DE10150027C1 - Dickschicht-Sicherungsbauelement mit Schmelzleiterelement und Heizwiderstandselement - Google Patents

Abstract

Ein Dickschicht-Sicherungsbauelement weist ein Schmelzleiterelement, ein Heizwiderstandselement und elektrische Anschlußleitungen auf. Das Schmelzleiterelement weist eine Leitschicht (2, 5B) mit einem Schmelzbereich (6) auf. Das Heizwiderstandselement weist eine Widerstandsschicht (7) auf. Das Heizwiderstandselement ist derart in der Nähe des Schmelzbereichs (6) angeordnet, daß von dem Heizwiderstandselement erzeugte Wärme auf die Leichtschicht (5B) am Schmelzbereich (6) einwirken kann. Die Leitschicht des Schmelzleiterelements und die elektrischen Anschlußleitungen sind in wenigstens einer ersten strukturierten Schicht (2) ausgebildet. Die Widerstandsschicht ist in wenigstens einer zweiten strukturierten Schicht (7) ausgebildet, wobei die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite strukturierte Schicht einander teilweise überlappend aufeinanderliegen. Das Heizwiderstandselement ist dadurch ausgebildet, daß die Widerstandsschicht (7) einen in der wenigstens einen ersten Schicht (2) ausgebildeten langgestreckten schmalen Spalt (4) in wenigstens einem Spaltabschnitt überdeckt, wobei der Spalt (4) die wenigstens eine erste Schicht (2) in wenigstens einen ersten (5A) und einen zweiten Bereich (5B), die jeweils einen elektrischen Anschluß des Heizwiderstandselements enthalten, unterteilt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dickschicht-Sicherungsbauele­ ment mit einem eine Leitschicht mit einem Schmelzbereich aufweisenden Schmelzleiterelement, mit wenigstens einem eine Widerstandsschicht aufweisenden Heizwiderstandselement und mit elektrischen Anschlußleitungen, wobei das Heizwider­ standselement derart in der Nähe des Schmelzbereichs ange­ ordnet ist, daß von dem Heizwiderstandselement erzeugte Wärme auf die Leitschicht am Schmelzbereich einwirken kann.

