CN101010768A - 芯片的熔断保险装置 - Google Patents

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Abstract

为形成芯片构造形式中的成本有利的熔断保险装置(100)，该熔断保险装置施加在由具有高热导率的Al2O3陶瓷组成的载体衬底(10)上，并具有可熔金属导体(13)和覆盖层(14)，其中可以可靠地确定金属导体(13)的熔点，本发明提出在载体衬底(10)和金属导体(13)之间布置具有低热导率的中间层(11)，其中中间层(11)由以丝网印刷方法施加的低熔点无机玻璃糊剂形成或由以岛式印刷施加的有机中间层(11)形成。此外，提供了熔断保险装置(100)的制造方法。

Description

芯片的熔断保险装置
技术领域
本发明涉及芯片构造形式中的熔断保险装置，该熔断保险装置施加到由Al2O3陶瓷组成的载体衬底上，带有可熔金属导体，该导体借助薄膜技术施加并结构化且具有覆盖层，以及制造芯片保险装置的成本上有利的方法。
背景技术
借助于本领域技术人员已知的方法，如照相平版印刷法，在陶瓷基础材料上形成芯片保险装置。其它载体材料，如FR-4环氧化物或聚酰亚胺也是已知的。芯片保险装置典型地设计用于最高至63V的电压。
为避免由于供电中的故障对其它电子组件的损害，该故障引起过电压或太大的电流，在供电中提供熔断保险装置是已知的。熔断保险装置基本上由载体材料和例如由铜、铝或银组成的金属导体组成。可流过此导体而不使其熔化的最大可能电流强度由导体的几何形状和横截面确定。如果超过此数值，则电导体由于在其内部由于它的电阻而产生的热量而熔化和因此在下游电子组件过载或损害之前中断供电。
在采用厚膜技术制造芯片保险装置的方法中，其中使用丝网印刷将熔断元件和触点层作为糊剂形式施加到具有低热导率的衬底基底上，熔断元件层的几何形状的足够精度由于丝网印刷方法而由工艺决定地仅可以不足地实现。因此对于较高价值的厚层保险装置，必须通过另外的激光切割方法加工熔断元件或可熔金属导体。
通常，将在整个表面上上釉的具有高Al2O3比例的陶瓷衬底，或具有低热导率的氧化铝含量低的陶瓷衬底选择为衬底基底。这两种类型的衬底比用于制造无源构件的例如由96％Al2O3以厚膜品质组成的常规陶瓷衬底显著更昂贵。
在采用薄膜技术制造熔断保险装置的方法中，通过电化学方法或通过溅射施加可熔金属导体。在此情况下通过溅射的层的照相平版印刷法结构化达到断开或熔断特性的特别高精度，在此具有低热导率的氧化铝含量低的衬底用作基底。
JP2003/173728A公开了采用薄膜技术制造芯片熔断保险装置的方法，其中熔断保险装置14和覆盖层15布置在衬底11上。使用照相平版印刷法将熔断保险装置14结构化。衬底11具有低热导率，使得它不导散电导体14中由流经电导体14的电流引起的热量和因此有利于电导体14的熔化。电导体14与衬底11直接接触。
JP2002/140975A描述了含有由银组成的金属导体14的熔断保险装置，该导体也直接布置在具有低热导率的衬底11上，其中将金属导体14电镀沉积或作为厚层形式形成。
JP2003/151425A公开了含有具有低热导率的玻璃陶瓷衬底11和采用厚膜技术的金属导体14的熔断保险装置。
JP2002/279883A也描述了用于芯片的熔断保险装置，其中通过复杂激光加工制造导体15的可熔区域17。这要求额外的费时间和成本高的加工步骤。
JP2003/234057A公开了保险电阻器，该保险电阻器含有在衬底10上的电阻器30，其中在电阻器30和衬底10之间提供另外的储热层42以储存电阻器30中产生的热量。同样通过激光加工制造可熔区域。
JP08/102244A描述了采用厚膜技术的熔断保险装置10，该熔断保险装置含有具有低热导率的玻璃釉层2，其中玻璃层2布置在陶瓷衬底1上，和熔断保险装置3施加在玻璃层2上。
JP10/050198A公开了采用薄膜技术的具有复杂层构造的另一种熔断保险装置，其中在导体3和玻璃层5上形成另外的弹性有机硅层6。
DE19704097A1描述了含有采用厚膜技术的熔断导体和载体的电保险元件，其中载体由具有差的导热性的材料组成，特别地由玻璃陶瓷组成。
DE69512519T2公开了表面安装的保险装置，其中薄层熔断导体布置在衬底上和衬底优选是FR-4环氧化物或聚酰胺。
因此，一方面已知采用厚膜技术使用特种陶瓷或甚至Al2O3陶瓷和隔热中间层制造芯片保险装置的方法，和另一方面，也已知采用薄膜技术使用特种陶瓷或其它特殊载体材料的芯片保险装置。
发明内容
目的、解决方案、优点
因此本发明的目的是提供根据类别的熔断保险装置，该熔断保险装置可以成本有利地和采用足够的精度制造，其中它的熔断特性应能够精确地确定。此外，将提供制造熔断保险装置的方法。
这些目的由权利要求1或11的特征达到。
本发明的核心构思是将无源构件的成本上有利的制造方法的优点与薄膜技术和精确照相平版印刷法结构化的优点相结合，这通过在Al2O3陶瓷上使用隔热中间层并结合薄膜技术和精确照相平版印刷法结构化而实现。
