Keramisches Bauelement mit Schutzschicht und Verfahren zu dessen Herstellung

Es sind elektrokeramische Bauelemente bekannt, die in der Elektronik als Widerstandselemente Verwendung finden.

Speziell sind elektrokeramische Bauelemente mit variablen Widerstandseigenschaften bekannt, zum Beispiel

spannungsabhängige Widerstände und temperaturabhängige

Widerstände. Temperaturabhängige Widerstände umfassen

Kaltleiter beziehungsweise PTC-Widerstände (PTC = Positive Temperature Coefficient) , deren Keramiken bei tieferen

Temperaturen den Strom besser leiten als bei hohen

Temperaturen, und Heißleiter beziehungsweise NTC-Widerstände (NTC = Negative Temperature Coefficient) , deren Keramiken bei Temperaturerhöhung durch eine zunehmende elektrische

Leitfähigkeit gekennzeichnet sind. Solche elektrokeramischen Bauelemente finden beispielsweise als Schutzbauelemente, Schaltelemente oder Sensorelemente Anwendung. Unter anderem werden Heißleiter als Temperatursensoren eingesetzt,

beispielsweise in Widerstandsthermometern. Insbesondere werden Heißleiter in Kraftfahrzeugen als

Motortemperaturfühler verwendet.

Bei herkömmlichen keramischen Bauelementen lässt sich unter Einsatzbedingungen mit zunehmender Einsatzzeit häufig eine Änderung der spezifischen elektrischen Kenngrößen,

insbesondere eine Erhöhung des spezifischen Widerstands, oder sogar ein Funktionsverlust beobachten. Dies betrifft

beispielsweise den Einsatz von NTC-Widerständen als

Temperatursensoren in Automotive-Anwendungen . Diese mangelnde Stabilität und Zuverlässigkeit herkömmlicher keramischer Bauelemente stellt ein bekanntes Problem dar.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, keramische Bauelemente bereitzustellen, welche unter Einsatzbedingungen eine verbesserte Stabilität und Zuverlässigkeit hinsichtlich ihrer spezifischen elektrischen Kenngrößen aufweisen.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein keramisches

Bauelement nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte

Ausgestaltungen des Bauelements sowie ein Verfahren zur Herstellung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Die Erfindung beschreibt ein keramisches Bauelement mit einem keramischen Grundkörper, welcher beispielsweise eine

Elektrokeramik sein kann. Zum Beispiel kann der keramische Grundkörper Elektrokeramiken umfassen, welche einen variablen Widerstand aufweisen, beispielsweise einen spannungs ^¬ abhängigen Widerstand (Varistoren) oder einen temperatur- abhängigen Widerstand. Insbesondere sind Keramiken mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstände) oder Keramiken mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC- Widerstände) vorgesehen. In bestimmten Ausgestaltungen sind Keramiken vorgesehen, welche einen negativen

Temperaturkoeffizienten aufweisen, also Heißleiter sind.

Es ist zumindest eine Metallisierung auf wenigstens einer Außenoberfläche des keramischen Grundkörpers angeordnet.

Diese Metallisierung kann zum Beispiel als Kontaktschicht vorgesehen sein. Eine als Kontaktschicht ausgebildete

Metallisierung kann beispielsweise mit einer oder mehreren im Grundkörper angeordneten Elektrodenschichten elektrisch leitend verbunden sein. Es ist zumindest eine elektrische Zuleitung vorgesehen, welche einen elektrischen Kontakt mit der Metallisierung herstellt. Beispielsweise kann die elektrische Zuleitung mit Hilfe einer Lotverbindung mit der Metallisierung elektrisch leitend verbunden sein. Die elektrische Zuleitung ermöglicht zum Beispiel die Integration des keramischen Bauelementes in eine elektrische Schaltungsanordnung. Zur Verkapselung des Bauelements sind eine innere

Schutzschicht und eine äußere Schutzschicht vorgesehen. Dabei kann die innere Schutzschicht zumindest erste funktionelle Gruppen enthalten, über welche die innere Schutzschicht chemisch kovalent an zumindest den keramischen Grundkörper angebunden ist. In bestimmten Ausgestaltungen der Erfindung ist die innere Schutzschicht zum Beispiel als speziell ausgerichtete monomolekulare Schicht (engl, seif assembled monolayer, SAM) kovalent angebunden angeordnet. Vorzugsweise weist die innere Schutzschicht hydrophobe Eigenschaften auf. Des Weiteren weist die innere Schutzschicht vorzugsweise oleophobe Eigenschaften auf. Besonders bevorzugt ist eine innere Schutzschicht, die sowohl hydrophobe als auch

oleophobe Eigenschaften aufweist. Durch die chemisch

kovalente Anbindung sind die innere Schutzschicht und das keramische Substrat besonders haftfest miteinander verbunden und dichten gut gegeneinander ab. Aufgrund dieser

Eigenschaften ist auch ein guter Schutz vor Rissbildung in der inneren Schutzschicht bei Temperaturwechselbelastung vorhanden .

Alternativ zur chemisch kovalenten Anbindung kann die innere Schutzschicht über chemische Gasphasenabscheidung (engl.

