DE102006009236A1 - Vorrichtung und Verfahren zur temperaturunterbrechenden Absicherung eines elektrischen Bauelements - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur temperaturunterbrechenden Absicherung eines elektrischen Bauelements Download PDF

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Alfons Dr. Graf
Josef Höglauer
Martin Dr. Schneider-Ramelow
Stefan Schmitz
Klaus-Dieter Dr. Lang
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Infineon Technologies AG
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Infineon Technologies AG
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Abstract

Ein Stromverbraucher eines elektrischen Bauelements, der eine Stromzu- oder Stromabführung aufweist, kann kostengünstig und effizient mittels einer Kontaktstelle, die sich in der Stromzu- oder Stromabführung befindet, abgesichert werden, wenn in der Kontaktstelle ein erstes leitfähiges Material und ein zweites leitfähiges Material miteinander derart leitfähig verbunden sind, dass das erste leitfähige Material und das zweite leitfähige Material ein eutektisches Gemisch bilden können, welches eine Schmelztemperatur hat, die unter der Schmelztemperatur der einzelnen Materialien liegt, und wenn die Kontaktstelle darüber hinaus so gestaltet ist, dass die leitfähige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Material beim Auftreten eines schmelzflüssigen eutektischen Gemisches unterbrochen wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Absicherung eines elektrischen Bauelements und insbesondere mit einem Konzept zum Schaffen einer Kontaktstelle in einem Bauelement, die als thermische Absicherung des Bauelements dienen kann.
  • Eine in der Elektronik speziell unter Sicherheitsaspekten immer wichtiger werdende Aufgabenstellung ist, wie sich einzelne Bauelemente oder Schaltungsteile im Fehlerfall gezielt, dauerhaft und möglichst kostengünstig stilllegen lassen, um so größere Folgeschäden zu verhindern. So werden z.B. Leistungshalbleiter heutzutage in großem Umfang zum Schalten elektrischer Lasten wie Lampen, Ventile, Motoren, Heizungselemente usw. eingesetzt, darüber hinaus werden sie in zunehmendem Maße aber auch im Bereich des Leistungsmanagements zum Abschalten einzelner Schaltungsteile, um z.B. den Energieverbrauch batteriebetriebener Geräte zu reduzieren, eingesetzt.
  • Die beiden typischen Anordnungen eines Schalters und eines Stromverbrauchers sind dabei in 7 dargestellt. In 7 ist ein Versorgungsspannungsanschluss 2 gezeigt, eine Schmelzsicherung 4, eine Strom verbrauchende Last 6 und ein Leistungsschalter 8. Die Schmelzsicherung 4, die Last 6 und der Leistungsschalter 8 sind entlang einer Stromflussrichtung 10 in Reihe zwischen den Versorgungsspannungsanschluss 2 und Masse geschalten. Abhängig davon, ob der Leistungsschalter 8 entlang der Stromflussrichtung 10 näher am Versorgungsspannungsanschluss 2 liegt als die Last 6, spricht man von einem Highside- oder Lowside-Schalter, wobei man dann von einem Highside-Schalter spricht, wenn der Leistungsschalter 8 entlang der Stromflussrichtung 10 näher am Versorgungsspannungsanschluss 2 angeordnet ist als die Last 6. Damit im Leistungsschalter 8 nur eine geringe Verlustleistung erzeugt wird, ist wichtig, dass der Leistungsschalter 8 im EIN-Zustand einen sehr viel geringeren elektrischen Widerstand als die Last 6 aufweist. Für Niederspannungsanwendungen haben sich als elektronische Schalter Leistungs-MOSFETs weitgehend durchgesetzt. Die in den letzten Jahren sehr rasante Entwicklung in Richtung immer niedrigerer spezifischer Durchlasswiderstände (RDS(on) x A) hat es dabei ermöglicht, dass heute Ströme von vielen Ampere mit direkt auf einer Leiterplatte montierten Halbleiterschaltern und ohne spezielle Kühlmaßnahmen beherrschbar sind.
  • Ein weiteres wichtiges Problemfeld umfasst direkt an der Versorgungsspannung liegende problembehaftete Bauelemente. Dazu zählen alle Bauelemente, die am Lebensdauerende, bei Überlastung oder vorzeitigem Ausfall mit hoher Wahrscheinlichkeit niederohmig werden. Dies betrifft insbesondere Varistoren, Keramik-Vielschichtkondensatoren (MLCC) und Tantal-Elektrolytkondensatoren, wie sie in 8 dargestellt sind. 8 zeigt eine Auswahl solcher problembehafteter Bauelemente, die durch eine gemeinsame Schmelzsicherung abgesichert sind. Gezeigt ist ein Versorgungsspannungsanschluss 20, eine Schmelzsicherung 22, eine Steckverbindung bzw. ein Kabelanschluss 24, ein Varistor 26, ein Keramik-Vielschicht-Kondensator 28 und ein Tantal-Elektrolytkondensator 30. Die Schmelzsicherung 22 und die Steckverbindung 24 sind in Reihe zwischen den Versorgungsspannungsanschluss 20 und einen Schaltungsknoten 32 geschalten. Der Varistor 26, der Keramik-Vielschichtkondensator 28 und der Tantal-Elektrolytkondensator 30 sind parallel zueinander zwischen den Schaltungsknoten 32 und Masse geschalten. Im funktionstüchtigen Zustand besitzen der Keramik-Vielschichtkondensator 28, der Tantal-Elektrolytkondensator 30, der Varistor 26 und auch der Steckverbinder 24 im gesamten zulässigen Betriebsspannungs- und Betriebstemperaturbereich einen vernachlässigba ren Leckstrom und damit eine vernachlässigbare statische Verlustleistung. Steigt jedoch der Leckstrom im Fehlerfall an, oder tritt speziehl bei Keramik-Vielschichtkondensatoren ein Plattenkurzschluss – z.B. aufgrund eines durch mechanischen Stress verursachten Bruchs – auf, so steigt die statische Verlustleistung sehr stark an und kann zu einer extremen Überhitzung eines Bauelements führen, da nun ein hoher Stromfluss durch das Bauelement möglich wird. Sicherheitskritisch sind dabei auch im Stromkreis liegende Steckverbindungen oder Kabelanschlüsse 24, wenn diese im Normalfall sehr niederohmigen Elemente – z.B. durch Verschmutzung oder Alterung – hochohmiger werden, sodass die Verlustleistung und damit die Temperatur an diesen Bauteilen weit über das zulässige Maß hinaus ansteigen kann. Ein Problem kann auch auftreten, wenn der sonst hochohmige Steckverbinder zwischen Kontakt A und Kontakt B durch Verschmutzung oder Alterung niederohmig wird und somit ein Leckstrom fließt Das Problem einer starken lokalen Erhöhung der Betriebstemperatur ergibt sich auch für einen Leistungsschalter, wie er in 7 gezeigt ist. Ein Problem entsteht dabei dann, wenn durch Fehler oder Zerstörung im Halbleiterschalter oder in dessen Ansteuerung kein vollständiges Ein- oder Ausschalten mehr erfolgt oder möglich ist. Der Schalter erreicht dann weder seinen niedrigen nominellen Durchlasswiderstand noch seinen hochohmigen AUS-Zustand. Damit steigt die Verlustleistung im Schalter sehr stark an. Im schlimmsten Fall der Leistungsanpassung, d. h. wenn der Durchlasswiderstand des Schalters den Bereich des Werts des Lastwiderstandes erreicht, kann die Verlustleistung im Schalter auf bis zu einem Viertel der Lastnennleistung ansteigen – bei nicht-linearen Lasten, wie z.B. Glühlampen, sogar auf noch höhere Werte. Dies soll im Folgenden anhand eines Beispiels verdeutlicht werden. In einem Leistungs-MOSFET mit einem Durchlasswiderstand von 10 mΩ, der als Schalter für eine Last von 120 W an 12 V eingesetzt wird, entsteht im Nennbetrieb eine Verlustleistung von 1 W. Auf diese Ver lustleistung wird man die Kühlung des MOSFETs in einer konkreten Schaltung auslegen. Steigt jedoch durch einen Fehler (z.B. in der Ansteuerung) der Durchlasswiderstand an, so kann die Verlustleistung im Schalter Werte von bis zu 30 W erreichen, wenn im Fehlerfall der Durchlasswiderstand des Leistungs-MOSFETs dieselbe Größe hat, wie der Ohmsche Widerstand der Last. Bei einer auf 1 W ausgelegten Kühlung führt dies sehr schnell zu gefährlich hohen Temperaturen bis hin zu einer Brandgefährdung z.B. der Leiterplatte.
