DE102012222459A1 - Circuit device for producing renewable energy, has metal reservoir that is adapted in circuit device portion, if any overflow of circuit elements occurs to cool in order to delay formation of arc - Google Patents

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Karl Weidner
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Abstract

The circuit device (1) has circuit elements (3-1-3-3) that are arranged on a substrate (2). A metal reservoir (4-1) is provided with an electrically conductive metal. mindestens einem Metallreservoir ( 4-1 - 4-n ), welches mindestens ein elektrisch leitf?higes Metall (Ma-Md) aufweist; An insulating layer (6) is electrically insulated with the metal reservoir of the circuit elements. The metal reservoir is adapted in the circuit device portion, if any overflow of the circuit elements occurs to cool in order to delay the formation of an arc. Independent claims are included for the following: (1) a method for manufacturing circuit device; and (2) a method for protecting circuit device.

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, ein entsprechendes Herstellverfahren für eine Schaltungsanordnung und ein entsprechendes Verfahren zum Schutz einer Schaltungsanordnung. The present invention relates to a circuit arrangement, a corresponding manufacturing method for a circuit arrangement and a corresponding method for protecting a circuit arrangement.

Technischer Hintergrund Technical background

Elektrische Schaltungen werden heute in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Dabei spielen elektrische Schaltungen z.B. insbesondere bei der Erzeugung erneuerbaren Energien eine große Rolle. Electrical circuits are used today in a variety of applications. In this case, electrical circuits play e.g. especially in the production of renewable energies a major role.

Bei der Erzeugung erneuerbarer Energien werden z.B. Leistungsschaltelemente genutzt, um elektrische Hochspannungen zu erzeugen oder um Spannungen gleich- oder wechselzurichten. Solche elektrischen Schaltungen werden natürlich auch in der herkömmlichen Energieerzeugung und in anderen Einsatzgebieten eingesetzt. In the production of renewable energies, e.g. Power switching elements are used to generate high voltage electrical voltages or to equalize or change voltages. Such electrical circuits are of course also used in conventional power generation and in other applications.

In elektrischen Schaltungen, insbesondere in Hochspannungs- bzw. Hochleistungsschaltungen, können sich Lichtbögen bilden, wenn z.B. eine spannungsführende Leitung unterbrochen wird oder wenn ein Kontakt geöffnet oder geschlossen wird. In electrical circuits, especially in high voltage circuits, arcs may form when e.g. a live line is interrupted or when a contact is opened or closed.

Spannungsführende Leitungen in elektrischen Schaltungen können z.B. unterbrochen werden, wenn die spannungsführende Leitung auf Grund von Überströmen überlastet wird und z.B. schmilzt. Live leads in electrical circuits can e.g. interrupted when the live line is overloaded due to overcurrents and e.g. melts.

In elektrischen Schaltungen, welche z.B. Leistungshalbleiter aufweisen, werden die Leistungshalbleiter mittels Bond-Drähten kontaktiert. Die Bond-Drähte weisen üblicherweise einen kleinen Querschnitt auf. Daher werden in Abhängigkeit von der zu transportierenden elektrischen Leistung eine Vielzahl von Bond-Drähten für eine elektrische Kontaktierung eines Leistungshalbleiters genutzt. In electrical circuits, e.g. Have power semiconductor, the power semiconductors are contacted by means of bonding wires. The bond wires usually have a small cross-section. Therefore, depending on the electric power to be transported, a plurality of bonding wires are used for electrical contacting of a power semiconductor.

Da die Bond-Drähte jedoch einen geringen Querschnitt aufweisen, können die Bond-Drähte bei Überlastung, insbesondere durch hohe Ströme, schnell aufgeschmolzen und damit auch unterbrochen werden. However, since the bond wires have a small cross-section, the bond wires can be melted quickly and thus interrupted in case of overload, in particular by high currents.

Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit bereitzustellen, Schaltungsanordnungen vor einer Beschädigung durch einen Lichtbogen zu schützen. It is therefore an object of the present invention to provide a way to protect circuitry from damage by an electric arc.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. This object is achieved by the features of the independent claims.