Dickschicht-Sicherungsbauelemente der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 197 04 097 A1 bekannt. Bei den bekannten Dickschicht-Sicherungs­ bauelementen ist ein Heizwiderstandselement auf einem elek­ trisch und thermisch isolierenden Substrat neben oder unter einem Schmelzleiterelement aufgebracht. Schmelzleiterelement und Heizwiderstandselement haben eine im wesentlichen recht­ eckige Form und weisen jeweils an gegenüberliegenden Enden angeordnete elektrische Kontakte auf, an denen sie mit elek­ trischen Anschlußleitungen verbunden sind. Vorzugsweise sind jeweils ein Kontakt des Schmelzleiterelements und des Hei­ zwiderstandselements über eine elektrische Anschlußleitung verbunden, so daß eine Reihenschaltung der beiden Elemente gebildet wird. Das Heizwiderstandselement hat eine vorgege­ bene Länge und Breite. Bei der Herstellung der Dickschicht- Sicherungsbauelemente werden sowohl die Widerstandsschicht als auch die Leitschicht des Schmelzleiterelements und die Schichten der elektrischen Anschlußleitungen beispielsweise durch Siebdruckverfahren aufgebracht. Für die Widerstands­ schicht werden in der Regel Materialien verwendet, die zu einem Flächenwiderstand der Widerstandsschicht führen, der etwa das 10-fache bis 100-fache des Flächenwiderstands der Leitschicht beträgt. Der Gesamtwiderstand einer Reihenschal­ tung von Schmelzleiterelement und Heizwiderstandselement wird dabei im wesentlichen vom Widerstand des Heizwider­ standselements bestimmt. Um einen geringeren Widerstand des Heizwiderstandselements zu erreichen, könnte die Schicht­ dicke erhöht oder ein Material mit einem geringerem spezifi­ schen Widerstand verwendet werden. Die erstgenannte Möglich­ keit führt in der Regel zu einem erhöhten Herstellungsauf­ wand, da gegebenenfalls mehrere Siebdruckschritte ausgeführt werden müssen. Die zweitgenannte Möglichkeit bedeutet einen Verzicht auf üblicherweise verwendete Widerstandsschichtma­ terialien und damit höhere Materialkosten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach herzustellen­ des Dickschicht-Sicherungsbauelement geringer Größe der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine flexible Ein­ stellung eines Heizwiderstandselements mit geringem elektri­ schen Widerstand bei Verwendung üblicher Widerstandsschicht­ materialien der Dickschichttechnik ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Dick­ schicht-Sicherungsbauelement mit den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1 gelöst. Bei einem Dickschicht-Sicherungsbauelement der eingangs genannten Art werden die Leitschichten des Schmelzleiterelements und die elektrischen Anschlußleitungen in wenigstens einer ersten strukturierten Schicht ausgebil­ det und die Widerstandsschicht wird in wenigstens einer zweiten strukturierten Schicht ausgebildet, wobei die wenig­ stens eine erste und die wenigstens eine zweite struktu­ rierte Schicht einander teilweise überlappend aufeinander liegen. Das Heizwiderstandselement wird dadurch ausgebildet, daß die Widerstandsschicht einen in der wenigstens einen er­ sten Schicht ausgebildeten langgestreckten schmalen Spalt in wenigstens einem Spaltabschnitt überdeckt, wobei der Spalt die wenigstens eine erste Schicht in wenigstens einen ersten und einen zweiten Bereich, die jeweils einen elektrischen Anschluß des Heizwiderstandselements enthalten, unterteilt. Die Überdeckung eines schmalen langgestreckten Spalts durch die Widerstandsschicht ermöglicht die Ausbildung eines Wi­ derstands geringer Größe. Damit sind Sicherungsbauelemente herstellbar, bei denen der elektrische Widerstand des Schmelzleiterelements in der Größenordnung des elektrischen Widerstands des Heizwiderstandselements liegt, bei denen aber nur eine Schicht eines üblichen Widerstandsmaterials in Dickschichttechnik aufgebracht wird. Die elektrisch wirksa­ men Dimensionen des Heizwiderstands werden darüber hinaus im wesentlichen von der Ausbildung des Spalts in der wenigstens einen ersten strukturierten Schicht bestimmt und nicht - wie im Stand der Technik - vom Layout der strukturierten Wider­ standsschicht des Heizwiderstandselements. Darüber hinaus kann der langgestreckte Spalt, der im Betrieb eine linien­ förmige Heizquelle bildet, so angeordnet werden, daß sich ein vorgegebener Wärmeübergang zum Schmelzbereich ergibt.

In vorteilhafter Weiterbildung wird die wenigstens eine zweite Schicht, die die Widerstandsschicht bildet, unmittel­ bar über der wenigstens einen ersten Schicht aufgebracht, d. h. über dem schmalen Spalt. Dies hat den Vorteil, daß eine dickere Widerstandsschicht im Spalt durch dessen Auffüllung beim Siebdruckschritt erzielt wird.