  • Zur Absicherung gegen Schäden durch zu hohe Ströme werden überwiegend stromauslösende Schmelzsicherungen eingesetzt, wobei diese in den unterschiedlichsten Bauformen und Auslösecharakteristiken erhältlich sind. Die üblichen stromauslösenden Schmelzsicherungen können einen Fehlerfall eines Leistungsschalters 8, wie er oben beschrieben ist, nicht abfangen, da in der Schaltung in 7 ja keinerlei Überstrom auftritt. Die Last 6 begrenzt den Strom immer auf einen Wert, der den Nennbetriebsstrom nicht übersteigt, sodass die an der Schmelzsicherung 4 anfallende Verlustleistung zu gering ist, um das Material der Schmelzsicherung zum Schmelzen zu bringen und den Stromkreis zu unterbrechen. Auch bei größeren, zentral abgesicherten Baugruppen, wie sie beispielsweise in 8 dargestellt sind, besteht das Problem, dass der in einem Fehlerfall auftretende Strom an zum Beispiel dem Keramik-Vielschichtkondensator 28 einerseits ausreicht, um an dem Keramik-Vielschichtkondensator 28 lokal eine extreme Übertemperatur zu erzeugen, der Strom andererseits aber nicht einen Wert erreicht, der hoch genug ist, um eine zentral angeordnete Schmelzsicherung 22 zum Auslösen zu bringen. Als Überstromschutz finden neben den Schmelzsicherungen auch Kaltleiter (PTC) auf Keramik- oder Polymerbasis (z.B. Poly-SwitchTM) breite Anwendung. Tritt jedoch, wie bei dem zuvor beschriebenen Fehlerfall, kein Überstrom auf, so sind auch diese Sicherungen als Schutzelemente ungeeignet. Aufgrund der Baugröße, der hohen Kosten und insbesondere der Auslösecha rakteristiken sind Kaltleiter zur Absicherung vieler sicherheitskritischer Bauelemente nicht geeignet.
  • Bei Kondensatoren kann der Betriebswechselstrom (Rippelstrom) deutlich über dem zu fordernden Auslöse-Gleichstrom liegen, eine Absicherung ist dann mit einem PTC-Element und einer klassischen Schmelzsicherung prinzipiell nicht möglich. Räumlich sehr nahe am abzusichernden Bauteil platzierte PTC-Elemente würden die Aufgabe, bei starker lokaler Temperaturerhöhung einen Stromfluss zu unterbrechen, zwar prinzipiell erfüllen, für die meisten Anwendungen sind diese Elemente allerdings nicht niederohmig genug bzw. zu teuer.
  • Zur Absicherung gegen Überhitzung kann ebenfalls ein Temperaturschalter (z.B, ein Bimetall-Schalter) verwendet werden, jedoch sind diese zu voluminös für den Einsatz auf modernen SMD-bestückten Baugruppen und für eine Absicherung jedes einzelnen sicherheitskritischen Bauteils zu teuer. Bedrahtete Temperatursicherungen werden z.B. in Kaffeemaschinen oder Bügeleisen eingesetzt. Bei den bedrahteten Temperatursicherungen werden zwei unter mechanischer Vorspannung montierte Stromkontakte durch Schmelzen eines Sicherungsmaterials von ihrer vorgespannten Position freigegeben, wobei durch das Entspannen der Kontakte die Kontakte räumlich voneinander getrennt werden. Aufgrund dieses Konstruktionsprinzipes sind die bedrahteten Temperatursicherungen zu voluminös für den Einsatz auf modernen Baugruppen.
  • Zur Absicherung von Schaltungen gegen Übertemperatur werden darüber hinaus auch Temperatursensoren eingesetzt, wobei durch diese Art der Überwachung für oben beschriebene Fehlerszenarien eines sicherheitskritischen Bauelements keine Schutzfunktion erreichbar ist. Das bloße Erkennen einer Übertemperatur an einem nicht mehr steuerbaren Halbleiterschalter nützt nichts, da der Stromfluss durch Eingriff in die Steuerspannung des defekten Schalters nicht mehr unterbrochen werden kann.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Überwachung von Schaltungen besteht im Einsatz eines Crowbar-Schalters, wobei man unter einem Crowbar-Schalter einen leistungsfähigen Kurzschlussschalter versteht, der in der Lage ist, eine vorhandene Zentralsicherung auszulösen, indem er einen Strompfad gegen Masse kurzschließt und somit einen Stromfluss in der Schaltung hervorruft, der hoch genug ist, eine Schmelzsicherung zum Schmelzen zu bringen. Aufgrund der hohen Kosten und des erforderlichen hohen Platzbedarfs sind Crowbar-Lösungen nicht für dezentrale Schutzmaßnahmen geeignet, wo eine Vielzahl von sicherheitskritischen Bauelementen einzeln abgesichert werden soll. Ein zentral angebrachter Crowbar-Schalter schränkt jedoch die möglichen Einsatzfelder sehr stark ein, da es in vielen Anwendungen nicht tolerierbar ist, im Fehlerfall das Gesamtsystem – anstelle z.B. nur eines einzigen Laststrompfades – stillzulegen.
