DE10150027C1 - Thick film safety component comprises a conductor layer having a melt conductor element having a melting region, a heating resistance element having a resistance layer, and electrical connecting lines - Google Patents
Thick film safety component comprises a conductor layer having a melt conductor element having a melting region, a heating resistance element having a resistance layer, and electrical connecting linesInfo
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Abstract
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.The invention relates to a thick-layer fuse component ment with a conductive layer with a melting range having fuse element, with at least one Resistance layer having heating resistance element and with electrical connection lines, the heating resistor Stand element so close to the melting range orders is that generated by the heating resistor element Heat can act on the conductive layer at the melting area.
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.Thick film fuse components of the aforementioned Type are, for example, from DE 197 04 097 A1 known. In the well-known thick-film fuse components is a heating element on an elek trically and thermally insulating substrate next to or below applied a fuse element. Fusible element and heating resistor element are essentially right angular shape and each have opposite ends arranged electrical contacts on which they with elek trical connecting lines are connected. Are preferred one contact each of the fuse element and the Hei resistance elements via an electrical connection line connected so that a series connection of the two elements is formed. The heating resistor element has one Flat length and width. In the manufacture of the thick-film Fuse devices become both the resistance layer as well as the conductive layer of the fuse element and the Layers of the electrical connection lines, for example applied by screen printing. For the resistance Layer materials are usually used that are too lead to a sheet resistance of the resistance layer, the about 10 times to 100 times the sheet resistance of the Conductive layer is. The total resistance of a row scarf device of fuse element and heating element is essentially the resistance of the heating resistor stand elements determined. To reduce the resistance of the The layer could reach heating resistor elements thickness increased or a material with a lower spec resistance can be used. The first possible speed usually leads to increased production wall, since several screen printing steps may have been carried out Need to become. The second possibility means one No commonly used resistance layer materials and thus higher material costs.
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.The object of the invention is to produce a simple of the thick-film fuse component of small size gangs mentioned type to create, with a flexible Ein position of a heating element with low electri resistance when using conventional resistance layer materials of thick-film technology is made possible.
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.This task is accomplished by a Dick Layer fuse component with the features of the patent spell 1 solved. With a thick-film fuse component the leading layers of the Fusible conductor element and the electrical connection lines trained in at least one first structured layer det and the resistance layer is in at least one second structured layer, the little at least one first and the at least one second structure layer partially overlapping each other lie. The heating resistor element is formed that the resistance layer one in the at least one he most layer formed elongated narrow gap in covers at least one gap section, the gap the at least one first layer in at least one first and a second area, each an electrical Connection of the heating resistor element included, divided. The covering of a narrow elongated gap the resistance layer enables the formation of a Wi small size. These are fuse components producible in which the electrical resistance of the Fusible conductor element in the order of electrical Resistance of the heating element is in those but only one layer of a common resistance material in Thick film technology is applied. The electrically effective Dimensions of the heating resistor are also in the essential from the formation of the gap in the at least determined a first structured layer and not - how in the state of the art - from the layout of the structured counter layer of the heating resistor element. Furthermore the elongated gap that lines up during operation shaped heat source forms, are arranged so that a given heat transfer to the melting range results.
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.In an advantageous development, the at least one second layer, which forms the resistance layer, immediately applied bar over the at least one first layer, d. H. over the narrow gap. This has the advantage that a thicker resistance layer in the gap due to its filling is achieved in the screen printing step.
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.The at least one second structured layer exists preferably from a screen-printed Layer containing silver palladium particles. The use Development of such a resistance layer allows a small one Temperature coefficient of the resistance element.
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.In an advantageous development of the fiction the gap in the at least one covered by the resistance layer Gap section a substantially constant width. This advantageously results in a homogeneous current flooding the resistance layer and thus a closer linear heat source with a along the Gap section essentially constant heating power. Preferably, the gap in the at least one of the Resistance layer covered gap section a width between 0.1 mm and 1 mm. The width of the gap in the at least one covered by the resistance layer Gap section is preferably less than 1/5 of the length of the at least one gap section.