Chemical Vapour Deposition, CVD) abgeschieden sein. Beispielsweise weist die durch CVD abgeschiedene innere

Schutzschicht eine hohe Konformität auf, das heißt, eine weitgehend homogene Schichtdicke auf horizontalen und

vertikalen Oberflächen des Bauelements. Bevorzugt ist die durch CVD abgeschiedene innere Schutzschicht porenfrei und speziell pinhole-frei . Vorzugsweise ist die innere

Schutzschicht hydrophob. Vorzugsweise weist die innere

Schutzschicht auch eine sehr gute Barrierewirkung gegenüber organischen Medien auf. Insbesondere ist die innere

Schutzschicht hydrophob und weist gleichzeitig eine sehr gute Barrierewirkung gegenüber organischen Medien sowie gegenüber Wasserdampf und weiteren gasförmigen Medien auf.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die innere Schutzschicht sowohl erste funktionelle

Gruppen enthält als auch über CVD abgeschieden ist, so dass die Eigenschaften der kovalenten chemischen Anbindung der inneren Schutzschicht an den keramischen Grundkörper mit den Eigenschaften einer durch CVD abgeschiedenen inneren

Schutzschicht besonders vorteilhaft zusammenwirken.

Die Erfinder konnten feststellen, dass der Kontakt eines keramischen Bauelements mit Umgebungsmedien, beispielsweise Wasser, hauptursächlich für die Änderung der spezifischen elektrischen Kenngrößen von keramischen Bauelementen sein kann. Speziell konnte festgestellt werden, dass in

Automotive-Anwendungen keramischer Bauelemente Wasser oder Wasserdampf, Abgaskondensate und/oder Motorenöle bis an das Keramiksubstrat vordringen und dort Widerstandsänderungen verursachen können. Insbesondere konnte auch festgestellt werden, dass herkömmliche Schutzschichten von keramischen Bauelementen bei Temperaturwechselbelastung zur Rissbildung neigen, wodurch der Schutz des Keramiksubstrats vor dem Zutritt umgebender Medien zusätzlich beeinträchtigt sein kann. Durch die erfindungsgemäße Kombination der inneren und äußeren Schutzschichten ist das beschriebene Bauelement besonders resistent gegen den Zutritt von umgebenden Medien verkapselt und gewährleistet somit einen besonders guten Schutz der Keramik. Die erfindungsgemäßen keramischen

Bauelemente weisen daher unter Einsatzbedingungen eine verbesserte Stabilität und Zuverlässigkeit hinsichtlich ihrer spezifischen elektrischen Kenngrößen auf.

Der keramische Grundkörper kann beispielsweise als

monolithischer keramischer Grundkörper ausgestaltet sein. Als weitere Variante ist es möglich, dass der Grundkörper als Stapel von keramischen Schichten ausgeformt ist. Weiterhin können eine oder mehrere elektrisch leitende

Elektrodenschichten im Inneren des keramischen Grundkörpers vorhanden sein. In bestimmten Ausgestaltungen sind mehrere parallele Elektrodenschichten in Form von Elektrodenbündeln angeordnet. Unterschiedliche Elektroden können einander im Grundkörper bezüglich der Schichtebenen horizontal und/oder vertikal gegenüberstehen. Insbesondere werden die

elektrischen Eigenschaften des Bauelements durch den

keramischen Grundkörper und die gegebenenfalls vorhandenen Elektrodenschichten bestimmt.

Die Metallisierung kann beispielsweise Aluminium, Silber oder Kupfer umfassen beziehungsweise eine Aluminium, Silber oder Kupfer umfassende Legierung sein. Es können zumindest zwei Metallisierungen vorgesehen sein, welche beispielsweise auf gegenüberliegenden Außenoberflächen des keramischen

Grundkörpers angeordnet sind. Es können zudem zwei

elektrische Zuleitungen vorgesehen sein, um jeweils jede der beiden Metallisierungen separat mit je einer dieser elektrischen Zuleitung elektrisch zu kontaktieren und so die Integration des keramischen Bauelementes in eine elektrische Schaltungsanordnung zu ermöglichen. In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist die innere Schutzschicht auf dem keramischen Grundkörper, der

Metallisierung und zumindest den an die Metallisierung angrenzenden Teil der elektrischen Zuleitung angeordnet. Des Weiteren kann eine Lotverbindung zwischen der Metallisierung und der elektrischen Zuleitung vorgesehen sein, auf welcher die innere Schutzschicht ebenfalls angeordnet ist. Auch können jeweils mehrere dieser Merkmale im keramischen

Bauelement kombiniert sein. Beispielsweise können im

Bauelement eine Mehrzahl von Metallisierungen und eine

Mehrzahl von elektrischen Zuleitungen, auf welchen die innere Schutzschicht ebenfalls angeordnet ist, vorgesehen sein.

Vorzugsweise ist die innere Schutzschicht über die ersten funktionellen Gruppen zusätzlich chemisch kovalent an die Metallisierung und die elektrische Zuleitung sowie

gegebenenfalls an die Lotverbindung angebunden. Durch diese Ausgestaltung der inneren Schutzschicht sind insbesondere auch die Übergangsbereiche von keramischem Grundkörper zur Metallisierung sowie von der Metallisierung zur elektrischen Zuleitung beziehungsweise zur Lotverbindung vor dem Eintritt von Umgebungsmedien gut geschützt. In weiteren

Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass die elektrische

Zuleitung zumindest im an die Metallisierung beziehungsweise die Lotverbindung angrenzenden Bereich von einem

Isoliermaterial umhüllt ist. Beispielsweise kann das

Isoliermaterial einen Thermoplast umfassen, zum Beispiel ein Polyetheretherketon (PEEK) . Zum Beispiel kann die elektrische Zuleitung mit einem PEEK Isolierschlauch isoliert sein. In einer weiteren Variante ist eine Zwischenschicht zwischen der inneren Schutzschicht und der äußeren Schutzschicht angeordnet. Beispielsweise kann die innere Schutzschicht als haftvermittelnde Schicht für die Zwischenschicht vorgesehen sein, damit auf diese Weise eine verbesserte Anbindung der Zwischenschicht an das keramische Bauelement gewährleistet ist. Die Zwischenschicht kann beispielsweise zur weiteren Verstärkung der Barrierewirkung von innerer und äußerer Schutzschicht gegenüber den umgebenden Medien vorgesehen sein.