本发明的核心构思因此在于，在作为具有高热导率的载体的成本上有利的陶瓷衬底和真正的可熔金属导体之间提供中间层，它通过成本有利的方法，优选以岛式印刷方法(Inseldruck)施加的低熔点无机玻璃糊剂，或通过以岛式印刷施加的有机层形成。由于此中间层的低热导率，在金属导体中由流经它的电流产生的热量不向下通过载体衬底导散，该衬底具有通常更高的热导率，使得导体采用希望的方式在导体中限定的电流强度下熔化。此中间层用作绝热体。低熔点无机玻璃糊剂优选用作中间层，它特别在丝网印刷方法中施加到载体衬底上。这提供与具有低热导率的其它衬底相比的显著优点，这是由于后者几乎仅可以作为特殊生产形式提供或制造，而相反，通过玻璃岛作为隔热中间层的施加，现在可以使用价格上有利的标准陶瓷，在此甚至能够使用仅具有适度表面性质(厚膜品质)的那些。在另选的实施方案中，中间层是有机中间层，它特别在岛式印刷中施加和随后采用本领域技术人员已知的方式通过向载体衬底中的热作用焙烧或固化。在此情况下，通过简单进行的岛式印刷，也可以获得中间层的任何成形，和Al2O3陶瓷可以用作载体材料。
本发明的优点在于可以将成本有利的标准陶瓷、可以采用丝网印刷方法成本上有利地制造的隔热中间层与薄膜技术和照相平版印刷法结构化的优点相结合。采用此方式，可以在微型化实施方案中制造高精度和成本有利的用于用保险装置保护电子组件以防故障电流的熔断保险装置。
本发明的有利实施方案在从属权利要求中表征。
氧化铝衬底有利地用作熔断保险装置的载体衬底，该氧化铝衬底可价格有利地和采用任意的形状和尺寸从几乎所有此类型陶瓷衬底的制造商获得，且例如在电阻器厂商的大量生产中使用。此类型的氧化铝陶瓷衬底可已经具有制造商提供的以后续要从衬底制造的芯片的形状的预刻痕。在上述的两个实施方案中，将中间层例如在由制造商预定的预刻痕的区域中施加，以便在后续的芯片分离过程中以已知方式分开载体衬底，而不会由于断裂过程损害中间层。
为改进金属导体在中间层上的粘合作用，可以采用喷淋方法或通过溅射将无机或有机粘合促进剂层直接施加在中间层上。
在有利的实施方案中，金属导体由低电阻金属层形成，以能够精确地设定熔断保险装置的熔点。
在第一实施方案中，通过溅射将此金属层施加到中间层或粘合促进剂层上。如果将溅射的金属层施加到在整个表面上上釉的载体衬底上，这会导致降低的粘合作用，使得借助断裂的分离过程中可能发生金属层在预接触区域中的脱层。由于由熔断保险装置区域中的这些玻璃岛产生平滑表面，通过它可以特别精确地进行熔断保险装置的照相平版印刷法结构化，因为与此相反，由具有差导热性的陶瓷组成的载体衬底具有更高的表面粗糙度，它对于精确照相平版印刷法结构化是不利的，所以通过将金属层施加到以具有低热导率的中间层形式的隔热岛上，保证在接触区域中的金属层对更粗糙的氧化铝陶瓷的良好粘合。
为将金属导体以所需熔断保险装置的形式结构化，建议这通过正性或负性照相平版印刷法进行。在正性照相平版印刷法工艺中，例如将金属层，如铜，沉积到在下面布置的层的整个表面上，并然后将所需的结构以照相平版印刷法蚀刻入层中。在负性平版印刷工艺中，首先将光刻胶沉积，例如喷淋到位于下面的层上，即中间层或粘合促进剂层上，和随后采用所需的方式以照相平版印刷法结构化。随后，将金属层，如溅射的铜膜，沉积在其上，和将在其上含有金属膜的保留的光刻胶区域剥离。
为保护熔断保险装置，向金属导体或优选整个熔断保险装置上覆盖性地施加一个或多个覆盖层，它可以尤其也由无机阻挡层形成。有机覆盖层特别是聚酰胺、聚酰亚胺或环氧化物，并且也可以实施为多层的。
为了熔断保险装置的触点接通，金属导体的末端触点通过金属阻隔层和最终层的电镀沉积产生，该金属阻隔层典型地由镍组成，该最终层是可以焊接或粘合的，典型地由锡或锡合金组成。
具体实施方式
在下文中，根据附图更详细解释本发明。
图1：显示采用六个步骤的熔断保险装置的制造方法。
在图1所示的熔断保险装置100的制造方法中，首先将隔热中间层11采用岛形式沉积(步骤b))在载体衬底10(步骤(a))，优选氧化铝陶瓷上。将用于改进金属导体13对基底的粘合作用的粘合层12施加到此中间层11和周围的载体衬底10上(步骤c))。随后，向粘合层12上施加金属导体13，如溅射上铜层，并采用所需方式以照相平版印刷法结构化(步骤d))。
在此，通过金属导体13的中部区域中的桥接片(Steg)的厚度和宽度，预确定最大电流强度，如果超过该最大电流强度，则此桥接片熔化和因此保护其它电子结构部件免受损害。通过隔热中间层，强烈抑制进入载体衬底10的热传导，使得可以精确确定熔断保险装置100的熔点。
随后，将熔断保险装置100或金属导体13的中部区域采用有机覆盖层14，如聚酰胺或环氧化物覆盖，以保护熔断保险装置100免受损害。
为达到触点接通，例如使用镍和锡电镀金属导体13的末端触点15。
参考标号列表
100熔断保险装置
10载体衬底
11中间层
12粘合层
13金属导体
14覆盖层
15末端触点