  • Die im Stand der Technik entsprechenden Absicherungslösungen sind kostenintensiv und voluminös. Das bedeutet, sie erfordern in der Regel das zusätzliche Anbringen eines Sicherungselements bzw. eines diskreten Bauelements in einem Schaltungslayout, was insbesondere in dem Fall, dass einzelne Bauelemente individuell gegen ein Überhitzen abgesichert werden sollen, einen erheblichen Mehrbedarf an Platz verursacht.
  • In der nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10200504321 wird beschrieben, wie ein elektrisches Bauelement temperaturauslösend abgesichert werden kann, wenn ein geeignetes Schmelzmaterial verwendet wird und wenn eine enge thermische Kopplung zwischen dem abzusichernden Verbraucher des Bauelements und dem schmelzfähigen Material besteht.
  • In der nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10200504321 wird beschrieben, dass die Auslösung einer Schmelzsicherung eines geeigneten Materials auf vorteilhafte Art und Weise verbessert werden kann, wenn geeignete konstruktive Maßnahmen getroffen werden, wie beispielsweise konstruktiv erzeugte Hohlräume, die in unmittelbarer Nachbarschaft des schmelzenden Materials befindlich sind, so dass ein geschmolzenes Material in einen solchen Hohlraum abfließen kann.
  • Die nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung 102005024321.5-34 beschreibt, wie ein elektronisches Leistungsbauteil mittels eines Sicherungselements gegenüber Erhitzen abgesichert werden kann, wenn ein Sicherungselement in enger thermischer Kopplung zum abzusichernden Leistungsbauteil abgeordnet ist.
  • Die deutsche Patentanmeldung 10334433A1 beschreibt eine stromunterbrechende Schmelzsicherung in der Zuleitung eines Halbleiterbauelements, bei der mittels eines im Bauelement integrierten schmelzfähigen Materials (Eutektikums) bei Überschreiten einer Grenztemperatur ein Stromfluss unterbrochen wird.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konzept schaffen, mit dem das Absichern elektrischer Bauelemente kostengünstiger und effizienter ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass ein Stromverbraucher eines elektrischen Bauelements, welcher eine Stromzu- oder Stromabführung aufweist, kostengünstig und effizient mittels einer Kontaktstelle, die sich in der Stromzu- oder Stromabführung befindet, abgesichert werden kann, wenn in der Kontaktstelle ein erstes leitfähiges Material und ein zweites leitfähiges Material miteinander derart leitfähig verbunden sind, dass das erste leitfähige Material und das zweite leitfähige Material ein eutektisches Gemisch bilden können, welches eine Schmelztemperatur hat, die unter der Schmelztemperatur der einzelnen Materialien liegt und wenn die Kontaktstelle darüber hinaus so gestaltet ist, dass die leitfähige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Material beim Auftreten eines schmelzflüssigen eutektischen Gemisches unterbrochen wird.
  • Beim einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das erfindungsgemäße Konzept in einem elektrischen Bauelement realisiert, das einen Stromverbrauch umfasst, welches eine Stromzu- und eine Stromabführung aufweist. Dabei ist eine erfindungsgemäße Kontaktstelle in der Stromzuführung bzw. in der Stromabführung integriert. An der Kontaktstelle ist ein erstes Material leitend mit einem zweiten Material verbunden, wobei das erste und das zweite Material spezifisch für die gewünschte Absicherungswirkung ausgewählt sind da ein Gemisch aus dem ersten und dem zweiten Material ein Eutektikum mit spezifischer Schmelztemperatur bilden kann.
  • Die Absicherung des Stromverbrauchers innerhalb des elektrischen Bauelements basiert darauf, dass bei Überschreiten der Schmelztemperatur des Eutektikums ein sich bildendes eutektisches Gemisch an der Kontaktstelle des ersten und des zweiten Materials zu schmelzen beginnt. Die Kontaktstelle ist so beschaffen, dass eine leitfähige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Material beim Auftreten des schmelzflüssigen Eutektikums unterbrochen wird. Die Kontaktstelle kann dabei durch verschiedenste Verbindungsmethoden zwischen dem ersten und dem zweiten Material hergestellt werden. Wichtig ist ein Kontakt auf atomarer Ebene, wie er beispielsweise durch herkömmliches oder Ultraschallbonden, Quetschen oder Krimpen hergestellt werden kann. Bei Überschreiten der Schmelztemperatur des Eutekti kums wird somit die leitfähige Verbindung getrennt, wobei die temperaturauslösenden Sicherung kostengünstig allein durch das Zusammenfügen geeigneter Materialien erzeugt wird. Dies hat den großen Vorteil, dass die Auslösetemperatur der Schmelzsicherung durch Auswahl von unterschiedlicher Materialkombination an das Schutzbedürfnis des Stromverbrauchers individuell angepasst werden kann. Dabei ist es zusätzlich von Vorteil, dass mittels des erfindungsgemäßen Konzepts sowohl eine stromauslösende Sicherung als auch eine rein temperaturauslösende Sicherung realisiert werden kann. Das bedeutet im Fall der stromauslösenden Sicherung, dass ein elektrisches Bauelement so konstruiert werden kann, dass ein durch Fehlfunktion des Stromverbrauchers hervorgerufener Fehlerstrom in der Kontaktstelle zu einer erhöhten Verlustleistung führt, welche die lokal erzeugte Übertemperatur zur Folge hat, die zum Erzeugen des schmelzflüssigen Eutektikums erforderlich ist. Dies entspricht also im Wesentlichen dem Konzept einer klassischen Stromsicherung, mit dem großen Vorteil, dass die Sicherungsfunktion für den Stromverbraucher im elektrischen Bauelement direkt implementiert ist.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Erstellen einer reinen Temperatursicherung, bei der der Stromverbraucher und die Kontaktstelle thermisch eng miteinander gekoppelt sind, so dass eine übermäßig produzierte Wärme bei einer Fehlfunktion des Stromverbrauchers die Temperatur an der Kontaktstelle so stark erhöht, dass die Bildung des schmelzflüssigen Eutektikums ausgelöst wird. Dabei kann wiederum auf vorteilhafte Art und Weise die geometrische Form des Bauelements dahingehend berücksichtigt werden, dass bei beispielsweise schlechterer thermischer Kopplung Materialien verwendet werden, deren eutektisches Gemisch einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist.
  • Sowohl im Falle der Stromauslösung als auch im Fall der temperaturauslösenden Auslegung des erfindungsgemäßen Konzepts ergibt sich der Vorteil, dass ein erfindungsgemäßes elektrisches Bauelement in einer gedruckten Schaltung automatisch abgesichert ist, ohne dass zusätzliche Maßnahmen bzw. Bauelemente erforderlich sind.