Es ist möglich, dass die innere Schutzschicht zusätzlich zweite funktionelle Gruppen enthält, über welche eine

kovalente chemische Anbindung an die äußere Schutzschicht realisiert ist. Über die zweiten funktionellen Gruppen kann auch eine kovalente chemische Anbindung der inneren

Schutzschicht an die Zwischenschicht realisiert sein. Für bestimmte Varianten ist darüber hinaus vorgesehen, dass die innere Schutzschicht sowohl mit der Zwischenschicht als auch mit der äußeren Schutzschicht in Kontakt steht und über die zweiten funktionellen Gruppen chemisch kovalent mit diesen verbunden ist. Auf diese Weise wird über die ersten und zweiten funktionellen Gruppen der inneren Schutzschicht eine feste Anbindung der äußeren Schutzschicht und/oder, falls vorhanden, der Zwischenschicht an das keramische Bauelement erzielt, wodurch eine besonders gut abdichtende und stabile Verkapselung mit besonders guter Barrierewirkung gegen den Zutritt von Umgebungsmedien realisiert ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung enthält die

Zwischenschicht dritte funktionelle Gruppen, über welche eine kovalente chemische Anbindung an die äußere Schutzschicht realisiert ist. Hierdurch sind eine sehr gute Haftfestigkeit sowie eine gut gegeneinander abdichtende Verbindung zwischen der äußeren Schutzschicht und der Zwischenschicht erzielt.

Als Material für die innere Schutzschicht kommen

beispielsweise Materialien ausgewählt aus der Gruppe

umfassend Phosphonate, insbesondere speziell ausgerichtete monomolekulare Phosphonatschichten aufweisend eine P-O- Metallanbindung (engl, seif-assembled monolayer of

phosphonates , SAMP) , Silane, Silikate und Parylene in

Betracht. Weiterhin kann die innere Schutzschicht aus

Kombinationen dieser Materialien bestehen. Eine innere

Schutzschicht aus Phosphonaten oder Silanen zeichnet sich durch eine starke, chemisch kovalente Anbindung an den keramischen Grundkörper sowie gegebenenfalls an die

Metallisierung und zumindest den an die Metallisierung angrenzenden Teil der elektrischen Zuleitung aus. Die innere Schutzschicht kann beispielsweise eine monomolekulare Schicht sein, aber auch Mehrschichtaufbau aufweisen, beispielsweise bei inneren Schutzschichten aus polyvalenten

Silanverbindungen . Die organischen Reste der Phosphonate und Silanverbindungen können funktionelle Gruppen umfassen, welche beispielsweise hydrophobe und/oder oleophobe

Eigenschaften aufweisen oder zur kovalenten chemischen

Anbindung der inneren Schutzschicht an die äußere

Schutzschicht beziehungsweise die Zwischenschicht dienen. Durch die stark ausgeprägte kovalente chemische Anbindung dieser Materialien zum Substrat wird verhindert, dass

Umgebungsmedien zwischen die Schichten oder zwischen die Schichten und den Grundkörper und auf diese Weise zur

Oberfläche des Substrates gelangen.

Innere Schutzschichten aus Silikaten können eine kovalente chemische Anbindung an den keramischen Grundkörper sowie gegebenenfalls an die Metallisierung und zumindest den an die Metallisierung grenzenden Teil der elektrischen Kontaktierung aufweisen. Vorzugsweise sind innere Schutzschichten aus Silikaten als haftvermittelnde Schicht in Verbindung mit einer darüber angeordneten Zwischenschicht vorgesehen. Innere Schutzschichten aus Silikaten können eine hohe

Oberflächenenergie aufweisen, über welche eine vorteilhafte gleichmäßige Benetzung mit der darauf angeordneten

Zwischenschicht erreicht werden kann. Weiterhin ist von

Vorteil, dass innere Schutzschichten aus Silikaten sehr dünn bei gleichzeitig sehr hoher Moleküldichte ausgeführt werden können .

