DD259490A1 - Hochspannungsfestes dickschicht-widerstandselement mit sicherungsverhalten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hochspannungsfestes Dickschicht-Widerstandselement mit Sicherungsverhalten fuer hohe Impulsbelastungen, beispielsweise fuer den Einsatz in Verbindungen mit integrierten Leitungseingangsschaltungen in nachrichtentechnischen Einrichtungen. Mindestens eine der zu der Reihenschaltung einer Widerstandsflaeche und einer Leitbahn-Engstelle fuehrenden Leitbahn ist gitterfoermig ausgefuehrt und die Leitbahn-Engstelle ist im Bereich des maximalen Waermeflusses angeordnet. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein hochspannungsfestes Dickschicht-Widerstandselement mit Sicherungsverhalten für hohe Impulsbelastbarkeit, beispielsweise für den Einsatz in Verbindungen mit integrierten Leitungseingangsschaltungen in nachrichtentechnischen Einrichtungen.

Charakteristik der bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, bei nachrichtentechnischen Einrichtungen den integrierten Eingangsschaltungen für die Anschlußleitungen SLIC, die den Auswirkungen elektromagnetischer, elektrostatischer und direkter elektrischer Beeinflussungen ausgesetzt sein können, integrierte Überspannungsschutzschaltungen vorzuschalten. Sie enthalten hochspannungsfeste, niederohmige und eng tolerierte Widerstandselemente mit nachgeschalteten Sicherungswiderständen, die kurzzeitigen, relativ hohen Stromimpulsen, beispielsweise infolge atmosphärischer Entladungen, widerstehen, bei einem relativ niedrigen, galvanisch eingespeisten Fremd-Dauerstrom jedoch zu einer Unterbrechnung führen, vgl. Kurosawa, H.; Tomimuro, H.: Hybrid Integrated Surge Protector for Digital Switching Systems. IEEE Transactions on Components, Hybrids and Manufacturing Technology. VoI CHMT-8, Nr.2, June 1985.

Nachteilig an dieser Lösung ist der erhebliche technologische Aufwand für das Erreichen der Hochspannungsfestigkeit der niederohmigen und eng tolerierten Widerstandselemente, wobei mittels Laserabgleich L- beziehungsweise P-Schnitte in die Widerstandsfläche eingebracht werden. Nachteilig ist auch die etwa um den Faktor 2 geringere Belastbarkeit von Widerstandsflächen mit Abgleichschnitten, so daß zur Realisierung eines Widerstandselementes mit vorgegebener Belastbarkeit eine relativ große Fläche erforderlich ist. Schließlich hat sich gezeigt, daß Spannungsüberschläge an mit Abgleichschnitten versehenen Dickschichtwiderständen nur bei Anwendung spezieller, hochspannungsfester Widerstandspasten vermeidbar sind, die wesentlich teuerer als Standardpasten sind.

Es ist weiterhin bekannt, flinke Sicherungselemente in Dickschicht-Technologie herzustellen, wobei Leitbahn-Engstellen gedruckt beziehungsweise Leitbahnunterbrechungen mit Bonddraht überbrückt werden. Die Leitbahn-Engstelle wird dabei entweder direkt auf das Keramiksubstrat, beispielsweise eines Hybridschaltkreises oder zwischen die Isolationsschichten eines Multilayer-Aufbaus gedruckt, vgl. Marriage, A. J.; Mcintosh, B.: High Speed Thick Film Fuses. 5th European Hybrid Microelektronics Conference 1985, Stresa, Italien.