Demgemäß ist vorgesehen:

  • – Eine Schaltungsanordnung mit einem Substrat, auf welchem Schaltungselemente angeordnet sind, mit mindestens einem Metallreservoir, welches mindestens ein elektrisch leitfähiges Metall aufweist, und mit einer Isolierschicht, die das mindestens eine Metallreservoir von den Schaltungselementen elektrisch isoliert, wobei das Metallreservoir dazu ausgebildet ist, in der Schaltungsanordnung bei auftretenden Überströmen mindestens eines der Schaltungselemente zu kühlen, um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern.
  • – Ein Herstellungsverfahren für eine Schaltungsanordnung, mit den Schritten: Anordnen von Schaltungselementen auf einem Substrat, Anordnen einer Isolierschicht derart, dass die Isolierschicht dazu ausgebildet ist, mindestens ein Metallreservoir von den Schaltungselementen elektrisch zu isolieren, und Anordnen eines Metallreservoirs derart, dass das Metallreservoir in der Schaltungsanordnung bei auftretenden Überströmen mindestens eines der Schaltungselemente kühlt, um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern.
  • – Ein Verfahren zum Schutz einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, mit den Schritten: Kühlen mindestens eines der Schaltungselemente und/oder Ableiten von Fehlerströmen in der Schaltungsanordnung mittels eines Metallreservoirs, um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern, Ausbilden einer Hohlverbindung zwischen den Schaltungselementen und mindestens einem der Metallreservoirs in der ersten Isolierschicht bei Erreichen einer ersten Grenztemperatur, und Verflüssigen mindestens eines der Metalle mindestens eines der Metallreservoirs bei Erreichen einer zweiten Grenztemperatur, wobei das verflüssigte Metall durch die Hohlverbindungen fließt und eine elektrische Verbindung mit mindestens einem Schaltungselement herstellt, um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern.
Accordingly, it is provided:
  • A circuit arrangement with a substrate, on which circuit elements are arranged, with at least one metal reservoir, which has at least one electrically conductive metal, and with an insulating layer, which electrically isolates the at least one metal reservoir from the circuit elements, wherein the metal reservoir is designed to be in the circuit arrangement to cool at occurring overcurrents of at least one of the circuit elements to delay the formation of an arc.
  • A manufacturing method of a circuit arrangement, comprising the steps of: arranging circuit elements on a substrate, arranging an insulating layer such that the insulating layer is designed to electrically isolate at least one metal reservoir from the circuit elements, and arranging a metal reservoir such that the metal reservoir in the circuit arrangement cools when occurring overcurrents of at least one of the circuit elements to delay the formation of an arc.
  • A method for protecting a circuit arrangement according to the invention, comprising the steps of: cooling at least one of the circuit elements and / or deriving fault currents in the circuit arrangement by means of a metal reservoir in order to delay the generation of an arc, forming a hollow connection between the circuit elements and at least one of the metal reservoirs in the first insulating layer upon reaching a first limit temperature, and liquefying at least one of the metals of at least one of the metal reservoirs upon reaching a second limit temperature, wherein the liquefied metal flows through the interconnections and makes electrical connection with at least one circuit element to cause the formation of an arc delay.

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass eine Schaltungsanordnung geschützt werden kann, indem man diese Abschaltet, bevor ein Lichtbogen entsteht. The discovery underlying the present invention is that circuitry can be protected by turning it off before generating an arc.

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Möglichkeit vorzusehen, die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern, um z.B. einen elektrischen Verbraucher, welcher einen Überstrom verursacht, abschalten zu können, bevor sich ein Lichtbogen bildet. The idea underlying the present invention is now to take this knowledge into account and to provide a possibility to delay the formation of an arc, e.g. To be able to turn off an electrical load, which causes an overcurrent, before an arc forms.

Dazu sieht die vorliegende Erfindung eine Schaltungsanordnung vor, bei welcher auf einem Substrat Schaltungselemente angeordnet sind, die zumindest teilweise von einer Isolierschicht überdeckt sind. Ferner sieht die vorliegende Erfindung mindestens ein Metallreservoir vor, welches in der Nähe der Schaltungselemente angeordnet ist und welches durch die Isolierschicht elektrisch von den Schaltungselementen isoliert wird. For this purpose, the present invention provides a circuit arrangement in which circuit elements are arranged on a substrate, which are at least partially covered by an insulating layer. Furthermore, the present invention provides at least one metal reservoir which is disposed in the vicinity of the circuit elements and which is electrically isolated from the circuit elements by the insulating layer.