Parylene sind thermoplastische Polymere mit in para-Position verknüpften Xylolgruppen . Die Xylolgruppen können in den übrigen Positionen substituiert sein, beispielsweise mit funktionellen Gruppen zur kovalenten chemischen Anbindung der Parylene beziehungsweise zur Steuerung der Barrierewirkung gegenüber den Umgebungsmedien. Schutzschichten aus Parylene sind beispielsweise sehr homogen, mikroporen- und pinhole- frei, spannungsfrei, hydrophob und haben sehr gute

Barrierewirkung gegenüber organischen Medien, Säuren, Basen und Wasserdampf. In bevorzugten Ausgestaltungen ist der thermische Ausdehnungskoeffizient einer aus Parylene

bestehenden inneren Schutzschicht vergleichbar mit dem der Komponenten des keramischen Bauelements. Auf diese Weise ist der Rissbildung in einer Schutzschicht aus Parylene durch Temperaturwechselbelastung vorgebeugt . Mögliche Materialien der äußeren Schutzschicht sind zum

Beispiel Epoxidharze, Polyurethane und Silikonelastomere. Weiterhin können auch Kombinationen dieser Materialien vorgesehen werden. Keramische Bauelemente, deren Verkapselung eine äußere Schutzschicht aus diesen Materialien aufweist, zeichnen sich durch besonders gute Stabilität und

Zuverlässigkeit unter Einsatzbedingungen aus. In einer weiteren Variante der Erfindung umfasst die

Zwischenschicht Parylene. Eine Zwischenschicht aus Parylene ist beispielsweise sehr homogen, pinhole-frei , spannungsfrei, hydrophob und hat sehr gute Barrierewirkung gegenüber

organischen Medien, Säuren, Basen und Wasserdampf.

In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung werden auf der äußeren Schutzschicht noch weitere Schutzschichten

angeordnet. Beispielsweise kann außen auf der äußeren

Schutzschicht noch eine erste weitere Schutzschicht

angeordnet sein, bei der über vierte funktionelle Gruppen eine chemisch kovalente Anbindung an die äußere Schutzschicht vorhanden ist und/oder welche über chemische

Gasphasenabscheidung abgeschieden ist. Des Weiteren kann auch eine zweite weitere Schutzschicht außen auf der ersten weiteren Schutzschicht angeordnet sein. Als zweite weitere Schutzschicht kann zum Beispiel eine Schicht mit den

Eigenschaften der äußeren Schutzschicht vorgesehen sein. In einer weiteren Variante kann zwischen der ersten und der zweiten weiteren Schutzschicht auch eine weitere

Zwischenschicht angeordnet sein. Die erste weitere

Schutzschicht kann über fünfte funktionelle Gruppen an die Zwischenschicht und/oder die zweite weitere Schutzschicht chemisch kovalent angebunden sein. Weiterhin kann die weitere Zwischenschicht über sechste funktionelle Gruppen chemisch kovalent an die zweite weitere Schutzschicht angebunden sein. Durch diese Ausgestaltungen wird ein keramisches Bauelement bereitgestellt, welches besonders wirksam vor dem Eintritt umgebender Medien verkapselt ist. In weiteren Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass die Anordnung der Schutzschichten darüber hinaus auch noch weitere Schutzschichten umfasst.

In speziellen Ausgestaltungen der Erfindung ist die

Ausbildung des keramischen Bauelements als NTC-Widerstand vorgesehen. Solche erfindungsgemäßen NTC-Widerstände sind besonders gut für den Einsatz in beispielsweise Wasserdampfund Abgasatmosphäre geeignet, da die Verkapselung den Zutritt von Feuchtigkeit und/oder organischen Medien an den

keramischen Grundkörper besonders wirksam vermeidet.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Bauelements mit den oben

erwähnten Merkmalen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Verfahrensschritte A) Bereitstellung des keramischen Grundkörpers mit der Metallisierung auf zumindest einer

Außenoberfläche des Grundkörpers und der elektrischen

Zuleitung im elektrischen Kontakt mit der Metallisierung, B) Erzeugen der inneren Schutzschicht und C) Erzeugen der äußeren Schutzschicht über der inneren Schutzschicht.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist

vorgesehen, dass in einem weiteren Verfahrensschritt B2), welcher nach dem Verfahrensschritt B) und vor

Verfahrensschritt C) erfolgt, die Zwischenschicht auf der inneren Schutzschicht erzeugt wird.

Das Erzeugen der inneren Schutzschicht in Verfahrensschritt B) kann beispielsweise durch die Kontaktierung des Substrates mit einer Lösung umfassend das Material, aus dem die innere Schutzschicht erzeugt wird, erfolgen. Alternativ kann das Material, aus dem die innere Schutzschicht erzeugt wird, auch mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) abgeschieden werden. Als Einsatzmaterial für Erzeugung der inneren Schutzschicht durch Kontaktierung des Substrates mit einer Lösung kommen beispielsweise Materialien ausgewählt aus der Gruppe umfassend Phosphonsäuren, insbesondere SAMP-OH, und Silane in alkoholischer Lösung in Betracht. Zum Beispiel lassen sich durch diese Verfahrenweisen innere

Schutzschichten aus Silanen oder Phosphonaten (SAMP)

erzeugen. Für die Erzeugung der inneren Schutzschicht durch PVD kommen beispielsweise gasförmige Silane in Betracht. In bestimmten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die innere Schutzschicht in

Verfahrensschritt B) durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) erzeugt wird. Durch CVD lassen sich beispielsweise keramische Bauelemente erzeugen, deren innere Schutzschichten besonders hohe Konformität aufweisen. Beispielsweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine innere Schutzschicht aus Parylene durch chemische Gasphasenabscheidung erzeugt wird. Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass eine innere Schutzschicht aus Silikaten durch chemische

Gasphasenabscheidung erzeugt wird, beispielsweise durch flammenpyrolytische Beschichtung (CCVD) . Für die Erzeugung einer inneren Schutzschicht aus Silikaten können

beispielsweise Siliziumverbindungen als Precursoren verwendet werden .