Nachteilig bei dieser Art von Sicherungselementen ist die erforderliche Präzision bei ihrer Herstellung, da die Breite einer solchen Leitbahn-Engstelle schon in der Größenordnung des sich beim normalen Siebdruck ergebenden Streubereiches liegt, wenn die gewünschte Sicherungswirkung schon bei relativ geringen Strömen eintreten soll. Die Ansprechkennwerte der Sicherungselemente können dann infolge der Breitensteuerung der Leitbahn-Engstelle starken Veränderungen unterliegen. Dagegen ist es unwirtschaftlich, ausschließlich für das Herstellen der Leitbahn-Engstelle einen ansonsten nicht erforderlichen Feinliniendruck einzusetzen. Schließlich ist das Ansprechverhalten des Sicherungselementes stark von dem Wärmefluß im Innern des Substrats abhängig, da von den einzelnen Wärmequellen beispielsweise eines Hybridschaltkreises je nach dessen momentaner Betriebsart durchaus sehr verschiedene, zeitlich wechselnde Wärmeflüsse zu den die Wärme ableitenden Anschlüssen strömen. Der Einsatz von Bonddrähten zu Sicherungszwecken erfordert sowohl beim Überbrücken der Leitbahnunterbrechungen als auch bei den weiteren Handhaben des Schaltkreissubstrats viel Sorgfalt sowie besondere Maßnahmen zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Abmessungen von Überspannungsschutzschaltungen zu verringern und zugleich die Herstellung wirtschaftlicher zu gestalten. "

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hochspannungsfeste niederohmige und eng tolerierte Dickschicht-Widerstandselemente mit einem definierten Sicherungsverhaiten ausschließlich in Standard-Dickschichttechnologie herzustellen. Dazu soll von einer Reihenschaltung einer gedruckten Widerstandsfläche und einer gedruckten Leitbahn-Engstelle als Sicherungseinheit ausgegangen werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens eine der zu der Reihenschaltung der Widerstandsfläche und der Leitbahn-Engstelle führenden Leitbahnen in Gitterform ausgeführt und die Leitbahn-Engstelle im Bereich des maximalen Wärmeflusses der Widerstandsfläche angeordnet ist. Dabei ist die Leitbahn-Engstelle auf derselben Substratseite wie die Widerstandsfläche angeordnet. In einer Variante ist die Leitbahn-Engstelle auf der der Widerstandsfläche gegenüberliegenden Substratseite angeordnet.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung gelingt es, ein Dickschicht-Widerstandselement herzustellen, bei dem eine mit einer niederohmigen Standardpaste gedruckte Widerstandsfläche durch relativ grobe und kleine Präzision bedürfenderTrennschnitte in der gitterförmigen Leitbahn zusammen mit der Leitbahn-Engstelle genau abgleichbar ist, ohne dazu ihre Hochspannungsfestigkeit und Belastbarkeit durch Abgleichschnitte herabzusetzen. Die im normalen Siebdruck ausgeführte Leitbahn-Engstelle wird durch die zusätzliche Heizwirkung der Widerstandsfläche mit einem flinken und reproduzierbaren Sicherungsverhalten versehen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: ein Dickschicht-Widerstandselement und

Fig. 2: eine Variante des Dickschicht-Widerstandselementes mit Vorder- und Rückansicht.

Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung eines paarig ausgeführten, symmetrischen Dickschicht-Widerstandselementes mit einem Substrat 1, Leitbahnen 2, zwei Widerstandsflächen 3, zwei Leitbahn-Engstellen 4 und zwei gitterförmig ausgeführten Leitbahnen 5. Diese und die Leitbahnen 2 führen zu Anschlüssen 6. Fig.2 zeigt in einer ähnlich schematischen Darstellung die Vorderseite a eines ebenfalls doppelten, symmetrisch ausgeführten Dickschicht-Widerstandselementes sowie dessen Rückseite b, bei der Blindanschlüsse 7 zur Rückseitenkontaktierung dienen.