Insbesondere die gute Wärmeleitfähigkeit von Metallen und die Anordnung des Metallreservoirs in der Nähe der Schaltungselemente ermöglicht eine Kühlung der Schaltungselemente für den Fall, dass ein Überstrom die Schaltungselemente übermäßig erhitzt. Gleichzeitig ermöglicht die Isolierschicht die elektrische Isolation des Metallreservoirs und damit einen ungestörten Betrieb der Schaltungselemente. In particular, the good thermal conductivity of metals and the location of the metal reservoir in the vicinity of the circuit elements allows cooling of the circuit elements in the event that overcurrent overheats the circuit elements. At the same time, the insulating layer allows the electrical insulation of the metal reservoir and thus an undisturbed operation of the circuit elements.

Sollten Schaltungselemente in der Schaltungsanordnung eine erhöhte Temperatur, z.B. auf Grund von Überströmen in der Schaltungsanordnung, aufweisen, wird diese erhöhte Temperatur durch die Isolierschicht auf das Metallreservoir thermisch übertragen bzw. abgeleitet und so das Schmelzen z.B. einer Leiterbahn oder eines Bonddrahtes innerhalb der Schaltungsanordnung verzögert. Should circuit elements in the circuit have an elevated temperature, e.g. due to overcurrents in the circuit arrangement, this elevated temperature is thermally transferred through the insulating layer to the metal reservoir and so melting, e.g. delayed a trace or a bonding wire within the circuit.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es durch Verzögern der Entstehung des Lichtbogens einer z.B. zu der Schaltungsanordnung extern angeordneten Überwachungselektronik die Stromzufuhr zu der Schaltungsanordnung noch rechtzeitig zu unterbrechen und so eine Zerstörung der gesamten Schaltungsanordnung zu verhindern. The present invention makes it possible by delaying the formation of the arc of e.g. to the circuit arrangement externally arranged monitoring electronics to interrupt the power supply to the circuit in time to prevent the destruction of the entire circuit.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren. Advantageous embodiments and developments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the description with reference to the figures.

In einer Ausführungsform ist mindestens eines der Metallreservoirs dazu ausgebildet, Fehlerströme in der Schaltungsanordnung abzuleiten, um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern. Hierdurch kann eine Zerstörung von Schaltungselementen durch einen Lichtbogen verhindert werden. In one embodiment, at least one of the metal reservoirs is configured to dissipate fault currents in the circuit arrangement in order to delay the generation of an arc. This can prevent destruction of circuit elements by an arc.

In einer Ausführungsform ist mindestens eines der Metallreservoirs flächig ausgebildet und als Metallschicht über der Isolierschicht angeordnet. Dies vergrößert die Fläche des Metallreservoirs und verbessert somit die Fähigkeit des Metallreservoirs Wärme abzuleiten. Ferner kann dadurch ein Metallreservoir über der gesamten Schaltungsanordnung in einem einzelnen Arbeitsschritt angeordnet werden. In one embodiment, at least one of the metal reservoirs is formed flat and arranged as a metal layer over the insulating layer. This increases the area of the metal reservoir and thus improves the ability of the metal reservoir to dissipate heat. Furthermore, a metal reservoir can thereby be arranged over the entire circuit arrangement in a single working step.

In einer Ausführungsform ist mindestens eines der Metallreservoirs gegenüber mindestens einem der Schaltungselemente örtlich begrenzt ausgebildet. Dies ermöglicht es, die Metallreservoirs von ihrer geometrischen Dimensionierung her an die Größe und Form der einzelnen Schaltungselemente der Schaltungsanordnung anzupassen. In one embodiment, at least one of the metal reservoirs is formed localized with respect to at least one of the circuit elements. This makes it possible to adapt the metal reservoirs from their geometrical dimensioning to the size and shape of the individual circuit elements of the circuit arrangement.

In einer Ausführungsform ist mindestens eines der Metallreservoirs als mit Metall gefüllt Vertiefung in dem Substrat ausgebildet. Dadurch kann eine größere Menge Metall in einem räumlich begrenzten Raum angeordnet werden. In one embodiment, at least one of the metal reservoirs is formed as a metal-filled depression in the substrate. As a result, a larger amount of metal can be arranged in a spatially limited space.