Die wenigstens eine zweite strukturierte Schicht besteht vorzugsweise aus einer im Siebdruckverfahren aufgebrachten, Silber-Palladium-Partikel enthaltenden Schicht. Die Verwen­ dung einer solchen Widerstandsschicht erlaubt einen kleinen Temperaturkoeffizienten des Widerstandselements.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsge­ mäßen Dickschicht-Sicherungsbauelements weist der Spalt in dem wenigstens einen von der Widerstandsschicht überdeckten Spaltabschnitt eine im wesentlichen konstante Breite auf. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise eine homogene Strom­ durchflutung der Widerstandsschicht und somit eine näheru­ ngsweise linienförmige Heizquelle mit einer entlang des Spaltsabschnitts im wesentlichen konstanten Heizleistung. Vorzugsweise weist der Spalt in dem wenigstens einen von der Widerstandsschicht überdeckten Spaltabschnitt eine Breite zwischen 0,1 mm und 1 mm auf. Die Breite des Spalts in dem wenigstens einen von der Widerstandsschicht überdeckten Spaltabschnitt ist vorzugsweise geringer als 1/5 der Länge des wenigstens einen Spaltabschnitts.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dickschicht- Sicherungsbauelements ist dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt in zwei Spaltabschnitten von der Widerstandsschicht überdeckt ist und die beiden Spaltabschnitte symmetrisch an zwei Seiten eines an den Schmelzbereich angrenzenden Flä­ chenbereichs der wenigstens einen ersten strukturierten Schicht angeordnet sind. Die beiden Spaltabschnitte brauchen nicht parallel einander gegenüberzuliegen oder geradlinig ausgebildet zu sein. Eine einfache Layout-Gestaltung ergibt sich jedoch bei einer Ausführungsform, bei der zwei geradli­ nige Spaltabschnitte an zwei gegenüberliegende Außenseiten eines Bereichs der Leitschicht angrenzen, die unmittelbar an den Schmelzbereich anschließt. Dies gestattet die Anordnung relativ großer Spaltlängen in der Nähe des Schmelzbereichs und somit eine gute thermische Kopplung.

Eine alternative und bevorzugte Ausführungsform ist da­ durch gekennzeichnet, daß der Spalt in nur einem Spaltab­ schnitt von der Widerstandsschicht überdeckt ist und der Spaltabschnitt an einem an den Schmelzbereich angrenzenden Flächenbereich der wenigstens einen ersten strukturierten Schicht angeordnet ist. Der Spaltabschnitt ist vorzugsweise in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Schmelzbereich angeord­ net. Vorzugsweise verläuft der Spalt bogenförmig um den an den Schmelzbereich angrenzenden Flächenbereich der wenig­ stens einen ersten strukturierten Schicht herum. Diese Aus­ führungsform hat den Vorteil, daß bei geringer Gesamtbaugrö­ ße relativ große Spaltlängen in unmittelbarer Nähe des Schmelzbereich angeordnet werden können. Der von der Wider­ standsschicht überdeckte Spaltabschnitt wird auf maximale Länge gebracht, um einen geringen Widerstand zu erzielen.

Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Dickschicht-Sicherungsbauelements ist dadurch gekennzeich­ net, daß die Leitschicht des Schmelzleiterelements an dem Schmelzbereich speziell mit einer ein niedrigschmelzendes Metall enthaltenden Schicht abgedeckt ist und daß die von dem Heizwiderstandselement erzeugte Wärme auf die das nied­ rigschmelzende Metall enthaltende Schicht einwirken kann. Das niedrigschmelzende Metall enthält beispielsweise Zinn oder eine Zinnlegierung. Das niedrigschmelzende Metall hat die Funktion eines die darunterliegende Leitschicht angrei­ fenden und den spezifischen Widerstand der Leitschicht ver­ ändernden Legierungsbildners. Durch diesen Einfluß auf die Leitschicht bildet sich an der Randzone der überdeckenden, das niedrigschmelzende Metall enthaltenden Schicht in der darunterliegenden Leitschicht ein Schmelz- oder Trennbe­ reich. Eine solche Anordnung unterstützt das Erzielen einer trägen Charakteristik des Sicherungsbauelements. Bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise über der wenigstens einen ersten strukturierten Schicht und der wenigstens einen zwei­ ten strukturierten Schicht eine strukturierte Abdeckschicht mit einem Fenster aufgebracht, wobei das Fenster den Bereich umgrenzt, in dem anschließend die das niedrigschmelzende Me­ tall enthaltende Schicht aufgebracht wird. Die Abdeckschicht ist vorzugsweise aus Glas. Die Abdeckschicht ermöglicht eine genauere Definition des Schmelzbereichs.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsge­ mäßen Dickschicht-Sicherungsbauelements ist die Leitschicht aus einer Siebdruckpaste hergestellt, die Partikel eines gut leitenden Metalls (vorzugsweise Silber oder eine Silberle­ gierung) in einem Bindemittel (beispielsweise einem glasbil­ denden Bindemittel) enthält, wobei das Bindemitteln nach dem Tempern der Leitschicht eine die Partikel derart trennende Zwischenschicht bildet, daß einerseits die Diffusion zwi­ schen den aneinander liegenden Partikeln stark erschwert, andererseits eine gute elektrische Leitfähigkeit der Gesamt­ schicht gewährleistet ist. Zwischen den Partikeln liegt eine dünne Trennschicht des Bindemittels bzw. eine aus dem Binde­ mittel durch das Tempern gebildete Schicht, die die Diffu­ sion an den Grenzflächen stark erschwert. Die elektrische Leitfähigkeit wird jedoch u. a. durch Tunneleffekte aufrecht­ erhalten. Die Verwendung einer solchen Leitschicht in Ver­ bindung mit der Aufbringung einer strukturierten, ein nied­ rigschmelzendes Metall enthaltenden Schicht verbessert die Alterungsbeständigkeit bei erhöhten Betriebstemperaturen aufgrund der erschwerten Diffusion.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Dickschicht- Sicherungsbauelements enthält der zweite Bereich die Leit­ schicht des Schmelzleiterelements. Dies führt dazu, daß eine einfache Reihenschaltung von Schmelzleiterlement und Heizwi­ derstandselement gebildet wird. Außerdem verringert dies die insgesamt benötigte Fläche des Sicherungsbauelements.