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Zwischenschicht in Verfahrensschritt B2) durch chemische Gasphasenabscheidung erzeugt. Beispielsweise kann eine

Zwischenschicht aus Parylene durch chemische

Gasphasenabscheidung erzeugt werden. Auch die Erzeugung von Zwischenschichten aus Silikaten oder Silanen durch chemische Gasphasenabscheidung ist möglich. Das Erzeugen der äußeren Schutzschicht in Verfahrensschritt C) kann beispielsweise durch die Kontaktierung des Substrates mit einer Lösung umfassend das Material, aus dem die äußere Schutzschicht erzeugt wird, erfolgen. Möglich ist

beispielsweise die Kontaktierung des Substrates in

Tauchverfahren, gegebenenfalls mit anschließender Entfernung überschüssigen Materials.

In einer Verfahrensvariante wird in einem weiteren

Verfahrensschritt B3) vor dem Verfahrensschritt C) eine

Plasmabehandlung durchgeführt. Beispielsweise kann der

Verfahrensschritt B3) nach dem Verfahrensschritt B)

durchgeführt werden, sodass eine Plasmabehandlung der inneren Schutzschicht erfolgt. Alternativ kann der Verfahrensschritt B3) auch nach dem Verfahrensschritt B2) stattfinden, so dass eine Plasmabehandlung der Zwischenschicht erfolgt. Durch die Plasmabehandlung ist es möglich, gezielt funktionelle Gruppen an der Oberfläche der behandelten Schicht zu erzeugen. Über diese kann beispielsweise eine kovalente chemische Anbindung an die darüberliegende Schicht realisiert werden.

Insbesondere können durch den Einsatz von zum Beispiel

Sauerstoff, Stickstoff oder Ammoniakgasen in der

Plasmabehandlung 0- oder N-funktionelle Gruppen an der

Oberfläche der behandelten Schicht erzeugt werden.

Beispielsweise können die zweiten funktionellen Gruppen der inneren Schutzschicht beziehungsweise die dritten

funktionellen Gruppen der Zwischenschicht durch die

Plasmabehandlung in Verfahrensschritt B3) erzeugt werden. In einer weiteren Verfahrensvariante wird in einem

zusätzlichen Verfahrensschritt C2) nach dem Verfahrensschritt C) ebenfalls eine Plasmabehandlung durchgeführt.

Beispielsweise kann eine Plasmabehandlung der äußeren Schutzschicht erfolgen, um funktionelle Gruppen an der

Oberfläche der Schicht zu erzeugen. Diese können

beispielsweise eine kovalente chemische Anbindung der äußeren Schutzschicht an eine darüber angeordnete, weitere

Schutzschicht ermöglichen.

Erfindungsgemäß sind weitere Verfahrensschritte nach dem Verfahrensschritt C) möglich, in denen weitere

Schutzschichten außen auf der äußeren Schutzschicht erzeugt werden.

Als erste funktionelle Gruppen kommen zum Beispiel -0- funktionelle Gruppen in Betracht. Die ersten funktionellen Gruppen können zum Beispiel durch eine Substitutions- oder Kondensationsreaktion von -OH, -Cl oder -OR funktionellen

Gruppen erzeugt werden. Beispielsweise können Silane Si-O-R Gruppen umfassen, welche durch Kondensation und

Wasserabspaltung zu einer Si-O-Bindung zum keramischen

Grundkörper beziehungsweise die Metallisierung und die elektrische Zuleitung umgesetzt werden. Entsprechend können P-OH Gruppen von Phosphonsäuren über Kondensation und

Wasserabspaltung zu einer P-O-Bindung zum keramischen

Grundkörper beziehungsweise die Metallisierung und die elektrische Zuleitung umgesetzt werden.

Die zweiten funktionellen Gruppen können beispielsweise aus Amino-, Hydroxy-, Epoxy-, Alkyl- oder Vinylgruppen erzeugt werden. Die zweiten funktionellen Gruppen können auch

halogenierte Alkylgruppen umfassen, zum Beispiel fluorierte Alkylgruppen.

Beispielhaft für das erfindungsgemäße keramische Bauelement sind Varianten mit einer inneren Schutzschicht aus Silan und einer äußeren

Schutzschicht aus Epoxidharz

einer inneren Schutzschicht aus Silan und einer äußeren

Schutzschicht aus Polyurethan;

einer inneren Schutzschicht aus Silan und einer äußeren

Schutzschicht aus Silikonelastomer ;

einer inneren Schutzschicht aus Phosphonaten und einer äußeren Schutzschicht aus Epoxidharz ;

einer inneren Schutzschicht aus Phosphonaten und einer äußeren Schutzschicht aus Polyurethan;

einer inneren Schutzschicht aus Phosphonaten und einer äußeren Schutzschicht aus Silikonelastomer;

einer inneren Schutzschicht aus Parylene und einer äußeren

Schutzschicht aus Epoxidharz

einer inneren Schutzschicht aus Parylene und einer äußeren

Schutzschicht aus Polyurethan;

einer inneren Schutzschicht aus Parylene und einer äußeren

Schutzschicht aus Silikonelastomer .