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.An embodiment of the thick film according to the invention Fuse component is characterized in that the Gap in two gap sections from the resistance layer is covered and the two gap sections symmetrically two sides of a surface adjacent to the melting area area of the at least one first structured Layer are arranged. The two gap sections need not facing each other in parallel or straight to be trained. A simple layout design results However, in an embodiment in which two straight few gap sections on two opposite outer sides adjoin a region of the conductive layer that immediately adjoins connects the melting range. This allows the arrangement relatively large gap lengths near the melting range and therefore good thermal coupling.
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. An alternative and preferred embodiment is there characterized in that the gap in only one gap cut is covered by the resistance layer and the Gap section at an adjacent to the melting area Area of the at least one first structured Layer is arranged. The gap section is preferred located in close proximity to the melting area net. The gap preferably runs in an arc around the the melting area adjacent area of the little at least a first structured layer around. This out leadership form has the advantage that with a small overall size relatively large gap lengths in the immediate vicinity of the Melting range can be arranged. The one from the contra The gap layer covered by the standing layer is maximized Bring length to achieve a low resistance.
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.A preferred development of the invention This characterizes thick-film fuse components net that the conductive layer of the fuse element on the Melting range specifically with a low melting Metal-containing layer is covered and that of the heating resistor element generated heat to the low Rig melting metal-containing layer can act. The low-melting metal contains tin, for example or a tin alloy. The low melting metal has the function of the underlying conductive layer and the resistivity of the conductive layer changing alloying agent. Through this influence on the Conductive layer forms on the edge zone of the overlapping, the low-melting metal-containing layer in the a conductive or separating layer underneath rich. Such an arrangement helps to achieve one slow characteristic of the fuse component. At this Embodiment is preferably above the at least one first structured layer and the at least one two structured layer a structured cover layer applied with a window, the window covering the area bounded, in which the low-melting Me tall containing layer is applied. The cover layer is preferably made of glass. The cover layer enables one more precise definition of the melting range.
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.In an advantageous development of the fiction The thick layer fuse component is the conductive layer made from a screen printing paste, the particles of a good conductive metal (preferably silver or a silver gation) in a binder (e.g. a glass bil the binding agent), the binding agent after the Annealing the conductive layer so separating the particles Intermediate layer forms that on the one hand the diffusion between the particles lying next to each other are very difficult, on the other hand, good overall electrical conductivity layer is guaranteed. There is one between the particles thin separating layer of the binder or one from the binder layer formed by the annealing, which diffuses sion at the interfaces very difficult. The electrical However, conductivity is a. upright due to tunnel effects receive. The use of such a conductive layer in Ver bond with the application of a structured, a low Rig melting metal-containing layer improves the Resistance to aging at elevated operating temperatures due to the 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.In a preferred embodiment of the thick-film Fuse component, the second area contains the guide layer of the fuse element. This leads to a simple series connection of fuse element and heating element the stand element is formed. It also reduces the total required area of the fuse component.
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.The at least one first layer is preferably one single layer, d. H. the layers for the electrical connections conclusions and the conductive layer of the fuse element who that as a layer through a single screen printing step applied. This simplifies the manufacturing process and reduces costs.
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.In a preferred embodiment of the thick-film Fuse device is over the layers of the melting egg terelements, the heating resistor element and the electri an encapsulation layer brings the many small ones distributed in the layer Contains voids. This allows full pouring of the elements of the fuse component, but still creates the required recording volumes for evaporating Fusible-conductive layers.
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:Further advantageous and / or preferred further developments the invention are characterized in further subclaims net. In the following the invention is based on one in the Drawing preferred embodiment shown he purifies. The drawing shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Siebdruck-Ver fahrensschritte zur Herstellung einer bevorzugten Ausfüh rungsform des Dickschicht-Sicherungsbauelements; und Figure 1 is a schematic representation of the screen printing process steps for producing a preferred embodiment of the thick-film fuse component. and
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des bevorzugten Dickschicht-Sicherungsbauelements. Fig. 2 is a schematic side view of the preferred thick-film fuse device.