Vorzugsweise ist die wenigstens eine erste Schicht eine einzige Schicht, d. h. die Schichten für die elektrischen An­ schlüsse und die Leitschicht des Schmelzleiterelements wer­ den als eine Schicht durch einen einzigen Siebdruckschritt aufgebracht. Dies vereinfacht das Herstellungsverfahren und verringert die Kosten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Dickschicht- Sicherungsbauelements ist über den Schichten des Schmelzlei­ terelements, des Heizwiderstandselements und der elektri­ schen Anschlußleitungen eine Verkapselungsschicht aufge­ bracht, die viele kleine in der Schicht verteilt angeordnete Hohlräume enthält. Dies erlaubt das vollständige Eingießen der Elemente des Sicherungsbauelements, schafft aber dennoch die erforderlichen Aufnahmevolumina für verdampfende Schmelzleiter-Leitschichten.

Weitere vorteilhafte und/oder bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen gekennzeich­ net. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels er­ läutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Siebdruck-Ver­ fahrensschritte zur Herstellung einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform des Dickschicht-Sicherungsbauelements; und

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des bevorzugten Dickschicht-Sicherungsbauelements.

Anhand von Fig. 1 werden das Herstellungsverfahren und das Layout einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Dickschicht-Sicherungsbauelements beschrieben. Die bevorzugte Ausführungsform ist ein oberflächenmontierbares Sicherungsbauelement mit einer geringen Bauhöhe (maximal et­ wa 1,2 mm), das auf einen Baugruppenträger montiert und vollständig in ein Vergußmaterial eingebettet werden kann. Das bevorzugte Sicherungsbauelement weist eine träge Siche­ rungscharakteristik mit einem Nennstrom I_N < 1 A auf. Die träge Sicherungscharakteristik ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, daß das Sicherungsbauelement dauerhaft mit ei­ nem impulsförmigen Stromsignal mit Impulsen von wenigstens einer Millisekunde Impulsdauer, einer Wiederholfrequenz bis 100 Hz und Stromamplituden bis 5 × I_N bei Temperaturen zwi­ schen -40°C und 150°C betrieben werden kann. Die Siche­ rungsfunktion im Fehlerfall wird durch Ausbildung einer Trennstelle in der Leitschicht des Schmelzleiterelements bei Überströmen oberhalb 2 × I_N gewährleistet. Ein Sicherungs­ bauelement mit den beschriebenen Charakteristika wird mit Hilfe des anhand von Fig. 1 beschriebenen Herstellungsver­ fahrens und des dargestellten Layouts realisiert.