Die Herstellung, das Abgleichen und die Funktion des Dickschicht-Widerstandselementes sind folgende. Das Herstellen des Dickschicht-Widerstandselementes geschieht ausschließlich nach einer Standardtechnologie, beispielsweise durch ein normales Siebdrucken der Leitbahnen 2, der Leitbahn-Engstellen 4 sowie der Anschlüsse 6 und der Blindanschlüsse 7 mit einer üblichen Leitpaste, beispielsweise auf der Basis von Glasfritte und Silber-Palladium. Es folgt das Siebdrucken der Widerstandsflächen 3 mit nachfolgendem Trocknen und Einbrennen. Beim Entwurf der Widerstandsflächen 3 ist der Abstand der zugehörigen Leitbahnen 2 entsprechend der vorausgesetzten Spannungsbeanspruchung und entsprechend der Spannungsfestigkeit der Widerstandspaste zu wählen, die in Abhängigkeit von der Pastenzusammensetzung beispielsweise 80 V/mm beträgt. Der Widerstandswert der Widerstandsfläche 3 ist durch Variation ihrer Breite so vorzuwählen, daß sie nach dem Einbrennen einen gegenüber dem Zielwert geringeren Wert aufweist. Der Abgleich des Widerstandswertes geschieht nach dem Glasureinbrand durch sch rittweises Trennen der Sprossen in der gitterförmig ausgeführten Leitbahn 4 mittels relativ grober und ohne besondere Präzision auszuführender Schnitte, so daß ein jeweils längerer Stromweg und dadurch eine schrittweise Widerstandszunahme bis zum Erreichen des Zielwertes mit der zulässigen Toleranz eintritt. Entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung bleibt hierbei die Widerstandsfläche 3 ohne Trennschnitte, die ihre Spannungsfestigkeit und Belastbarkeit herabsetzen würden. Dadurch gelingt es, die vergleichsweise hochspannungsfeste und hochbelastbare Widerstandsfläche 3 auf einer relativ kleinen Fläche zu realisieren.

Die Leitbahn-Engstelle 4 ist im Bereich des maximalen Wärmeflusses angeordnet, der von der Widerstandsfläche 3 zu den die Wärme ableitenden Anschlüssen führt. Ein infolge einer atmosphärischen Entladung in einer Anschlußleitung induzierter Spannungsimpuls treibt einen Stromimpuls mit relativ hoher Amplitude und einer exponentiell geformten, steilen Anstiegsflanke und einer ebenfalls exponentiellen, aber zeitlich längeren Rückgangsflanke. Dieser Stromimpuls durchläuft die Widerstandsfläche 3 und die Leitbahn-Engstelle 4, wobei infolge der guten thermischen und elektrischen Leitfähigkeit der Leitbahn 2 und durch die vergleichsweise kurze Impulszeit sowohl die innerhalb der Widerstandsfläche 3 als auch die in der Leitbahn-Engstelle 4 entstehende Wärme abgeführt wird, ohne eine Beeinträchtigung der Leitbahn-Engstelle 4 zu bewirken. Beim Auftreten eines um mehrere Größenordnungen geringeren Dauerstromes kann die innerhalb der Widerstandsfläche 3 und in der Leitbahn-Engstelle 4 erzeugte Wärme nur zu einem geringeren Teil abgeführt werden, so daß ein Temperaturanstieg eintritt, der zur Unterbrechnung der Leitbahn-Engstelle 4 führt. Durch das zusätzliche Ausnutzen der von der Widerstandsfläche 3 erzeugten Wärme kann die Breite der Leitbähn-Engstelle 4 relativ groß sein, ohne daß die Ansprechzeit der als Sicherung wirkenden Leitbahn-Engstelle 4 unzulässig hohe Werte annimmt. Es genügt daher, die Leitbahn-Engstelle 4 durch Siebdruck herzustellen, jedoch können dazu auch andere bekannte, keiner besonderen Präzision bedürfende Verfahren angewendet werden. Der Bereich des maximalen Wärmeflusses ist durch bekannte, beim lay-out von Schaltkreisen-angewendete, thermische Untersuchungs- und Berechnungsmethoden zu bestimmen.

Claims (3)

1. Hochspannungsfestes Dickschicht-Widerstandselement mit Sicherungsverhalten mit einer Reihenschaltung einer gedruckten Widerstandsfläche und einer gedruckten Leitbahn-Engstelle, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der zu der Reihenschaltung der . Widerstandsfläche(3) und der Leitbahn-Engstelle (4) führenden Leitbahnen (5) gitterförmig ausgeführt und die Leitbahn-Engstelle (4) im Bereich des maximalen Wärmeflusses der Widerstandsfläche (3) angeordnet ist.

2. Hochspannungsfestes Dickschicht-Widerstandseiement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbahn-Engstelle (4) auf derselben Seite des Substrats (1) wie die Widerstandsfläche (3) angeordnet ist.

3. Hochspannungsfestes Dickschicht-Widerstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbahn-Engstelle (4) auf der der Widerstandsfläche (3)

gegenüberliegenden Seite des Substrats (1) angeordnet ist.