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 IN < 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 × IN 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 × IN gewährleistet. Ein Sicherungs bauelement mit den beschriebenen Charakteristika wird mit Hilfe des anhand von Fig. 1 beschriebenen Herstellungsver fahrens und des dargestellten Layouts realisiert.Referring to Fig. 1, the manufacturing process and the layout of a preferred embodiment of the modern fiction, thick-film fuse element described. The preferred embodiment is a surface-mountable fuse component with a low overall height (maximum approx. 1.2 mm), which can be mounted on a subrack and completely embedded in a potting material. The preferred fuse component has an inert fuse characteristic with a nominal current I N <1 A. The slow fuse characteristic is preferably designed so that the fuse component permanently with egg nem pulse-shaped current signal with pulses of at least one millisecond pulse duration, a repetition frequency up to 100 Hz and current amplitudes up to 5 × I N at temperatures between -40 ° C and 150 ° C can be operated. The fuse function in the event of a fault is ensured by forming a separation point in the conductive layer of the fusible link element in the event of overcurrents above 2 × I N. A fuse component with the characteristics described is realized with the help of the manufacturing method described with reference to FIG. 1 and the layout shown.
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.First, a substrate 1 made of an electrically and thermally insulating material, preferably made of glass ceramic, is provided. On the top of the substrate 1 , a conductive layer 2 is applied in a structured manner by means of screen printing, ie a screen printing paste for the conductive layer is first printed in the screen printing process and the layer is then subjected to a temperature treatment (tempered). The screen printing paste used for the conductive layer 2 contains conductive particles, for example silver particles, with a grain size of less than 20 μm in a binding agent which forms a glass-like layer in the subsequent annealing. The thickness of the conductive layer 2 is greater than 20 μm and is preferably in the range of approximately 30 μm. The conductive layer 2 is structured such that it forms contact regions 3 A and 3 D for contacting the fuse element at opposite ends of the substrate 1 . In the conductive layer 2, a gap 4 is formed, of 5 A and a second region separates the conductive layer 2 in a first region 5 B. The contact surface 3 A is part of the first region 5 A and the contact surface 3 B is part of the second region 5 B. A region 6 of the second region 5 B which is delimited by a broken line in FIG. 1 is provided for forming the melting region of the fusible conductor element , The gap 4 runs in an arc around a part of the second region 5 B adjoining the melting region 6 and has an approximately constant width.
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.After the production of the structured conductive layer 2 , a resistance layer 7 is applied to the substrate 1 by means of a screen printing method in such a way that it rests on the structured conductive layer 2 and thereby a predetermined section of the gap 4 (in the preferred embodiment according to FIG Gap 4 ) covers and fills up. The resistance layer is preferably a thick layer with silver-palladium particles, which is also annealed after printing. The layer has a low temperature coefficient. Since it is printed on the surface relief of the conductive layer 2 , the layer thickness of the resistance layer 7 in the gap 4 differs from the thickness of the resistance layer 7 above the conductive layer 2 . The thickness of the resistance layer 7 in the gap 4 is, for example, about 30 μm, while the resistance layer next to it can be thinned down to about 10 μm. The resistance layer introduced into the gap 4 forms the heating resistance element, the electrical resistance length corresponding approximately to the gap width and the width of the electrical resistance corresponding approximately to the covered gap length. As shown in FIG. 1, the structure of the resistance layer 7 applied by the screen printing method is preferably rectangular, an arcuate notch 8 being provided in the area of the resistance layer 7 adjacent to the melting area 6 and covering the second area 5 b of the conductive layer 2 , This notch 8 is used to compensate for technologically related distortions of the layout of the resistance layer 7 during the application by screen printing, in which the direction of spreading the screen printing paste speaks ent the arrows shown in Fig. 1. In the preferred embodiment, the resistance layer 7 is brought up in a single screen printing step.
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.After the production of the structured resistance layer 7 , a glass coating 9 is applied in a further screen printing step. The outer boundaries 10 A and 10 B of the glass layer 9 define the tinning areas of the two electrical connections of the surface-mountable thick-film fuse component. The glass layer 9 also serves for the electrical insulation of the conductive areas. A window 11 defines, among other things, the melting range, ie the separation point of the conductive layer 2 of the fuse element.