Zunächst wird ein Substrat 1 aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Material, vorzugsweise aus Glaskera­ mik, bereitgestellt. Auf der Oberseite des Substrats 1 wird mittels Siebdruck eine Leitschicht 2 strukturiert aufge­ bracht, d. h., es wird zunächst im Siebdruckverfahren eine Siebdruckpaste für die Leitschicht aufgedruckt und anschlie­ ßend wird die Schicht einer Temperaturbehandlung unterzogen (getempert). Die für die Leitschicht 2 verwendete Siebdruck­ paste enthält leitfähige Partikel, beispielsweise Silberpar­ tikel, mit einer Korngröße kleiner als 20 µm in einem Binde­ mittel, das beim anschließenden Tempern eine glasartige Bin­ deschicht ausbildet. Die Dicke der Leitschicht 2 ist größer als 20 µm und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 30 µm. Die Leitschicht 2 ist so strukturiert, daß sie an einander gegenüberliegenden Enden des Substrats 1 elektrische Kon­ taktbereiche 3A und 3D zum Kontaktieren des Sicherungsbau­ elements ausbildet. In der Leitschicht 2 ist ein Spalt 4 ausgebildet, der die Leitschicht 2 in einen ersten Bereich 5A und einen zweiten Bereich 5B aufteilt. Die Kontaktfläche 3A ist Teil des ersten Bereichs 5A und die Kontaktfläche 3B ist Teil des zweiten Bereichs 5B. Ein in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie umgrenzter Bereich 6 des zweiten Bereichs 5B ist zur Ausbildung des Schmelzbereichs des Schmelzleiter­ elements vorgesehen. Der Spalt 4 verläuft bogenförmig um einen an den Schmelzbereich 6 angrenzenden Teil des zweiten Bereichs 5B herum und weist eine näherungsweise konstante Breite auf.

Nach der Herstellung der strukturierten Leitschicht 2 wird mittels Siebdruckverfahren eine Widerstandsschicht 7 derart auf dem Substrat 1 aufgebracht, daß sie auf der strukturierten Leitschicht 2 aufliegt und dabei einen vorge­ gebenen Abschnitt des Spalts 4 (bei der bevorzugten Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 1 nahezu den gesamten Spalt 4) über­ deckt und dabei ausfüllt. Die Widerstandsschicht ist vor­ zugsweise eine Dickschicht mit Silber-Palladium-Partikeln, die nach dem Aufdrucken ebenfalls getempert wird. Die Schicht weist einen geringen Temperaturkoeffizienten auf. Da sie auf das Oberflächenrelief der Leitschicht 2 aufgedruckt wird, unterscheidet sich die Schichtdicke der Widerstands­ schicht 7 im Spalt 4 von der Dicke der Widerstandsschicht 7 über der Leitschicht 2. Die Dicke der Widerstandsschicht 7 im Spalt 4 beträgt beispielsweise etwa 30 µm, während die Widerstandsschicht daneben bis auf ca. 10 µm abgedünnt sein kann. Die in den Spalt 4 eingebrachte Widerstandsschicht bildet das Heizwiderstandselement, wobei die elektrische Wi­ derstandslänge etwa der Spaltbreite und die Breite des elek­ trischen Widerstands etwa der überdeckten Spaltlänge ent­ spricht. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Struktur der im Siebdruckverfahren aufgebrachten Widerstandsschicht 7 vorzugsweise rechteckig, wobei in dem an den Schmelzbereich 6 angrenzenden, den zweiten Bereich 5b der Leitschicht 2 überdeckenden Bereich der Widerstandsschicht 7 eine bogen­ förmige Einkerbung 8 vorgesehen ist. Diese Einkerbung 8 dient dem Ausgleich technologisch bedingter Verzerrungen des Layouts der Widerstandsschicht 7 während des Aufbringens durch den Siebdruck, bei der die Richtung des Aufstreichens der Siebdruckpaste den in Fig. 1 dargestellten Pfeilen ent­ spricht. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Wider­ standsschicht 7 in einem einzigen Siebdruckschritt aufge­ bracht.