In einer Ausführungsform ist mindestens eines der Metallreservoirs als im Wesentlichen tropfenförmiges Metallreservoir, welches auf dem Substrat angeordnet ist, ausgebildet. Dadurch kann ebenfalls eine größere Menge Metall in einem räumlich begrenzten Raum angeordnet werden. In one embodiment, at least one of the metal reservoirs is formed as a substantially drop-shaped metal reservoir, which is arranged on the substrate. As a result, a larger amount of metal can also be arranged in a spatially limited space.

In einer Ausführungsform weist mindestens eines der Metallreservoirs mindestens zwei nicht miteinander legierte Metalle mit unterschiedlichen Schmelzpunkten auf. Hierdurch wird gewährleistet, dass eines der Metalle bei einer relativ niedrigen Temperatur schmilzt und so die jeweiligen Schaltungselemente besser umschließt bzw. beim Schmelzen eine erhöhte Wärmemenge aufnimmt. In one embodiment, at least one of the metal reservoirs has at least two non-alloyed metals with different melting points. This ensures that one of the metals melts at a relatively low temperature and thus better encloses the respective circuit elements or absorbs an increased amount of heat during melting.

In einer Ausführungsform sind in mindestens einem der Metallreservoirs die Metalle entsprechend ihrem jeweiligen Schmelzpunkt in Schichten angeordnet, wobei die Schicht mit dem niedrigsten Schmelzpunkt an der Isolierschicht vorgesehen ist. Dies ermöglicht es, durch die gezielte Anpassung der einzelnen Metallschichten über einen großen Temperaturbereich eine geeignete Kühlung zu erreichen. In one embodiment, in at least one of the metal reservoirs, the metals are arranged in layers according to their respective melting point, with the layer having the lowest melting point being provided on the insulating layer. This makes it possible to achieve a suitable cooling through the targeted adaptation of the individual metal layers over a wide temperature range.

In einer Ausführungsform ist mindestens eines der Metalle der Metallreservoirs als ein niedrigschmelzendes Metall ausgebildet. Unter niedrigschmelzenden Metallen werden dabei Metalle verstanden, die einen Schmelzpunkt zwischen 0°C und 250°C, insbesondere zwischen 80°C und 200°C, und insbesondere zwischen 100°C und 150°C haben. In one embodiment, at least one of the metals of the metal reservoirs is formed as a low-melting metal. By low-melting metals are meant metals having a melting point between 0 ° C and 250 ° C, in particular between 80 ° C and 200 ° C, and in particular between 100 ° C and 150 ° C.

In einer Ausführungsform ist mindestens eines der Metalle der Metallreservoirs als ein hochschmelzendes Metall ausgebildet. Unter hochschmelzenden Metallen werden dabei Metalle verstanden, die einen Schmelzpunkt von über 250°C aufweisen. In one embodiment, at least one of the metals of the metal reservoirs is formed as a refractory metal. By refractory metals are meant metals that have a melting point of about 250 ° C.

In einer Ausführungsform ist die Isolierschicht derart ausgebildet, dass die Isolierschicht bei Erreichen einer ersten Grenztemperatur eine Hohlverbindung zwischen den Schaltungselementen und mindestens einem der Metallreservoirs ausbildet. Dies ermöglicht eine direkte elektrische Verbindung zwischen den Schaltungselementen und dem Metall des Metallreservoirs. Dadurch können z.B. Ströme, insbesondere Fehlerströme, durch das Metallreservoir elektrisch abgeleitet werden. In one embodiment, the insulating layer is formed such that upon reaching a first limit temperature, the insulating layer forms a hollow connection between the circuit elements and at least one of the metal reservoirs. This allows a direct electrical connection between the circuit elements and the metal of the metal reservoir. As a result, for example, currents, in particular fault currents are electrically dissipated by the metal reservoir.

In einer Ausführungsform ist mindestens eines der Metalle mindestens eines der Metallreservoirs derart ausgebildet, dass sich das Metall bei Erreichen einer zweiten Grenztemperatur verflüssigt und durch die Hohlverbindungen fließt und eine elektrische Verbindung mit mindestens einem Schaltungselement herstellt, um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern. Dies ermöglicht es, die elektrische Verbindung des Schaltungselementes, z.B. einer Leiterbahn oder eines Bond-Drahtes, aufrechtzuerhalten, selbst wenn diese auf Grund thermischer Einflüsse bereits aufgeschmolzen ist. In one embodiment, at least one of the metals of at least one of the metal reservoirs is formed such that the metal liquefies upon reaching a second limit temperature and flows through the interconnections and makes electrical connection with at least one circuit element to retard the creation of an arc. This enables the electrical connection of the circuit element, e.g. a conductor or a bonding wire, even if it has already been melted due to thermal influences.