Weiterhin sind Varianten möglich mit

einer inneren Schutzschicht aus Silikat, einer

Zwischenschicht aus Silan und einer äußeren Schutzschicht aus Epoxidharz ;

einer inneren Schutzschicht aus Silikat, einer

Zwischenschicht aus Silan und einer äußeren Schutzschicht aus Polyurethan;

einer inneren Schutzschicht aus Silikat, einer

Zwischenschicht aus Silan und einer äußeren Schutzschicht aus Silikonelastomer;

einer inneren Schutzschicht aus Silikat, einer

Zwischenschicht aus Phosphonaten und einer äußeren

Schutzschicht aus Epoxidharz; einer inneren Schutzschicht aus Silikat, einer

Zwischenschicht aus Phosphonaten und einer äußeren

Schutzschicht aus Polyurethan;

einer inneren Schutzschicht aus Silikat, einer

Zwischenschicht aus Phosphonaten und einer äußeren

Schutzschicht aus Silikonelastomer; sowie

einer inneren Schutzschicht aus Silikat, einer

Zwischenschicht aus Parylene und einer äußeren Schutzschicht aus Epoxidharz;

einer inneren Schutzschicht aus Silikat, einer

Zwischenschicht aus Parylene, einer äußeren Schutzschicht aus Polyurethan;

einer inneren Schutzschicht aus Silikat, einer

Zwischenschicht aus Parylene und einer äußeren Schutzschicht aus Silikonelastomer.

Ebenfalls möglich sind keramische Bauelemente mit

einer inneren Schutzschicht aus Silan, einer Zwischenschicht aus Parylene und einer äußeren Schutzschicht aus Epoxidharz; einer inneren Schutzschicht aus Silan, einer Zwischenschicht aus Parylene und einer äußeren Schutzschicht aus Polyurethan; einer inneren Schutzschicht aus Silan, einer Zwischenschicht aus Parylene und einer äußeren Schutzschicht aus

Silikonelastomer .

Weiterhin umfasst das Bauelement Varianten der oben erwähnten keramischen Bauelemente mit zumindest einer weiteren

Schutzschicht, welche auf der äußeren Schutzschicht

angeordnet ist. Insbesondere sind die oben erwähnten

Ausführungsformen mit einer weiteren Phosphonat- oder

Silanschicht über der äußeren Schutzschicht oder einer weiteren Paryleneschicht über der äußeren Schutzschicht möglich . In weiteren Varianten ist vorgesehen, dass bei den oben erwähnten keramischen Bauelementen zumindest zwei weitere Schutzschichten auf der äußeren Schutzschicht angeordnet sind. Möglich sind beispielsweise Anordnungen außen auf der äußeren Schutzschicht mit

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Silikat und einer darauf angeordneten zweiten weiteren Schutzschicht aus

Parylene ;

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Silikat und einer darauf angeordneten zweiten weiteren Schutzschicht aus

Phosphonaten;

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Silikat und einer darauf angeordneten zweiten weiteren Schutzschicht aus Silan; einer ersten weiteren Schutzschicht aus Parylene und einer darauf angeordneten zweiten weiteren Schutzschicht aus

Epoxidharz ;

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Parylene und einer darauf angeordneten zweiten weiteren Schutzschicht aus

Polyurethan;

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Parylene und einer darauf angeordneten zweiten weiteren Schutzschicht aus

Silikonelastomer;

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Phosphonaten und einer darauf angeordneten zweiten weiteren Schutzschicht aus Epoxidharz ;

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Phosphonaten und einer darauf angeordneten zweiten weiteren Schutzschicht aus Polyurethan;

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Phosphonaten und einer darauf angeordneten zweiten weiteren Schutzschicht aus Silikonelastomer . Gemäß weiteren Varianten der oben erwähnten keramischen

Bauelemente werden zumindest drei weitere Schutzschichten auf der äußeren Schutzschicht angeordnet. Möglich sind

beispielsweise Anordnungen auf der äußeren Schutzschicht mit einer ersten weiteren Schutzschicht aus Silikat, darauf angeordnet einer zweiten weiteren Schutzschicht aus Parylene und darauf angeordnet einer dritten weitere Schutzschicht aus Epoxidharz ;

einer ersten weitere Schutzschicht aus Silikat, darauf angeordnet einer zweiten weiteren Schutzschicht aus Parylene und darauf angeordnet einer dritten weiteren Schutzschicht aus Polyurethan;

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Silikat, darauf angeordnet einer zweiten weiteren Schutzschicht aus Parylene und darauf angeordnet einer dritten weiteren Schutzschicht aus Silikonelastomer;

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Silikat, darauf angeordnet einer zweiten weiteren Schutzschicht aus

Phosphonaten und darauf angeordnet einer dritten weiteren Schutzschicht aus Epoxidharz;

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Silikat, darauf angeordnet einer zweiten weiteren Schutzschicht aus

Phosphonaten und darauf angeordnet einer dritten weiteren Schutzschicht aus Polyurethan;

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Silikat, darauf angeordnet einer zweiten weiteren Schutzschicht aus

Phosphonaten und darauf angeordnet einer dritten weiteren Schutzschicht aus Silikonelastomer;

einer ersten weiteren Schutzschicht aus Silikat, darauf angeordnet einer zweiten weiteren Schutzschicht aus Silan und darauf angeordnet einer dritten weiteren Schutzschicht aus Epoxidharz ; einer ersten weiteren Schutzschicht aus Silikat, darauf angeordnet einer zweiten weiteren Schutzschicht aus Silan und darauf angeordnet einer dritten weiteren Schutzschicht aus Polyurethan;

eine ersten weiteren Schutzschicht aus Silikat, darauf angeordnet einer zweiten weitere Schutzschicht aus Silan und darauf angeordnet einer dritten weitere Schutzschicht aus Silikonelastomer .

