有高导热性的材料。所述载体优选具有陶瓷材料。所述载体是陶瓷载体。
[0015]所述载体具有上侧和下侧。上侧和所述下侧相互对置。所述下侧在此是载体或传感器元件的在传感器元件的已安装状态下面向印刷电路板的那侧。
[0016]所述传感器元件还具有NTC热敏电阻。所述NTC热敏电阻布置在所述载体的上侧。在第一变体中，所述NTC热敏电阻是SMD NTC热敏电阻。在第二变体中，所述NTC热敏电阻是芯片NTC热敏电阻。所述NTC热敏电阻具有上侧和下侧。上侧和下侧相互对置。所述上侧在此是NTC热敏电阻在传感器元件的已安装状态下背离载体的那侧。
[0017]所述传感器元件具有至少两个第一或上电极。特别地，所述传感器元件具有第一上电极。所述传感器元件还具有第二上电极。
[0018]第一/上电极被构造用于电接触所述传感器元件和/或所述NTC热敏电阻。第一/上电极布置在所述载体的上侧处。第一/上电极在所述载体的表面上彼此空间和电气分离地形成。第一电极被结构化地构造。
[0019]所述传感器元件具有至少一个第二或下电极，优选地具有恰好一个第二电极。第二/下电极是纯金属化部并且没有电功能。第二电极布置或形成在所述载体的下侧处。第二电极优选整面地形成。换言之，第二电极完全覆盖下侧。第二电极也可以被构造和布置为，使得在所述载体的下侧上形成空闲边缘。在这种情况下，第二电极不会伸出到载体下侧的边缘处。
[0020]所述传感器元件被构造为以电绝缘的方式直接集成，例如集成到功率模块的导体线路上。由此保证了在期望位置上的精确温度监控，因为与IC（Integrated Circuit；集成电路）的热耦合是经由导体线路直接给定的。因此提供了一种非常精确和可靠的传感器元件。
[0021]根据一个实施例，所述载体的材料具有基于Al2O3、LTCC（Low Temperature Cofired Ceramics，低温共烧陶瓷）或ZTA（Zirconia Toughened Aluminum Oxide，氧化锆增韧氧化铝）材料的陶瓷。替代于此，载体材料也可以具有AlN或Si3N4。这些材料增加了传感器元件的机械稳定性。因此提供了一种特别可靠的传感器元件。
[0022]根据一个实施例，载体材料的热膨胀系数和NTC热敏电阻材料的热膨胀系数相互协调。由此，可以避免由于周期性的温度变化和在此过程中出现的热机械应力而对NTC热敏电阻与载体之间的连接点造成的损坏。
[0023]根据一个实施例，第一或上电极被构造和布置为能够使用传统的AVT（组装和连接技术）实现传感器元件的电接触。优选地，第一电极被构造为使得可以借助于焊接和/或引线接合（优选粗引线接合）接触第一电极。
[0024]此外，第二或下电极被构造和布置为使用传统的AVT直接施加到功率模块的导体线路上。优选地，第二电极借助于焊接或银烧结集成在导体线路上。
[0025]由此使用了在制造功率模块时按照标准使用的连接技术。这使得能够提供成本有利且简单的传感器元件。
[0026]根据一个实施例，相应的第一或上电极具有多个层。优选地，相应的第一电极具有至少两个层。每层可以具有多个单独的层或子层。这些层取决于材料而被实施为薄层或厚层。相应的第一电极的每一层都具有特定材料。
[0027]在第一变体（SMD NTC热敏电阻）中，相应的第一电极优选地具有材料Cu、Ni和Au。在第二变体（芯片NTC热敏电阻）中，载体的第一电极具有材料Cu、Ni、Pd和/或Au，而芯片NTC热敏电阻上的电极具有材料Ni和Au。可选地，相应的第一电极也可以具有Pd。
[0028]例如，在所述载体上第一电极的最底层具有Cu。在此，该最底层是第一电极的直接地或紧挨在载体上侧上形成的层。例如，中间层具有Ni。例如，第二中间层或另外的中间层具有Pd。最上层例如具有Au。最上层形成相应第一电极的上侧或外侧。
[0029]优选地，在所述载体上，第一电极的至少一层被构造为厚层。第一电极的至少一个另外的层也被构造为薄层。Cu层和Ni层优选实施为厚层。Au层和Pd层优选实施为薄层。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于测量温度的传感器元件（1），具有
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载体（2），其中所述载体（2）具有电绝缘材料并且其中所述载体（2）具有上侧（2a）和下侧（2b），
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NTC热敏电阻（3），其中所述NTC热敏电阻（3）布置在所述载体（2）的上侧（2a）处，
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用于电接触所述传感器元件（1）的至少两个第一电极（4、40），其中所述第一电极（4、40）布置在所述载体（2）的所述上侧（2a）处，其中所述传感器元件（1）被构造为以电绝缘方式直接集成。2.根据权利要求1所述的传感器元件（1），其中，所述传感器元件（1）被构造为以电绝缘的方式直接集成到功率模块的导体线路上。3.根据权利要求1或2所述的传感器元件（1），其中，所述载体（2）的电绝缘材料包括基于AlN、Si3N4、Al2O3、LTCC或ZTA材料的陶瓷。4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器元件（1），其中，所述载体材料的热膨胀系数和所述NTC热敏电阻（3）的材料的热膨胀系数相互协调。5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器元件（1），其中，所述NTC热敏电阻（3）是SMD NTC热敏电阻，并且其中，所述传感器元件（1）还具有保护层（9），其中所述保护层（9）至少在所述NTC热敏电阻（3）周围形成。6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器元件（1），其中，相应的第一电极（4）具有多个层（10、11、12、13），并且其中，相应的第一电极（4）具有Cu，Ni、Pd和/或Au。7.根据权利要求6所述的传感器元件（1），其中，所述第一电极（4）的至少一个层（10、11）被构造为厚层，并且其中所述第一电极（4）的至少一个另外的层（12、13）被构造为薄层。8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器元件（1），其中，相应的第一电极（4）具有第一区域（4a），用于借助于引线接合或焊接来电接触所述传感器元件（1），并且其中相应的第一电极（4）具有用于借助于焊接与所述NTC热敏电阻（3）接触的第二区域（4b）。9.根据权利要求8所述的传感器元件（1），其中，所述第一区域（4a）和所述第二区域（4b）通过连接区域（4c）相互结合。10.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器元件（1），其中，所述两个第一电极（4、40）中的第一个电极（4）紧挨在所述载体（2）的上侧（2a）上构造，其中所述NTC热敏电阻（3）直接布置在所述第一个电极（4）上，其中所述NTC热敏电阻（3）具有构造在所述NTC热敏电阻（3）的上侧（3a）处的金属化部（40），并且其中所述金属化部（40）形成所述两个第一电极（4、40）中的第二个电极（40）。11.根据权利要求10所述的传感器元件（1），其中，所述NTC热敏电阻（3）是芯片NTC热敏电阻。12.根据权利要求10或11所述的传感器元件（1），其中，所述金属化部（40）被构造为借助于引线接合电接触所述传感器元件（1）。13.根据权利要求10至12中任一项所述的传感器元件（1），其中，所述金属化部（40）具有至少一个含镍层（41）...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：TDK电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：