In einer Ausführungsform ist das Metallreservoir durch eine zweite Isolierschicht gekapselt, so dass das verflüssigte Metall lediglich durch die Hohlverbindungen der zwischen den Schaltungselementen und dem Metallreservoir liegenden Isolierschicht fließen kann. Dadurch wird sichergestellt, dass das verflüssigte Metall durch die Hohlverbindungen fließt und die Entstehung eines Lichtbogens verzögert. In one embodiment, the metal reservoir is encapsulated by a second insulating layer so that the liquefied metal can flow only through the interconnections of the insulating layer between the circuit elements and the metal reservoir. This ensures that the liquefied metal flows through the hollow joints and delays the formation of an arc.

In einer Ausführungsform ist mindestens eines der Metallreservoirs elektrisch leitend mit einem elektrischen Leiter der Schaltungsanordnung gekoppelt. Dies ermöglicht es, Fehlerströme eines der Schaltungselemente gezielt an den jeweiligen elektrischen Leiter abzuleiten. Dadurch kann z.B. ein defektes Schaltungselement überbrückt werden. In one embodiment, at least one of the metal reservoirs is electrically conductively coupled to an electrical conductor of the circuit arrangement. This makes it possible to derive fault currents of one of the circuit elements specifically to the respective electrical conductor. Thereby, e.g. a defective circuit element to be bridged.

In einer Ausführungsform sind auf jeder der zwei Seiten des Substrats Schaltungselemente und eine entsprechende Isolierschicht und mindestens ein entsprechendes Metallreservoir angeordnet. Dies ermöglicht eine optimale Ausnutzung der Fläche des Substrats. In one embodiment, circuit elements and a corresponding insulating layer and at least one corresponding metal reservoir are arranged on each of the two sides of the substrate. This allows optimal utilization of the surface of the substrate.

In einer Ausführungsform wird diejenige Seite der Isolierschicht und/oder der Metallreservoirs, welche den Schaltungselementen abgewandt ist, durch ein Kühlmittel gekühlt. In one embodiment, that side of the insulating layer and / or the metal reservoir which faces away from the circuit elements is cooled by a coolant.

In einer Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung eine planare Schaltungsanordnung, die z.B. mit Hilfe der Siemens SiPLIT-Technik hergestellt wurde. In one embodiment, the circuitry is planar circuitry, e.g. using the Siemens SiPLIT technology.

In einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in der Schaltungsanordnung mindestens eine Leiterbahn vorgesehen, die eine Verjüngung aufweist, wobei die Verjüngung derart dimensioniert ist, dass die Leiterbahn an der Verjüngung bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzstroms aufschmilzt. In a further embodiment of a circuit arrangement according to the invention at least one conductor track is provided in the circuit arrangement, which has a taper, wherein the taper is dimensioned such that the conductor melts at the taper when a predetermined limit current is exceeded.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Schaltungsanordnungen mit einem integrierten Lichtbogenschutz bereitzustellen. Ferner kann ein gesichertes Abschalten von Schaltungsanordnungen auch im Fehlerfall, d.h. bei Überströmen, erfolgen. The present invention makes it possible to provide circuit arrangements with integrated arc protection. Furthermore, a secured shutdown of circuit arrangements in the event of an error, i. at overcurrents, done.