  • Eutektische Gemische, die sich besonders zur Absicherung eignen, haben dabei Schmelztemperaturen von 200°C und 500°C.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sich die Sicherungsfunktion allein dadurch erzielen lässt, indem zwei geeignete Materialien zueinander in Kontakt gebracht werden, wobei für das Verbinden der beiden Materialien bevorzugt Standardproduktionsverfahren verwendet werden. Dadurch lässt sich eine Sicherungsfunktion in einem elektrischen Bauelement herstellen, ohne das Produktionsverfahren signifikant verändern zu müssen bzw. neue Konstruktionsschritte bzw. konstruktive Merkmale in ein elektrisches Bauelement implementieren zu müssen.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Kontaktbereich geometrisch so ausgebildet, dass der Stromfluss durch den Kontaktbereich durch eine Kontaktfläche zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material erfolgen muss (also durch die Fläche, an der die Materialen aufeinander stoßen), sodass eine leitfähige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussbereich bei Auftreten eines fließfähigen geschmolzenen eutektischen Gemisches unterbrochen wird. Dies hat gegenüber dem Stand der Technik den großen Vorteil, dass zum Unterbrechen des Stromflusses nur äußerst wenig Material geschmolzen werden muss. Da das schmelzflüssige Eutektikum nur unmittelbar an der Kontaktfläche gebildet werden muss. Somit ist das Schmelzen und das Trennen des Stromflusses mit deutlich geringerem Energieeintrag möglich als bisher und diesbezüglich effizienter (schnelleres zuverlässigeres Trennen) im Vergleich zu dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtungen und Verfahren.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise der Stromverbraucher ein Chip, der auf einer Chipinsel innerhalb eines Gehäuses montiert ist, wobei die elektrische Verbindung des Chips mit einem Leadframe oder mit einen anderen Chiphalter durch Bonddrähte hergestellt wird. Um die Sicherungsfunktionalität zu integrieren, wird dazu der Bonddraht aus dem ersten Material und eine Anschlussfläche des Chips bzw. eine Anschlussfläche des Leadframes oder des Chiphalters aus einem zweiten Material hergestellt, so dass sich beim Bonden an den Kontaktstellen automatisch die erfindungsgemäße Sicherungsfunktion ergibt. Besonders günstig ist dabei eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, bei dem der Bonddraht aus Aluminium besteht und bei dem der Kontaktbereich auf dem Chip oder dem Leadframe zumindest teilweise aus Zink besteht, so dass sich beim Kontaktieren ein Übergang von Aluminium auf Zink ergibt, wobei ein Zink-Aluminium-Gemisch eine Schmelztemperatur von 382° aufweist, die eine Absicherung des Chips und der den Chip umgebenden Platine gegen Überhitzung ermöglicht. Besonders vorteilhaft an einer Ausführung mit Aluminiumbonddrähten ist, dass das Bonden mit Aluminiumdrähten ein Standardverfahren ist und die Implementierung somit einfach erfolgen kann, da das Bonden bzw. die Bondautomaten nicht verändert oder angepasst werden müssen. Sollte ein zusätzliches Aufbringen einer Zinklage auf einer Kontaktfläche des Chips oder des Leadframes notwendig sein, ist dies darüber hinaus ohne großen zusätzlichen Mehraufwand möglich.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Kontaktstelle so beschaffen bzw. geometrisch so geformt, dass bei Auftreten des schmelzflüssigen eutektischen Gemischs die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material unterbrochen wird, und dass bei einem Wiedererstarren des dann gebildeten eutektischen Gemisches die elektrisch leitende Verbindung wieder hergestellt wird. Dadurch lässt sich ein elektrisches Bauelement reversibel gegen Übertemperatur oder Überstrom absichern, so dass das Bauteil nach dem einmaligen Auslösen der Temperatursicherung wieder einsetzbar ist, wenn die Fehlersituation, also der Überstrom oder die Übertemperatur verschwunden ist.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Kontaktstelle von einem Gussmaterial umgeben, so wie es beispielsweise bei Chips, die mittels Bonding mit dem Leadframe kontaktiert sind, üblich ist. Dies ist zum Einen vorteilhaft, da in diesem Fall auch Materialien, die keine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, zum Bonden bzw. als ein Material eines Kontaktbereichs verwendet werden können, da die mechanische Stabilität der Anordnung und des Kontakts durch die umgebende Gießflüssigkeit (Moldmasse) sichergestellt wird. Dadurch können beispielsweise auch spröde Materialien verwendet werden, was die Auswahl möglicher Materialkombinationen weiter erhöht und es somit ermöglicht, die Sicherungsfunktion der Kontaktstelle noch genauer an den Stromverbraucher bzw. an das Fehlerszenario anzupassen.
  • Darüber hinaus kann die geeignete Wahl der Moldmasse dazu beitragen, das gewünschte Auslöseverhalten der Kontaktstelle weiter zu verbessern. So kann eine Moldmasse bzw. ein Gussmaterial, welches unter Hitzeeinwirkung Risse bildet, die Auslösung der Sicherung bzw. die Auslösegeschwindigkeit unterstützen, da ein schmelzflüssiges Eutektikum dann unter dem Einfluss der Kapillarwirkung in die gebildeten Risse abgesaugt wird, bzw. in die Risse abfließen kann. Dadurch wird das Trennen der Sicherung beschleunigt oder das irreversible Trennen ermöglicht. Bei einer reversiblen Auslegung der Sicherungsfunktion der Kontaktstelle wird eine Vergussmasse verwendet, welche keine Rissbildung zeigt, so dass das Materialgemisch beim erstmaligen Schmelzen nicht durch etwaig entstandene Hohlräume kapillarisch und irreversibel abgesaugt wird.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in ein herkömmliches, mit Moldmasse umpresstes Halbleitergehäuse eine Legierung aus z.B. 97,5 Pb2,5Ag integriert, welche einen Schmelzpunkt von 303°C aufweist. Diese Legierung kann in beliebiger Form als Draht, Plättchen oder Bändchen ausgeführt sein und wird primär als metallische Verbindung benutzt. Damit lassen sich sowohl Bondverbindungen zwischen Chip und Leadframe, aber auch Verbindungen zwischen zwei Chips oder zwischen zwei Leadframes-Anschlüssen realisieren. Die Legierung kann dabei eine punktuelle Verbindung, wie beim heute üblichen Bonddraht herstellen, sie kann aber auch eine beliebige großflächige Verbindung in Form eines Plättchens herstellen. Die jeweilige leitende Kontaktierung kann dabei mittels Leitkleber, oder sonstigen üblichen Kontaktierungsmethoden wie Löten, Schweißen oder Ultraschallbonden hergestellt werden.