Nach der Herstellung der strukturierten Widerstands­ schicht 7 wird in einem weiteren Siebdruckschritt eine Glas­ beschichtung 9 aufgebracht. Die äußeren Begrenzungen 10A und 10B der Glasschicht 9 definieren die Verzinnungsbereiche der beiden elektrischen Anschlüsse des oberflächenmontierbaren Dickschicht-Sicherungsbauelements. Die Glasschicht 9 dient ferner zur elektrischen Isolation der leitenden Bereiche. Ein Fenster 11 definiert u. a. den Schmelzbereich, d. h. die Trennstelle der Leitschicht 2 des Schmelzleiterelements.

Nach dem Aufbringen der Glasisolationsschicht 9 wird ein Teilbereich der im Fenster 11 freiliegenden Leitschicht 2 mit einer Schicht 12 versehen, die ein niedrigschmelzendes Metall enthält. Die Schicht 12 wird vorzugsweise nicht im Siebdruck, sondern durch einen Maskendruck hergestellt. Da­ bei wird auf die Substratoberfläche eine Schablone aufge­ legt, die ein das Layout der Schicht 12 festlegendes Fenster aufweist. Die Dicke der so aufgebrachten zinnhaltigen Lot­ schicht beträgt beispielsweise 100 µm. Da das bevorzugte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sicherungsbauele­ ments für einen Betrieb bei erhöhten Temperaturen bis 150°C vorgesehen ist, wird für die Schicht 12 anstelle von Stan­ dard-Lotlegierungen (z. B. SnPb40, SnPb38Ag2, etc.) mit Schmelztemperaturen von ca. 180°C ein Lot verwendet, das kein Blei enthält, um eine höhere Schmelztemperatur zu er­ reichen. Nach dem Aufbringen der Lotschicht 12 wird das Si­ cherungsbauelement erneut getempert, wobei die Kombination aus Leitschicht 2 und Lotschicht 12 einer Alterung unterzo­ gen wird, bei der an der Grenzfläche zwischen Lotschicht 12 und Leitschicht 2 eine geringfügige Eindiffusion des Lots in die Leitschicht erfolgt. Ein unerwünschtes tieferes Voran­ schreiten der Diffusion in die Leitschicht 2 wird jedoch durch die oben beschriebene spezielle Ausbildung der Leit­ schicht 2 verhindert. Leitschicht 2, Glasschicht 9 und Lot­ schicht 12 sind so angeordnet, daß der Schmelzbereich 6 in der Leitschicht 2 zwischen der Kante der Lotschicht 12 und der Glasschichtkante ausgebildet wird. Der Spalt 4 in der Leitschicht 2 mit der aufgedruckten Widerstandsschicht 7 ist dabei so angeordnet, daß bei Beaufschlagung des Sicherungs­ bauelements mit Strom eine nahezu linienförmige Heizquelle entlang des Spalts 4 und um den Schmelzbereich 6 herum ent­ steht. Diese Art der Beheizung des Schmelzbereichs 6 durch das im Spalt 4 ausgebildete Heizwiderstandselement in Kombi­ nation mit der Aufbringung der Lotschicht 12 führt zu dem gewünschten trägen Verhalten des Sicherungsbauelements.

Nach der Fertigstellung wird über die elektrische Struk­ tur eine Abdeckschicht mit Hilfe eines Schablonendrucks auf­ gebracht. Die Abdeckschicht besteht aus einem Kunststoff (beispielsweise Epoxidharz), in den eine Vielzahl von klei­ nen Hohlräumen, beispielsweise durch Einbringung von Glas­ hohlkugeln, eingebracht sind. Die in der Abdeckschicht ge­ bildeten Hohlräume bilden Aufnahmevolumina für verdampfendes Material des sich auftrennenden Schmelzleiters.

