具有保护层的陶瓷部件和用于其制造的方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]已知该电陶瓷部件，其在电子设备中作为电阻元件使用。特别地已知具有可变电阻特性的电陶瓷部件，例如电压相关的电阻和温度相关的电阻。温度相关电阻包括正温度系数热敏电阻也就是PTC-电阻(PTC=正温度系数)，其陶瓷在低温度的情况下比在高温度的情况下更好地传导电流，并且负温度系数电阻器也就是NTC-电阻(NTC=负温度系数)，其陶瓷在温度提高的情况下表征为电传导能力增加。这种电陶瓷部件应用例如为保护部件，开关元件或传感器元件。此外负温度系数电阻器用作温度传感器，例如在电阻温度计中的温度传感器。尤其是负温度系数电阻器在机动车中作为发动机温度传感器使用。
[0002]在常规陶瓷部件的情况下在使用时间增加的使用条件下经常可观察到特定电特征值的改变，尤其是特定电阻的提高，或甚至功能丧失。这涉及例如NTC-电阻作为自动化应用中温度传感器的使用。常规陶瓷部件的这个缺少的稳定性和可靠性是已知的问题。
【发明内容】
[0003]在此本发明的目标为，提供陶瓷部件，该陶瓷部件在使用条件下具有关于其特定电特征值的改善的稳定性和可靠性。
[0004]根据本发明这个目标通过如权利要求1所述的陶瓷部件实现。部件的有利扩展方案以及用于制造的方法是另外的权利要求的主题。
[0005]本发明描述具有陶瓷基体的陶瓷部件，该陶瓷基体例如可以是电陶瓷。例如陶瓷基体可以包括电陶瓷，该电陶瓷具有可变电阻，例如电压相关的电阻(可调电阻器)或温度相关的电阻。尤其是设置具有正温度系数(PTC-电阻)的陶瓷或具有负温度系数(NTC-电阻)的陶瓷。在确定的扩展方案中设置具有负温度系数的陶瓷，其也就是负温度系数电阻器。
[0006]至少一个金属部布置在陶瓷基体的至少一个外表面上。这个金属部可以例如设置作为接触层。构造成接触层的金属部可以例如与一个或多个在基体中布置的电极层电导通地连接。
[0007]设置建立与金属部的电接触的至少一个电引线。例如电引线可借助于焊接连接与金属部电导通地连接。电引线实现了例如陶瓷部件到电子电路布置中的集成。
[0008]设置内部保护层和外部保护层用于封装部件。在此内部保护层可以包含至少第一官能团，通过该官能团内部保护层化学共价地连接到至少陶瓷基体。在本发明的确定的扩展方案中内部保护层例如作为特别对齐的单分子的层(英语self assembled monolayer,SAM)共价相连地布置。优选地内部保护层具有疏水的特性。此外内部保护层优选地具有疏油的特性。尤其优选不但具有疏水的特性而且具有疏油的特性的内部保护层。通过化学共价连接内部保护层和陶瓷衬底特别牢固地彼此相连并且相对彼此良好密封。由于这个特性还存在防止内部保护层中在温度交变载荷的情况下的断裂形成的更好保护。
[0009]作为化学共价连接的备选内部保护层可以通过化学气相沉积(英语ChemicalVapour Deposit1n, CVD)来沉积。例如通过CVD沉积的内部保护层具有高一致性，也就是，在部件的水平和垂直表面上的尽可能均匀的层厚度。优选地通过CVD沉积的内部保护层是无孔的并且特别是无针孔的。优选地内部保护层是疏水的。优选地内部保护层还具有相对有机介质的非常好的阻碍作用。尤其是内部保护层是疏水的并且同时具有相对有机介质的非常好的阻碍作用以及相对水蒸气和另外的气态介质的非常好的阻碍作用。
[0010]在本发明的另外的扩展方案中规定，内部保护层不但包含第一官能团而且通过CVD沉积，使得陶瓷基体处的内部保护层的共价化学连接的特性与通过CVD沉积的内部保护层的特性尤其有利地共同起作用。