  • Es zeigt sich, dass das reine Aufschmelzen der Legierung in der Moldmasse ausreicht, um den Stromfluss zu unterbrechen. Dabei entsteht an der Stelle, an der die aus der Legierung hergestellte Bondverbindung in die Pressmasse eingebettet war, zunächst ein schmelzflüssiger Kanal. Durch die zum Schmelzen der Legierung einwirkende Hitze bilden sich in der Pressmasse sowie an den Grenzschichten zwischen Leadframe, Chipflächen und Pressmassen mehr oder weniger große Risse in der Pressmasse sowie Zwischenräume an den Grenzschichten. Etwaige Volumenausdehnungen beim Schmelzvorgang bzw. Ausgasungen oder mechanische Verspannungen verursachen oder unterstützen diese Rissbildung zusätzlich. In diese Risse und Zwischenräume wird die schmelzflüssige Legierung teilweise oder nahezu vollständig kapillarisch abgesaugt. Dadurch bildet sich an der ursprünglichen Stelle des Verbindungsplättchens (der Kontaktstelle) ein Formlegierungsmaterial befreiter, leerer Kanal, so dass der Stromfluss zwischen Chip und Leadframe unterbrochen wird. Dabei ist unerheblich, ob die Temperaturerhöhung durch Wär mezufuhr von außen (Heizplatte) oder von innen (Erhitzung durch Stromfluss) erfolgt.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in ein mit Moldmasse umpresstes Halbleitergehäuse eine AL-Dickdrahtbondung auf Zink hergestellt. Eine einfache Möglichkeit dies zu realisieren, ist das Anbringen der Bondverbindung auf einer dünnen Zinkschicht, welche auf der Chipoberfläche oder auf der Leadframeoberfläche aufgebracht wird. Dabei kann eine Zinkschicht selbstverständlich auch auf anderen Komponenten aufgebracht sein, die mittels Bonddrähten verbunden werden. Eine weitere Möglichkeit ist, die Zinkschicht nachträglich als Zinkplättchen oder Zinkformteil auf den Leadframe bzw. auf den Chip aufzubringen, um das erfindungsgemäße Konzept zu realisieren. Selbstverständlich kann die Verbindung AL-Zn eine beliebige Form annehmen, beispielsweise ebenfalls als Plättchen mit einem geeigneten eutektischen Mischungsverhältnis. Dabei sind andere Materialkombinationen ebenfalls möglich. Beispiele für in Frage kommende Materialien sind in der folgenden Liste zusammen mit den Schmelzpunkten des aus ihnen bildbaren eutektischen Gemisches dargestellt.
  • Figure 00140001
  • Aus den verschiedenen Materialien lassen sich sowohl Bondverbindungen zwischen Chip und Leadframe, aber auch Verbin dungen zwischen zwei Chips oder zwischen zwei Leadframeanschlüssen realisieren.
  • Wird eine Bondverbindung, beispielsweise aus Aludraht in Verbindung mit einem Zinkkontakt in einem typischen Halbleitergehäuse hergestellt, reicht das Überschreiten der eutektischen Temperatur (im Fall von Al-Zn ca. 383°C) aus, um den Stromfluss nach einer gewissen Reaktionszeit zu unterbrechen. Dabei entsteht an der Stelle des Alu-Zink-Kontakts durch die Hitzeeinwirkung und das Aufschmelzen eine Lücke bzw. ein Hohlraum, wodurch der Stromfluss unterbrochen wird. Dabei löst sich zum Einen Zn im Al-Draht, wodurch ein Hohlraum ausbilden kann. Zusätzlich wird, wie bereits obenstehend beschrieben, die flüssige Schmelze in Risse in der Pressmasse oder in hohlraumbildenden Grenzschichten zwischen Pressmasse und Leadframe bzw. Chip kapillarisch abgesaugt. Dabei ist es unerheblich, ob die Temperaturerhöhung durch Wärmezufuhr von außen oder von innen erfolgt.
  • In folgender Liste sollen die vorteilhaften Eigenschaften und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung noch einmal kurz zusammengefasst werden:
    • – Schmelzfähiges Metall oder Legierung, z.B. 97,5Pb2,5Ag, als elektrisch leitfähige Verbindung in einem Halbleitergehäuse oder in einem passiven Bauelement (Kondensator, Stecker),
    • – Atomarer Kontakt zweier Materialien, die ein schmelzfähiges Eutektikum bilden können, z.B. Zink-Aluminium-Bondung, in einem Halbleitergehäuse oder in einem passiven Bauelement (Kondensator, Stecker),
    • – Zink kann als dünne oder dicke Schicht auf Chip, Leadframe oder sonstiger zu kontaktierender Oberfläche aufgebracht sein, auch beidseitige Aufbringung möglich
    • – Zink kann in Form eines Plättchens zwischen zu kontaktierender Oberfläche und Al-Gegenkontakt eingebracht werden Die Anordnung von Zink und Aluminium ist prinzipiell vertauschbar
    • – Beide erfinderischen Aufbauten dienen zur Herstellung einer elektrischen Verbindung als auch als thermisch auslösende Stromunterbrechung
    • – Vorteilhafte Schmelztemperaturen sind im Bereich zwischen 270 und 400°C
    • – Rissbildung an umgebenden Materialien (Pressmasse) durch Hitzeeinwirkung und/oder Volumenänderung und/oder Aufschmelzen der standardmäßigen Chip-Leadframe-Lotverbindung, mit anschließender kapillarischer Wirkung
    • – Sich durch Hitzeeinwirkung und/oder Volumenänderung und/oder Aufschmelzen der standardmäßigen Chip-Leadframe-Lotverbindung ausbildende Zwischenräume an Materialgrenzschichten, mit anschließender kapillarischer Wirkung
    • – Die Stromunterbrechung erfolgt durch Abwanderung der flüssigen leitfähigen Verbindungsmaterialien
    • – Die Stromunterbrechung kann Kanal- oder Pin-selektiv oder Baustein-selektiv sein
    • – Die Stromunterbrechung kann bezüglich der Temperatur reversibel oder vorzugsweise irreversibel gestaltet sein oder eine Kombination beider Möglichkeiten darstellen
    • – Die Stromunterbrechung kann im Bauteil mehrfach vorhanden sein, die Auslösung kann mehrstufig bei verschiedenen Temperaturschwellen erfolgen
    • – Die Stromunterbrechung kann auch ohne Chip ausgeführt sein, d.h. als eine rein passive Schmelzsicherung in einem Halbleitergehäuse, z.B. als Schutzelement für andere Bauteile oder es kann als eigenständiges Schutz-Bauelement gestaltet werden.
    • – Anwendung der Stromunterbrechung zwischen Chip-Leadframe, Chip-Chip, Leadframe-Leadframe (anstelle des Chips kann auch ein Passivbauteil (z.B. Chip-Kondensator) stehen)
    • – Die stromunterbrechende Wirkung kann eine beliebige Form annehmen: Draht, Bändchen oder Plättchen
    • – Die Wärmeeinwirkung kann vom Bauteilinneren als auch von außen erfolgen
    • – Die Kontaktierung der schmelzfähigen Legierung, z.B. 97,5Pb2,5Ag, mit Chip oder Leadframe erfolgt mittels herkömmlicher Methoden: Löten, Schweißen, Kleben, oder Bonden
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
  • 1A bis 1C das Bilden eines schmelzflüssigen Eutektikums zwischen Aluminiumbonddraht und Zinkplättchen;
  • 2 die Trennwirkung einer erfindungsgemäßen Kontaktstelle im Halbleiterbauelement;
  • 3 eine Stromunterbrechenden Hohlraum;
  • 4 eine Rissbildung im Halbleitergehäuse;
  • 5 eine Rissbildung an der Grenzfläche zwischen Bonddraht und Halbleiterkontakt;
  • 5B ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 6A und 6B Kontaktierungen zwischen Chip und Leadframe;
  • 7 abzusichernde Bauelemente in Highside- und Lowside-Konfiguration; und
  • 8 weitere sicherheitskritische Bauelemente.