In Fig. 1 ist lediglich die Herstellung eines einzelnen Chips für ein Sicherungsbauelement dargestellt. Tatsächlich werden jedoch auf einem größeren Substrat mehrere derartige Strukturen nebeneinander in Reihen und Spalten angeordnet. Nach der Herstellung der Strukturen in der geschilderten Weise werden die einzelnen Chips vereinzelt. Anschließend werden die freiliegenden Kontaktbereiche 3A und 3B der Leit­ schicht 2 galvanisch verstärkt und mit einer Lotschicht überzogen, so daß das in Fig. 2 im Querschnitt dargestellte oberflächenmontierbare Sicherungsbauelement gebildet wird.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen Dickschicht-Sicherungsbauelements, dessen Herstellung anhand von Fig. 1 beschrieben wurde, werden wesentliche Pa­ rameter durch die Struktur der Leitschicht 2 bestimmt. Ins­ besondere bestimmen die Länge und die Breite des Spalts 4 den elektrischen Widerstand des Heizwiderstandselements. Die Breite des schmalen Streifens des Bereichs 5B bestimmt die Breite des Schmelzbereichs 6 und somit die Stromtragfähig­ keit des Schmelzleiterlements. Die relativ konstante Breite des Spalts 4 führt zu einer homogenen Stromdurchflutung des Heizwiderstands und zu einer gleichmäßigen fast linienförmi­ gen Heizquelle. Die Anordnung des Spalts 4 gegenüber dem Schmelzbereich 6 beeinflußt das thermische Verhalten, insbe­ sondere die thermischen Zeitkonstanten.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche alter­ native Ausführungsformen denkbar. Beispielsweise könnten auf dem Substrat 1 neben dem Schmelzleiterelement zwei Heizwi­ derstandselemente angeordnet werden. Dabei könnte die Leit­ schicht 2 durch einen weiteren bogenförmigen Spalt in drei getrennte Bereich derart unterteilt werden, daß zwischen den beiden Kontaktbereichen 3A und 3B und einem in der Mitte an­ geordneten Schmelzleiterelement symmetrisch zwei bogenför­ mige Spalte und somit zwei symmetrisch angeordnete Heizwi­ derstandselemente ausgebildet werden, die den Schmelzbereich praktisch von allen Seiten mit Wärmeströmen beaufschlagen.

Claims (20)

1. Dickschicht-Sicherungsbauelement mit einem eine Leit­ schicht (2, 5B) mit einem Schmelzbereich (6) aufweisenden Schmelzleiterelement, mit wenigstens einem eine Widerstands­ schicht (7) aufweisenden Heizwiderstandselement und mit elektrischen Anschlußleitungen,
wobei das Heizwiderstandselement derart in der Nähe des Schmelzbereichs (6) angeordnet ist, daß von dem Heizwider­ standselement erzeugte Wärme auf die Leitschicht (5B) am Schmelzbereich (6) einwirken kann,
wobei die Leitschicht des Schmelzleiterelements und die elektrischen Anschlußleitungen in wenigstens einer ersten strukturierten Schicht (2) ausgebildet sind und die Wider­ standsschicht in wenigstens einer zweiten strukturierten Schicht (7) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite strukturierte Schicht einan­ der teilweise überlappend aufeinanderliegen,
wobei das Heizwiderstandselement dadurch ausgebildet ist, daß die Widerstandsschicht einen in der wenigstens ei­ nen ersten Schicht ausgebildeten langgestreckten schmalen Spalt (4) in wenigstens einem Spaltabschnitt überdeckt, wo­ bei der Spalt (4) die wenigstens eine erste Schicht in we­ nigstens einen ersten (5A) und einen zweiten Bereich (5B), die jeweils einen elektrischen Anschluß des Heizwiderstands­ elements enthalten, unterteilt.

2. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach Anspruch 1, da­ von gekennzeichnet, daß die wenigstens eine zweite struktu­ rierte Schicht (7) auf der wenigstens einen ersten struktu­ rierten Schicht (2) aufgebracht ist.

3. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine zweite strukturierte Schicht (7) aus einer im Siebdruckverfahren aufgebrachten, Silber-Palladium-Partikel enthaltenden Schicht besteht.

4. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (4) in dem wenigstens einen von der Widerstandsschicht (7) über­ deckten Spaltabschnitt eine im wesentlichen konstante Breite aufweist.

5. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spalt (4) in dem wenigstens einen von der Widerstandsschicht überdeckten Spaltabschnitt eine Breite zwischen 0,1 mm und 1 mm aufweist.

6. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Spalts (4) in dem wenigstens einen von der Widerstands­ schicht überdeckten Spaltabschnitt geringer als ein Fünftel der Länge des wenigstens einen Spaltabschnitts ist.

7. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (4) in zwei Spaltabschnitten von der Widerstandsschicht (7) überdeckt ist und die beiden Spaltabschnitte symmetrisch an zwei Seiten eines an den Schmelzbereich (6) angrenzenden Flächenbereichs der wenigstens einen ersten strukturierten Schicht (2) angeordnet sind.

8. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (4) in einem Spaltabschnitt von der Widerstandsschicht (7) über­ deckt ist und der Spaltabschnitt an einem an den Schmelzbe­ reich (6) angrenzenden Flächenbereich der wenigstens einen ersten strukturierten Schicht (2) angeordnet ist.

9. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spalt (4) bogenförmig um den an den Schmelzbereich (6) angrenzenden Flächenbereich herum verläuft.

10. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach einem der An­ sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschicht des Schmelzleiterelements an dem Schmelzbereich partiell mit einer ein niedrigschmelzendes Metall enthaltenden Schicht (12) abgedeckt ist und daß die von dem Heizwiderstandsele­ ment erzeugte Wärme auf die das niedrigschmelzende Metall enthaltende Schicht (12) einwirken kann.

11. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das niedrigschmelzende Metall Zinn oder eine Zinnlegierung enthält.

12. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß über der wenigstens einen ersten strukturierten Schicht (2) und der wenigstens einen zweiten strukturierten Schicht (7) eine strukturierte Abdeckschicht (9) mit einem Fenster (11) aufgebracht ist, wobei das Fenster den Bereich umgrenzt, in dem anschließend die das niedrigschmelzende Metall enthaltende Schicht (12) aufgebracht wird.

13. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (9) aus Glas ist.

14. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach einem der An­ sprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Leit­ schicht (2) aus einer Siebdruckpaste hergestellt ist, die Partikel eines gut leitenden Metalls in einem Bindemittel enthält, wobei das Bindemittel nach dem Tempern der Leit­ schicht eine die Partikel derart trennende Zwischenschicht bildet, daß einerseits die Diffusion zwischen den aneinan­ derliegenden Partikeln stark erschwert, andererseits eine gute elektrische Leitfähigkeit der Gesamtschicht gewährlei­ stet ist.

15. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschicht (2) Silber-Par­ tikel enthält.

16. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach einem der An­ sprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich (5B) die Leitschicht des Schmelzleiterelements ent­ hält.

17. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach einem der An­ sprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine erste Schicht (2) eine einzige Schicht ist.

18. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach einem der An­ sprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine erste (2) und die wenigstens eine zweite (7) struktu­ rierte Schicht auf einem elektrisch und thermisch gut iso­ lierenden Material, vorzugsweise auf einem Glaskeramik-Chip, aufgebracht sind.

19. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach einem der An­ sprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß über den Schichten des Schmelzleiterelements, des Heizwiderstandsele­ ments und der elektrischen Anschlußleitungen eine Verkapse­ lungsschicht (13) aufgebracht ist, die viele in der Schicht verteilt angeordnete Hohlräume enthält.

20. Dickschicht-Sicherungsbauelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkapselungsschicht (13) aus Glashohlkugeln enthaltendem Kunststoff, vorzugsweise Epoxidharz, besteht.