[0011]发明人可确定，陶瓷部件与环境介质(例如水)的接触可以是对陶瓷部件的特定电特征值的改变的主要原因。特别地可确定，在自动化应用中陶瓷部件可以将水或水蒸气，废气冷凝物和/或发动机油挤到陶瓷衬底处并且在那里导致电阻改变。尤其是还可以确定，陶瓷部件的常规保护层在温度交变载荷的情况下易于发生断裂形成，由此可以额外地影响保护防止陶瓷衬底被周围的介质侵入的保护。通过内部和外部保护层的根据本发明的组合所述部件尤其对周围介质的侵入有抵抗力地封装并且因此确保陶瓷的特别好的保护。在此根据本发明的陶瓷部件在使用条件下具有关于其特定电特征值的改善的稳定性和可靠性。
[0012]陶瓷基体可以例如作为整体的陶瓷基体设计。作为另外的变体方案可能的是，基体成形为陶瓷层的堆叠。此外一个或多个电导通的电极层可以在陶瓷基体的内部中存在。在确定的扩展方案中多个平行的电极层以电极束的形式布置。不同的电极可以彼此在基体中关于层平面水平和/或垂直面对面地站着。尤其是部件的电特性通过陶瓷基体并且必要时存在的电极层确定。
[0013]金属部可以包括例如铝，银或铜或者包括铝，银或铜的合金。可以设置至少两个金属部，该金属部例如在陶瓷基体的位置相对的外表面上布置。此外可以设置两个电引线，以便于两个金属部的每个分别单独与这些电引线各之一电接触并且如此实现陶瓷部件在电子电路布置中的集成。
[0014]在本发明的优选扩展方案中内部保护层在陶瓷基体，金属部和电引线的至少与金属部相邻的部分上布置。此外焊接连接可以设置在金属部和电引线之间，内部保护层同样布置其上。这些特征中的多个还可以分别组合在陶瓷部件中。例如在部件中可设置多个金属部和多个电引线，内部保护层同样可布置在其上。优选地内部保护层通过第一官能团附加地化学共价地连接到金属部和电引线以及必要时连接到焊接连接。通过内部保护层的这个扩展方案还良好保护尤其是从陶瓷基体到金属部以及从金属部到电引线或者到焊接连接的过渡区免于环境介质的进入。在另外的扩展方案中规定，电引线至少在与金属部或者焊接连接相邻的区域中由隔离材料包围。例如隔离材料可以包括热塑性塑料，例如聚醚醚酮(PEEK)。例如具有PEEK隔热软管的电引线可以是隔离的。
[0015]在另外的变体方案中中间层在内部保护层和外部保护层之间布置。例如内部保护层可以设置作为用于中间层的加强附着的层，因此以这种方式确保中间层到陶瓷部件的改善的连接。中间层可设置用于例如进一步放大内部和外部保护层对于周围介质的阻碍作用。
[0016]可能的是，内部保护层附加地包含第二官能团，通过第二官能团实现到外部保护层的共价化学连接。通过第二官能团还可以实现内部保护层到中间层的共价化学连接。此外对于确定的变化方案规定，内部保护层不但与中间层而且与外部保护层接触并且通过第二官能团化学共价地与其相连。以这种方式通过内部保护层的第一和第二官能团获得外部保护层和/或，(如果存在的话)中间层到陶瓷部件的稳固连接，由此实现具有特别好的对于环境介质的进入的阻碍作用的特别良好的密封和稳定的封装。
[0017]根据另外的扩展方案中间层具有第三官能团，通过第三官能团实现到外部保护层的共价化学连接。因此实现在外部保护层和中间层之间的非常好的附着强度以及相对彼此良好密封的连接。
[0018]考虑例如从群组中选出的材料作为内部保护层的材料，该群组包括膦酸酯，尤其是具有P-O-金属连接的特别对准的单分子的膦酸酯层(英语self-assembled monolayerof phosphonates, SAMP),娃烧,娃酸盐和聚对二甲苯基。此外内部保护层可以由这些材料的组合组成。由膦酸酯或硅烷制成的内部保护层特征在于到陶瓷基体以及必要时到金属部和电引线的至少与金属部相邻的部分