  • Die 1A bis 1C zeigen das allmähliche Herausbilden des schmelzflüssigen Eutektikums an einer Grenzfläche zwischen einem Bonddraht und einer Kontaktfläche, wobei Bonddraht und Kontaktfläche erfindungsgemäß aus geeigneten Materialien gewählt sind.
  • Dargestellt ist ein Bonddraht 100 aus Aluminium, der auf ein Kontaktplättchen 102 aus Zink gebondet ist, wobei Aluminium und Zink bei einem Mischungsverhältnis von etwa 95 Zink und 5% Aluminium ein eutektisches Gemisch mit einem Schmelzpunkt von etwa 382°C bilden. Dargestellt ist in 1A die ursprüngliche Situation, in 1B die Situation nach Einwirken einer Temperatur von 385°C für eine Zeitraum von ca. 3 Minuten und in 1C die Situation nach dem Einwirken der Temperatur von 385°C nach 5 Minuten.
  • Wie es in 1B zu sehen ist, bildet sich bereits nach etwa 3 Minuten bei einer Temperatur, die nur geringfügig über der Schmelztemperatur des eutektischen Gemisches liegt, ein Schmelzbereich 104 aus, in dem sich ein schmelzflüssiges eutektisches Gemisch gebildet hat, wobei sich durch Volumenänderungen beim Schmelzvorgang bzw. durch Abfließen des schmelzflüssigen Materials Hohlräume gebildet haben, die den Stromfluss durch die Kontaktstelle behindern. Zusätzlich wird eine Volumenänderung dadurch hervorgerufen, dass sich Zink in dem Aluminiumdraht 100 löst.
  • Wie es in 1C zu sehen ist, ist nach 5 Minuten der Schmelzbereich 104 weiter ausgedehnt und es haben sich mehrere Hohlräume gebildet, so dass der elektrisch leitende Kontakt in der Situation in 1C bereits annähernd vollständig unterbrochen ist.
  • 2 zeigt eine Situation, wie sie nach dem Auslösen einer erfindungsgemäßen Kontaktstelle innerhalb eines Halbleitergehäuses auftritt. 2 zeigt dabei einen Kontakt eines Leadframes 110, einen Kontakt eines Chips 112, einen verzinkten Bereich 114 auf dem Kontakt des Leadframes und nicht geschmolzene Reste eines Bonddrahtes aus Aluminium 116. Wie bei Halbleiterchips üblich, ist die Bondung und der Chip mit einer Guss- bzw. Moldmasse 118 umgossen, um mechanischen Schutz des Chips zu gewährleisten.
  • Durch die Temperatureinwirkung hat sich in einem Rissbereich 120 eine Mehrzahl von Rissen in der Moldmasse 118 gebildet, in welche Teile des schmelzflüssigen Eutektikums aus Aluminium und Zink abgeflossen sind, so dass sich ein Hohlraum 122 an einer Stelle bildet, die ursprünglich von Zink und Bonddraht ausgefüllt war. Darüber hinaus ist in 2 eine auftretende Spaltbildung zwischen der Moldmasse 118 und dem verzinkten Bereich 114 gezeigt, wie sie häufig auftritt, wobei in den Spaltbereich 124 zusätzliches schmelzflüssiges Material abfließen kann, was zu einer weiteren Vergrößerung des Hohlraums 122 führt.
  • Bei geeigneter Wahl des ersten Materials, aus dem ein Bonddraht besteht und eines zweiten Materials, aus dem ein An schlussbereich gebildet ist, wird durch Aufschmelzen eines sich gebildet habenden Eutektikums im Berührungsbereich des Bonddrahts und des Kontaktbereichs durch die oben beschriebenen Mechanismen das Bilden eines Hohlraums 122 begünstigt, so dass erfindungsgemäß der Stromfluss zu einem Stromverbraucher, also einem Chip mit einem Anschluss 112, unterbrochen wird.
  • 3 zeigt in einer Vergrößerung die Bildung eines Hohlraums 126 an einer Kontaktstelle zwischen einem Bonddraht 128 aus einem geeignet gewählten ersten Material und einem Kontaktplättchen 130 aus einem geeignet gewählten zweiten Material. In der Konfiguration, die in 3 gezeigt ist, ist ein schmelzflüssiges Eutektikum in Risse oder Spaltbereiche zwischen dem Kontaktplättchen 130 und einer Moldmasse 132 abgeflossen, so dass die elektrisch leitende Verbindung durch den Hohlraum 126 unterbrochen ist.
  • 4 zeigt die Situation von 3 in einem größeren Maßstab, so dass zusätzlich die Bildung eines Risses 134 in der Moldmasse 132 erkennbar ist, welcher durch die Temperaturerhöhung induziert wurde. Die Bildung des Risses kann durch auftretende Volumenänderungen eines geschmolzenen Eutektikums bzw. durch mechanische oder thermische Verspannungen begünstigt werden, sowie durch Ausgasung bzw. durch Zersetzung der Moldmasse.
  • 5 zeigt ein weiteres Szenario, das zum Unterbrechen eines Stromflusses in einen erfindungsgemäßen Kontakt führen kann. Dargestellt ist ein Bonddraht 134 aus einem ersten geeigneten Material und ein Kontaktplättchen 136 aus einem zweiten geeigneten Material, wobei die erfindungsgemäße Kontaktstelle, die zwischen dem Bonddraht 134 und dem Kontaktplättchen 136 gebildet wird, in eine Moldmasse 138 gegossen ist.
  • An der Grenzfläche zwischen dem Bonddraht 134 und dem Kontaktplättchen 136 hat sich ein eutektisches geschmolzenes Gemisch gebildet, welches aus dem Grenzbereich abgeflossen ist, so dass sich ein den Stromfluss unterbrechender Spalt 140 gebildet hat.
  • Die 5B zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das dessen eine vorteilhafte geometrische Anordnung des ersten Anschlussbereichs und des zweiten Anschlussbereichs zeigt.