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.After the glass insulation layer 9 has been applied , a portion of the conductive layer 2 exposed in the window 11 is provided with a layer 12 which contains a low-melting metal. Layer 12 is preferably not produced by screen printing, but rather by mask printing. Since a template is placed on the substrate surface, which has a window 12 that defines the layout of the layer. The thickness of the tin-containing solder layer applied in this way is, for example, 100 μm. Since the preferred exemplary embodiment of the fuse component according to the invention is intended for operation at elevated temperatures of up to 150 ° C., standard solder alloys (for example SnPb40, SnPb38Ag2, etc.) are used for the layer 12 with melting temperatures of approximately 180 ° C uses a solder that contains no lead to reach a higher melting temperature. After the application of the solder layer 12 , the fuse component is annealed again, the combination of the conductive layer 2 and the solder layer 12 being subjected to aging, in which there is a slight diffusion of the solder into the conductive layer at the interface between the solder layer 12 and the conductive layer 2 . An undesirable deeper advance of the diffusion into the conductive layer 2 is prevented by the special design of the conductive layer 2 described above. Guide layer 2 , glass layer 9 and solder layer 12 are arranged so that the melting region 6 is formed in the guide layer 2 between the edge of the solder layer 12 and the edge of the glass layer. The gap 4 in the conductive layer 2 with the printed resistance layer 7 is arranged so that an almost linear heating source along the gap 4 and around the melting area 6 is ent when the fuse component is energized. This type of heating of the melting area 6 by the heating resistor element formed in the gap 4 in combination with the application of the solder layer 12 leads to the desired sluggish behavior of the fuse component.
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. After completion, the electrical structure on a cover layer with the help of stencil printing brought. The cover layer consists of a plastic (for example epoxy resin) in which a variety of small NEN cavities, for example by introducing glass hollow spheres are introduced. The ge in the cover layer Cavities formed form volumes for vaporizing Material of the fusible conductor that separates.
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.In Fig. 1, only the manufacture of a single chip for a fuse component is shown. In fact, however, several such structures are arranged side by side in rows and columns on a larger substrate. After the structures have been produced in the manner described, the individual chips are separated. Subsequently, the exposed contact areas 3 A and 3 B of the conductive layer 2 are galvanically reinforced and coated with a solder layer, so that the surface-mountable fuse component shown in cross section in FIG. 2 is formed.
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.In the preferred embodiment of the thick-film fuse component according to the invention, the manufacture of which was described with reference to FIG. 1, essential parameters are determined by the structure of the conductive layer 2 . In particular, the length and the width of the gap 4 determine the electrical resistance of the heating resistor element. The width of the narrow strip of area 5 B determines the width of the melting area 6 and thus the current carrying capacity of the fuse element. The relatively constant width of the gap 4 leads to a homogeneous current flow through the heating resistor and to a uniform, almost linienformi heating source. The arrangement of the gap 4 with respect to the melting area 6 influences the thermal behavior, in particular the thermal time constants.
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.Within the framework of the inventive concept, numerous alternative old embodiments are conceivable. For example, two Heizwi derstand elements could be arranged on the substrate 1 next to the fuse element. The guide layer 2 could be divided by a further arcuate gap into three separate areas such that between the two contact areas 3 A and 3 B and a fused conductor element arranged in the middle symmetrically two bogenför shaped column and thus two symmetrically arranged Heizwi derstandselemente formed that apply heat flows to the melting area from practically all sides.
Claims (20)
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.1. thick-layer fuse component with a conductive layer ( 2 , 5 B) with a melting region ( 6 ) having a fusible conductor element, with at least one resistance layer ( 7 ) having a heating resistor element and with electrical connecting lines,
wherein the heating resistor element is arranged in the vicinity of the melting area ( 6 ) such that heat generated by the heating resistor element can act on the conductive layer ( 5 B) on the melting area ( 6 ),
wherein the conductive layer of the fusible conductor element and the electrical connection lines are formed in at least one first structured layer ( 2 ) and the resistance layer is formed in at least one second structured layer ( 7 ), the at least one first and the at least one second structured layer mutually partly lying on top of each other,
wherein the heating resistor element is formed in that the resistance layer covers an elongated narrow gap ( 4 ) formed in the at least one first layer in at least one gap section, where in the gap ( 4 ) the at least one first layer in at least a first ( 5 A) and a second area ( 5 B), each containing an electrical connection of the heating resistor elements, divided.
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