Im Folgenden soll das erfindungsgemäße keramische Bauelement anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden. Die Figuren und Ausführungsbeispiele dienen nicht der Limitierung auf spezifische Details. Einzelne

Merkmale können zur Erläuterung mit Bezugszeichen versehen sein, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass mehrere dieser Merkmale vorhanden sein können. Auch sind die zur Erläuterung dargestellten Merkmale in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu wiedergegeben.

Figuren 1A bis IC zeigen ein erfindungsgemäßes keramisches

Bauelement ausgeführt als NTC-Minifühler in

verschiedenen Stadien der Herstellung anhand schematischer Querschnitte.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des keramischen

Bauelements aus Fig. 1 mit Zwischenschicht zwischen innerer und äußerer Schutzschicht.

Figuren 3A bis 3C zeigen weitere Ausführungsformen des

keramischen Bauelements aus Fig. 1 mit zusätzlicher Anordnung weiter Schutzschichten außen auf der äußeren Schutzschicht. Figur 4A zeigt die Widerstandsänderung eines

erfindungsgemäßen NTC-Minifühlers mit innerer

Schutzschicht aus Phosphonaten im

Wasserlagerungstest im Vergleich zu einem herkömmlichen NTC-Minifühler .

Figur 4B zeigt die Widerstandsänderung eines weiteren

erfindungsgemäßen NTC-Minifühlers mit innerer

Schutzschicht aus Parylene im Wasserlagerungstest im Vergleich zu einem herkömmlichen NTC-Minifühler .

Figur 1A zeigt in Draufsicht ein keramisches Bauelement ausgeführt als NTC-Minifühler mit keramischem Grundkörper (CB) , zwei Metallisierungen (EM) , welche auf

gegenüberliegenden Außenoberflächen (OF) des Grundkörpers angeordnet sind, sowie zwei elektrischen Zuleitungen (EC) , welche sich im elektrischen Kontakt mit jeweils einer der Metallisierungen befinden. Die elektrischen Zuleitungen sind durch eine Lotverbindung (SJ) mit den Metallisierungen verbunden

Figur 1B zeigt das Bauelement nach dem Erzeugen der inneren Schutzschicht (IL) auf dem keramischen Grundkörper (CB) , den Metallisierungen (EM) sowie den Lotverbindungen (SJ) und den an die Metallisierungen angrenzenden Teil der elektrischen Zuleitungen (EC) mit Schnittdarstellung durch die innere Schutzschicht. Figur IC zeigt das Bauelement nach dem

Erzeugen der äußeren Schutzschicht (EL) außen auf der inneren Schutzschicht (IL) mit Schnittdarstellung durch die innere und äußere Schutzschicht. Die äußere Schutzschicht weist eine größere Schichtdicke als die innere Schutzschicht. Deutlich ist dabei zu sehen, wie das keramische Bauelement durch die Abfolge der inneren und äußeren Schutzschicht verkapselt ist. In Figur 2 ist eine weitere Variante des Bauelements zu sehen, bei dem eine Zwischenschicht (SL) zwischen der inneren Schutzschicht (IL) und der äußeren Schutzschicht (EL)

angeordnet ist. Die Verkapselung besteht somit aus drei

Schichten, welche hier in Schnittdarstellung gezeigt sind.

In Figur 3A ist eine Variante eines erfindungsgemäßen NTC- Minifühlers aus Figur 1 zu sehen, bei dem zusätzlich eine erste weitere Schutzschicht (OC1) außen auf der äußeren

Schutzschicht (EL) angeordnet ist. In diesem Fall besteht die Verkapselung des Bauelements aus insgesamt drei

Schutzschichten. Figur 3B zeigt eine weitere Variante des Bauelements, bei dem außen auf der äußeren Schutzschicht (EL) eine erste weitere Schutzschicht (OC1) und eine zweite weitere Schutzschicht (OC2) außen auf der ersten weiteren Schutzschicht angeordnet sind. In diesem Beispiel gleicht die zweite weitere Schutzschicht (OC2) einer zusätzlichen äußeren Schutzschicht (EL) . In Figur 3C ist auf dem erfindungsgemäßen Bauelement darüber hinaus eine dritte weitere Schutzschicht (OC3) außen auf der zweiten weiteren Schutzschicht (OC2) angeordnet. Es ist leicht ersichtlich, dass sich mit Hilfe dieser Schutzschichtanordnungen Bauelemente verwirklichen lassen, welche besonders gut gegen den Zutritt von umgebenden Medien an den keramischen Grundkörper geschützt sind.