  • In 5B ist ein Stromverbraucher 150, ein erster Stromanschluss 152, ein zweiter Stromanschluss 154, ein erster Anschlussbereich 156 und ein zweiter Anschlussbereich 158 schematisch gezeigt. Der Stromverbraucher 150, der beispielsweise ein Widerstand oder jedes andere leistungsverbrauchende Bauelement sein kann, ist zum einen mit Masse, zum anderen mit dem zweiten Stromanschluss 154 verbunden. Die geometrische Anordnung ist dabei derart, dass der Strom durch den Stromverbraucher 150 sowohl durch den ersten Stromanschluss 152 als auch durch den zweiten Stromanschluss 154 fließt. Der erste Kontaktbereich 156 besteht aus einem ersten Material und der zweite Kontaktbereich 158 besteht aus einem zweiten Material, die zusammen ein eutektisches Gemisch bilden können. In einem Kontaktbereich 162 sind der erste Anschlussbereich 156 und der zweite Anschlussbereich 158 derart miteinander leitend verbunden, dass diese eine gemeinsame Kontaktfläche 160 bilden. Wie es in 5B zu sehen ist, ist die geometrische Anordnung der Anschlussbereiche dabei derart, dass ein Strom zur Stromversorgung des Stromverbrauchs 150 durch die Kontaktfläche fließen muss. Dies hat den großen Vorteil, dass zum Trennen der Stromzufuhr ein geschmolzenes eutektisches Gemisch lediglich im Bereich der Kontaktfläche 160 gebildet werden muss. Dies erfordert eine nur geringe Energiezufuhr und damit einhergehend eine schnelle Auslösung der Sicherungsfunktion, da nur im unmittelbaren Bereich um die Kontaktfläche 160 innerhalb des Kontaktbereichs 162 das Material aufgeschmolzen werden muss, um eine vollständige Trennung der Stromzuführung zu erzielen.
  • Die 6A und 6B zeigen den Anschluss eines Chips an einen Leadframe, wobei das erfindungsgemäße Konzept zur Absicherung realisiert ist. 6A zeigt den Kontaktbereich 200 eines Chips und einen ersten Kontaktbereich 202A und einen zweiten Kontaktbereich 202B eines Leadframes, wobei in einem Chipgehäuses der Kontaktbereich 200 mit dem Kontaktbereich des Leadframes 202A elektrisch verbunden werden soll. Erfindungsgemäß ist die elektrische Verbindung mittels eines Bonddrahtes 204 aus Aluminium hergestellt, so dass sich auf dem Kontaktbereich 202A des Leadframes eine erfindungsgemäße Kontaktstelle zwischen einem ersten Material (Aluminium) und einem zweiten Material (Zink) befindet. Im Kontaktbereich 206 kann sich dabei ein eutektisches Gemisch aus Aluminium und Zink bilden.
  • Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel, das in 6A gezeigt ist, hat den großen Vorteil, dass das Bonden mittels Aluminiumdrähten weit verbreitet ist, so dass ein gehäuster Chip mit einer temperaturunterbrechenden Stromzuführung mit nur geringem Produktions-Mehraufwand dadurch hergestellt werden kann, dass die Kontaktbereiche des Leadframes verzinkt werden. Dadurch ist das erfindungsgemäße Konzept einfach und effizient in standardisierte Produktionsverfahren integrierbar.
  • Die 6B zeigt die Situation von 6A, wobei in dem in 6B gezeigten Fall die Kontaktbereiche 202A und 202B nicht verzinkt sind. Statt dessen befindet sich auf dem Anschlussbereich des Chips ein aufgebrachtes Zinkplättchen 210, so dass der erfindungsgemäße Kontaktbereich 206 durch den Aluminiumbonddraht 204 und durch das Zinkplättchen 210 gebildet wird. Ebenso wie im 6A gezeigten Ausführungsbeispiel ist dabei das nachträgliche Umrüsten einer Produktionsstraße ohne großen Aufwand möglich, da auf abzusichernden Chip als Stromverbraucher lediglich ein Zinkplättchen auf die Kontaktstellen aufgebracht werden muss.
  • Obwohl die vorhergehenden beschriebenen Ausführungen sich im Wesentlichen auf die Anwendung des erfindungsgemäßen Konzeptes innerhalb eines Halbleiterbausteins beziehen, lässt sich das erfindungsgemäße Konzept selbstverständlich ebenso auf andere Bereiche, beispielsweise auf passive Bauelemente, übertragen. Bei Kondensatoren und Steckverbindern lassen sich die Anschlüsse oder intern leitende Verbindungen mit einer schmelzenden Legierung oder mit einer Verbindung aus einem ersten und einem zweiten Material herstellen, welches ein Eutektikum bilden kann. Somit lässt sich auch bei passiven Bauelementen eine Stromunterbrechung nach starker Hitzeeinwirkung realisieren. Bei einem Kondensator kann beispielsweise das Anschlussbeinchen, mit welchem der Kondensator auf eine gedruckte Schaltung gelötet wird, aus dem ersten Material bestehen, während der Kontakt, der das Anschlussbeinchen mit der eigentlichen Kapazität innerhalb des Gehäuses verbindet, aus dem zweiten Material bestehen kann, so dass das erfindungsgemäße Konzept mittels einer Kontaktstelle realisieren lässt, welche sich innerhalb des Gehäuses des Kondensators befindet.
  • Obwohl in den Ausführungsbeispielen der Kontakt zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material überwiegend durch Bonden hergestellt wird, ist jedwede andere Art, einem atomaren Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Material herzustellen, ebenso geeignet, um das erfindungsgemäße Konzept umzusetzen. In diesem Zusammenhang kann darüber hinaus der Einfluss der Moldmasse positiv sein, der eine eventuell mechanisch instabile Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Material zusätzlich stabilisiert, so dass das erfindungsgemäße Konzept auch mit Materialkombinationen realisiert werden kann, die aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften sonst dazu nicht geeignet wären.

Claims (15)

  1. Elektrisches Bauelement mit einer temperaturunterbrechenden Stromversorgung, mit folgenden Merkmalen: einem Stromverbraucher (122; 200; 150)), der eine Strom-zu- oder Stromabführung (100; 116; 128; 134; 204) hat; einer Kontaktstelle (206), in der Strom-zu- oder Stromabführung (100; 116; 128; 134; 204) mit folgenden Merkmalen: einem ersten Anschlussbereich (100; 116; 128; 134; 156; 204) aus einem ersten leitfähigen Material; und einem zweiten Anschlussbereich (102; 114; 130; 136; 158; 202A, 200) aus einem zweiten leitfähigen Material, das sich von dem ersten Material unterscheidet, wobei das erste Material und das zweite Material an einem Kontaktbereich (162) miteinander leitfähig verbunden sind, wobei das erste Material und das zweite Material so ausgewählt sind, dass sie ein eutektisches Gemisch bilden können, welches eine Schmelztemperatur hat, die unter einer Schmelztemperatur des ersten und des zweiten Materials liegt, und die von einem abzusichernden Betriebszustand des Stromverbrauchers (122; 200) abhängt; und wobei die Kontaktstelle (206) so ausgebildet ist, dass ein Stromfluss durch eine Kontaktfläche (160) zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material erfolgt, sodass die leitfähige Verbindung zwischen dem ersten (156) und dem zweiten Anschlussbereich (158) durch Auftreten und Fließen eines geschmolzenen eutektischen Gemisches unterbrochen wird.