Claims (20)

1.芯片构造形式中的熔断保险装置(100)，它在由陶瓷组成的载体衬底(10)上具有可熔金属导体(13)，该金属导体(13)是使用薄膜技术施加和结构化的并具有覆盖层(14)，其特征在于载体衬底(10)是具有高热导率的Al2O3陶瓷，其中在载体衬底(10)和金属导体(13)之间布置具有低热导率的中间层(11)，并且中间层(11)是低熔点无机玻璃糊剂，该玻璃糊剂优选以丝网印刷方法施加，或有机中间层(11)，该有机中间层(11)优选以岛式印刷施加，并且可熔金属导体(13)通过溅射或汽化渗镀方法施加和使用平版印刷技术结构化。
2.根据权利要求1的熔断保险装置，其特征在于载体衬底(10)是以厚膜或薄膜品质的氧化铝陶瓷。
3.根据权利要求1或2的熔断保险装置，其特征在于在中间层(11)上布置粘合层(12)。
4.根据权利要求1-3中任一项的熔断保险装置，其特征在于金属导体(13)由低电阻金属层形成。
5.根据权利要求1-3中任一项的熔断保险装置，其特征在于金属导体(13)由低电阻Cu、Au、Ag、Sn或Cu-、Au-、Ag-、Sn-合金形成。
6.根据权利要求4的熔断保险装置，其特征在于金属层优选采用真空方法溅射上、汽化渗镀或通过其它物理或化学方法沉积。
7.根据权利要求1-6中任一项的熔断保险装置，其特征在于金属导体(13)使用正性或负性平版印刷方法结构化。
8.根据权利要求1-8中任一项的熔断保险装置，其特征在于在金属导体(13)上由无机或有机层形成，特别地由聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺或环氧化物形成覆盖层(14)，并特别地形成为多层的。
9.根据权利要求1-8中任一项的熔断保险装置，其特征在于在覆盖层(14)和金属导体(13)之间形成无机阻挡层。
10.根据权利要求1-9中任一项的熔断保险装置，其特征在于熔断保险装置(100)的末端触点(15)通过浸渍或优选通过电镀沉积形成，特别是铜、镍、锡和锡合金的电镀沉积形成。
11.制造芯片构造形式中的熔断保险装置(100)的方法，其中
-将具有低热导率的中间层(11)施加到由具有高热导率的Al2O3陶瓷组成的载体衬底(10)上，
-中间层(11)由以丝网印刷方法施加的低熔点无机玻璃糊剂形成或由以岛式印刷施加的有机中间层(11)形成，
-将金属导体(13)施加到中间层(11)上，
-将覆盖层(14)施加到金属导体(13)上。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于以厚膜或薄膜品质的Al2O3氧化铝陶瓷用作载体衬底(10)。
13.根据权利要求11或12的方法，其特征在于将粘合层(12)施加到中间层(11)上。
14.根据权利要求11-13中任一项的方法，其特征在于金属导体(13)由低电阻金属层形成。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于金属层优选采用真空方法溅射上、汽化渗镀或通过其它物理或化学方法沉积。
16.根据权利要求1 4的方法，其特征在于金属层由低电阻Cu、Au、Ag、Sn或Cu-、Au-、Ag-、Sn-合金形成。
17.根据权利要求11-15中任一项的方法，其特征在于金属导体(13)使用正性或负性平版印刷方法结构化。
18.根据权利要求11-17中任一项的方法，其特征在于覆盖层(14)由无机或有机层形成，特别地由聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺或环氧化物形成，并也可以形成为多层的。
19.根据权利要求11-17中任一项的方法，其特征在于在覆盖层(14)和金属导体(13)之间形成无机阻挡层。
20.根据权利要求11-18中任一项的方法，其特征在于熔断保险装置(100)的末端触点(15)通过浸渍或优选通过电镀沉积形成，特别地由铜、镍、锡或锡合金的电镀沉积形成。
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