Ausführungsbeispiel 1

Ein NTC-Minifühler, der wie in den Figuren 1A bis IC

beschrieben aufgebaut ist, weist eine innere Schutzschicht aus Phosphonaten und eine äußere Schutzschicht aus Epoxidharz auf. Die innere Schutzschicht wurde aus 1H, 1H', 2H, 2H'- Perfluorooctyl-l-Phosphonsäure in alkoholischer Lösung in einem Tauchverfahren erzeugt. Die äußere Schutzschicht wurde aus ΙΚ-Epoxidharz ebenfalls im Tauchverfahren erzeugt. Der keramische Grundkörper besteht aus einem MnCoFe-System und besitzt die Abmessungen 1,1 x 1,8 x 0,4 mm. Als

Metallisierungen auf zwei gegenüberliegenden Außenseiten des keramischen Grundkörpers wurden Ag-Metallisierungen

verwendet. Das Bauteil weist einen spezifischen

Nennwiderstand R25 von 2100 Ω und einen B-Wert von 3570 K auf. Als Vergleichsobjekt dient ein anderes keramisches

Bauelement mit den gleichen Spezifikationen, welches jedoch nur eine Verkapselung durch eine herkömmliche

Epoxidharzbeschichtung aufweist. Um die Stabilität der

Widerstandskennwerte der beiden Bauelemente im Einsatz vergleichend zu untersuchen, wurden die NTC-Minifühler über einen Zeitraum von 2000 Stunden bei 80 °C in Wasser

eingelagert, wobei nach jeweils 500, 1000 und 2000 Stunden der spezifische Nennwiderstand der Bauelemente gemessen und die Widerstandsänderung gegenüber dem Nennwiderstand vor Wassereinlagerung berechnet wurde. Die Ergebnisse dieses Versuches sind in Figur 4A dargestellt. Die Diagramme zeigen die zeitabhängige Widerstandsänderung des NTC-Minifühlers mit herkömmlicher Epoxidharzbeschichtung (linke Seite) und mit innerer Schutzschicht aus Phosphonaten und äußerer

Schutzschicht aus Epoxidharz (rechte Seite) . Die Prüfzahl betrug jeweils n=15. Es ist deutlich zu sehen, dass ein erfindungsgemäß verkapseltes Bauelement auch nach 2000

Stunden Wassereinlagerung bei 80 °C eine Widerstandsänderung von weniger als 1% aufweist. Gleichzeitig wird eine geringe Streuung der Widerstandskennwerte innerhalb der

Versuchsgruppe mit erfindungsgemäßer Verkapselung beobachtet, wodurch die besondere Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen keramischen Bauelemente im Einsatz deutlich wird. Dagegen finden sich beim keramischen Bauelement mit herkömmlicher Verkapselung signifikante Widerstandsänderungen von bis zu 4%.

Ausführungsbeispiel 2

Ein NTC-Minifühler wird gemäß der in den Figuren 1A bis IC gezeigten Anordnungen aufgebaut. Dabei wird eine innere Schutzschicht aus Parylene und eine äußere Schutzschicht aus Epoxidharz zur Verkapselung des Bauelements verwendet. Die innere Schutzschicht wurde aus Parylene-D mittels CVD erzeugt. Die äußere Schutzschicht wurde aus 2K-Epoxidharz im Tauchverfahren erzeugt. Der keramische Grundkörper hat die Abmessungen 1,1 x 1,8 x 0,25 mm und besteht aus einem MnNi- System. Als Metallisierungen auf zwei gegenüberliegenden Außenseiten des keramischen Grundkörpers wurden Ag- Metallisierungen verwendet. Das Bauteil weist einen

spezifischen Nennwiderstand R25 von 3300 Ω und einen B-Wert von 3988 K auf. Die Stabilität des erfindungsgemäß

verkapselten NTC-Minifühlers unter Einsatzbedingungen wurde durch Einlagerung in Wasser bei 80 °C getestet. In der Figur 4B ist die zeitabhängige Widerstandsänderung des

erfindungsgemäßen NTC-Minifühlers (rechte Seite) gegenüber der eines NTC-Minifühlers mit herkömmlicher

Epoxidharzbeschichtung grafisch dargestellt (jeweilige Prüfzahl n=15) . Die Messung der Widerstandskennwerte nach jeweils 168 Stunden, 336 Stunden, 500 Stunden und 1000 Stunden zeigt beim NTC-Minifühler mit innerer Schutzschicht aus Parylene und äußerer Schutzschicht aus Epoxidharz auch nach 1000 Stunden Wassereinlagerung eine Widerstandsänderung von maximal 1% gegenüber dem Ausgangswiderstand. Dagegen führt die Wassereinlagerung des herkömmlichen Bauelements bereits nach 500 Stunden zu einer signifikanten

Widerstandsänderung von bis zu ca. 7% bei gleichzeitig starker Widerstandsstreuung, welche nach 1000 Stunden

Wassereinlagerung noch weiter auf bis zu ca. 16% zunimmt.

Beide Ausführungsbeispiele zeigen somit besonders gut, dass durch die erfindungsgemäße Verkapselung der NTC-Minifühler keramische Bauelemente hergestellt werden konnten, welche unter Einsatzbedingungen eine verbesserte Stabilität und Zuverlässigkeit hinsichtlich ihrer spezifischen elektrischen Kenngrößen gegenüber herkömmlichen Bauelementen aufweisen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die hier gezeigten Ausführungsbeispiele. Weitere Variationen in der Erfindung sind vor allen Dingen in Bezug auf die Anzahl und relative Anordnung der Schutzschichten zueinander möglich, als auch in Bezug auf die verwendeten Schutzschichtmaterialien, sowie die Materialien des keramischen Grundkörpers, der Metallisierung und der elektrischen Zuleitung.

Bezugs zeichenliste

CB keramischer Grundkörper

EM Metallisierung

OF Außenoberfläche

EC elektrische Zuleitung

IL innere Schutzschicht

EL äußere Schutzschicht

SL Zwischenschicht

SJ Lot erbindung

OC1 erste weitere Schutzschicht

OC2 zweite weitere Schutzschicht

OC3 dritte weitere Schutzschicht