  2. Elektrisches Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem die Kontaktfläche (160) so ausgebildet ist, dass beim Trennen des ersten Materials und des zweiten Materials entlang der Kontaktfläche (160) der Stromfluss zwischen dem ersten Anschlussbereich (156) und dem zweiten Anschlussbereich (158) unterbrochen wird.
  3. Elektrisches Bauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste und das zweite Material so ausgewählt sind, dass die Schmelztemperatur des eutektischen Gemisches größer als die durch eine Verlustleistung im Kontaktbereich hervorgerufene Temperatur ist, wenn sich der Stromverbraucher (122; 200) in einem normalen Betriebszustand befindet; und dass die Schmelztemperatur des eutektischen Gemisches kleiner als die durch eine Verlustleistung im Kontaktbereich hervorgerufene Temperatur ist, wenn sich der Stromverbraucher (122; 200) in einem abzusichernden Betriebszustand befindet.
  4. Elektrisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Stromverbraucher (122; 200) und der Kontaktbereich thermisch miteinander gekoppelt sind, und bei dem das erste und das zweite Material so ausgewählt sind, dass die Schmelztemperatur des eutektischen Gemisches größer ist als eine vom Stromverbraucher (122; 200) hervorgerufene Temperatur im Kontaktbereich, wenn sich der Stromverbraucher (122; 200) in einem normalen Betriebszustand befindet; und dass die Schmelztemperatur des eutektischen Gemisches geringer ist als eine vom Stromverbraucher (122; 200) hervorgerufene Temperatur im Kontaktbereich, wenn sich der Stromverbraucher (122; 200) in einem abzusichernden Betriebszustand befindet.
  5. Elektrisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schmelztemperatur des eutektischen Gemisches zwischen 200°C und 500°C liegt.
  6. Elektrisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Stromverbraucher (122; 200) ein Chip ist, wobei die Kontaktstelle (206) durch einen Bonddraht aus dem ersten leitfähigen Material und durch einen Anschlussbereich auf dem Chip oder auf einem Leadframe gebildet wird, wobei der Anschlussbereich zumindest teilweise aus dem zweiten Material besteht.
  7. Elektrisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Stromverbraucher (122; 200) und die Kontaktstelle (206) mit einer Vergussmasse (118; 132; 138) ummantelt sind.
  8. Elektrisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kontaktstelle (206) so ausgebildet ist, dass bei einem Erstarren des geschmolzenen eutektischen Gemisches die leitfähige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussbereich wieder hergestellt wird.
  9. Elektrisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Material Aluminium und das zweite Material Zink ist.
  10. Elektrisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich an der Kontaktstelle eines der folgenden eutektischen Gemische bilden kann: 82,6 Cs, 17,4 Zn 80 Au, 20 Sn 97,5 Pb, 2,5 Ag 96 Pb, 2,5 Rg, 1,5 Sn 88 Au, 12 Ge 96, 4 Au, 3,6 Si 95 Zn, 5 Al
  11. Elektrisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Stromanschluss (152) und einen zweiten Stromanschluss (154), wobei der erste Stromanschluss (152) und der zweite Stromanschluss (154) so angeordnet ist, dass ein Strom durch einen Stromverbraucher (150) durch den ersten Stromanschluss (152) und den zweiten Stromanschluss (154) fließt, wobei ein erster Bereich (156) zwischen dem ersten Stromanschluss (152) und der Kontaktstelle aus dem ersten Material besteht und ein zweiter Bereich (158) zwischen dem zweiten Stromanschluss (154) und dem Kontaktbereich aus dem zweiten Material besteht.
  12. Elektrisches Bauelement zum temperaturabhängigen Unterbrechen einer Stromzuführung, mit folgenden Merkmalen: einer Kontaktstelle (206), in der Strom-zu- oder Stromabführung (100; 116: 128; 134; 204) mit folgenden Merkmalen: einem ersten Anschlussbereich (100; 116; 128; 134; 156; 204) aus einem ersten leitfähigen Material; und einem zweiten Anschlussbereich (102; 114; 130; 136; 158; 202A, 200) aus einem zweiten leitfähigen Material, das sich von dem ersten Material unterscheidet, wobei das erste Material und das zweite Material an einem Kontaktbereich (162) miteinander leitfähig verbunden sind, wobei das erste Material und das zweite Material so ausgewählt sind, dass sie ein eutektisches Gemisch bilden können, welches eine Schmelztemperatur hat, die unter einer Schmelztemperatur des ersten und des zweiten Materials liegt, und die von einem abzusichernden Betriebszustand des Stromverbrauchers (122; 150; 200) abhängt; und wobei die Kontaktstelle (206) so ausgebildet ist, dass ein Stromfluss durch eine Kontaktfläche (160) zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material erfolgt, sodass die leitfähige Verbindung zwischen dem ersten (156) und dem zweiten Anschlussbereich (158) durch Auftreten und Fließen eines geschmolzenen eutektischen Gemisches unterbrochen wird.
  13. Elektrisches Bauelement gemäß Anspruch 12, bei dem die Kontaktfläche (160) so ausgebildet ist, dass beim Trennen des ersten Materials und des zweiten Materials entlang der Kontaktfläche (160) ein Strom zwischen dem ersten Anschlussbereich (156) und dem zweiten Anschlussbereich (158) unterbrochen wird.
  14. Elektrisches Bauelement gemäß Anspruch 12 oder 13, mit folgenden zusätzlichen Merkmalen: einen ersten Stromanschluss (152) und einem zweiten Stromanschluss (154) in der Stromzuführung, wobei der erste Stromanschluss (152) und der zweite Stroman schluss (154) so angeordnet sind, dass ein Strom durch den ersten Stromanschluss und den zweiten Stromanschluss fließt, wobei ein erster Bereich (156) zwischen dem ersten Stromanschluss (152) und der Kontaktstelle aus dem ersten Material besteht und ein zweiter Bereich (158) zwischen dem zweiten Stromanschluss (154) und dem Kontaktbereich aus dem zweiten Material besteht.
  15. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauelements mit einer temperaturunterbrechenden Stromzuführung, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines ersten leitfähigen Materials; Bereitstellen eines zweiten leitfähigen Materials, das sich von dem ersten Material unterscheidet, wobei das erste Material und das zweite Material so ausgewählt sind, dass sie ein eutektisches Gemisch bilden können, welches eine Schmelztemperatur hat, die unter einer Schmelztemperatur des ersten und des zweiten Materials liegt, und die von einem abzusichernden Betriebszustands eines Stromverbrauchers abhängt; Herstellen einer Kontaktstelle (206) in einer Stromzu- oder Stromabführung eines Stromverbrauchers des Bauelements, wobei die Kontaktstelle (206) so ausgebildet ist, dass ein Stromfluss durch eine Kontaktfläche zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material erfolgt, sodass eine leitfähige Verbindung zwischen einem ersten Anschlussbereich aus dem ersten leitfähigen Material und einem zweiten Anschlussbereich aus dem zweiten leitfähigen Material bei Auftreten und Fließen eines geschmolzenen eutektischen Gemisches unterbrochen wird.
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