Die vorliegende Erfindung bietet ferner eine effektive (passive und/oder aktive) Kühlung der Schaltungselemente der Schaltungsanordnung. Dies ermöglicht es, eine sehr große Leistungsdichte mit einer hohen thermischen und mechanischen Zuverlässigkeit bereitzustellen. Eine Reduzierung des Bauraums der Schaltungsanordnung wird ebenfalls ermöglicht. The present invention further provides effective (passive and / or active) cooling of the circuit elements of the circuitry. This makes it possible to provide a very large power density with a high thermal and mechanical reliability. A reduction of the installation space of the circuit arrangement is also made possible.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

Inhaltsangabe der Zeichnungen Contents of the drawings

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei: The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. It shows:

1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; 1 a sectional view of an embodiment of a circuit arrangement according to the invention;

2 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; 2 a flow diagram of an embodiment of a manufacturing method according to the invention;

3 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schutz einer Schaltungsanordnung; 3 a flow diagram of an embodiment of a method according to the invention for protecting a circuit arrangement;

4 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1. 4 a sectional view of another embodiment of a circuit arrangement according to the invention 1 ,

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden. In all figures, identical or functionally identical elements and devices have been provided with the same reference numerals, unless stated otherwise.

Im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung ist unter einer Schaltungsanordnung eine elektrische Schaltung zu verstehen, die diskret oder integriert aufgebaut sein kann. Die Schaltungsanordnung kann auch eine Kombination von diskreten Bauelementen und integrierten Schaltkreisen aufweisen. In the context of the present patent application, a circuit arrangement is to be understood as meaning an electrical circuit which may be designed to be discrete or integrated. The circuitry may also include a combination of discrete components and integrated circuits.

Unter einem Substrat ist ein Trägersubstrat zu verstehen, auf welchem die Schaltungselemente der Schaltungsanordnung aufgebracht und elektrisch verbunden bzw. kontaktiert werden. Das Substrat kann z.B. ein Keramik-Substrat sein. Das Substrat kann aber auch jedes andere Material sein, dass zum Aufbau elektrischer Schaltungen geeignet ist. Dies kann z.B. ein FR-4 Platinen-Substrat sein. A substrate is to be understood as a carrier substrate on which the circuit elements of the circuit arrangement are applied and electrically connected or contacted. The substrate may be, for example, a ceramic substrate. The substrate may also be any other material that is suitable for the construction of electrical circuits. This can be eg a FR-4 board substrate.

Als Schaltungselemente sind alle Elemente anzusehen, die der elektrischen Funktion der Schaltungsanordnung dienen. Dies können z.B. integrierte Schaltkreise, Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten oder dergleichen sein. Schaltungselemente können aber auch passive Elemente, wie z.B. Leiterbahnen, Stecker, elektrische Kontakte oder dergleichen sein. As circuit elements, all elements are to be considered, which serve the electrical function of the circuit arrangement. This can e.g. integrated circuits, resistors, capacitors, inductors or the like. However, circuit elements may also include passive elements, such as e.g. Conductors, connectors, electrical contacts or the like.

Als Metallreservoir wird jedes Volumen verstanden, welches mindestens ein Metall aufweist. Dabei ist die geometrische Ausgestaltung des jeweiligen Metallreservoirs nicht vorgegeben. Ferner weist das Metallreservoir selbst keine Verkapselung auf. Vielmehr besteht das Metallreservoir nur aus den darin enthaltenen Metallen. As a metal reservoir, any volume is understood which has at least one metal. In this case, the geometric configuration of the respective metal reservoir is not predetermined. Furthermore, the metal reservoir itself has no encapsulation. Rather, the metal reservoir consists only of the metals contained therein.

Der Begriff der Isolierschicht bezieht sich auf eine Isolierschicht, die über der eigentlichen Schaltung oder zumindest über einzelnen Schaltungselementen der Schaltungsanordnung angeordnet ist und für den Betrieb der Schaltungsanordnung im Normalbetrieb nicht zwingend notwendig ist. Das heißt, dass die Schaltungsanordnung weiterhin ihre Funktion erfüllt, wenn kein Fehlerfall vorliegt und die Isolierschicht zusammen mit den Metallreservoirs entfernt wird. Die Isolierschicht bezieht sich somit nicht auf herkömmliche Isolierschichten, die z.B. übereinander gestapelte oder nebeneinander angeordnete Schaltungselemente gegeneinander elektrisch voneinander isolieren, um deren einwandfreie Funktion sicherzustellen. The term insulating layer refers to an insulating layer which is arranged above the actual circuit or at least via individual circuit elements of the circuit arrangement and is not absolutely necessary for the operation of the circuit arrangement in normal operation. That is, the circuit continues to perform its function when there is no fault and the insulating layer is removed together with the metal reservoirs. The insulating layer thus does not relate to conventional insulating layers, e.g. Insulate each other electrically stacked against each other stacked or juxtaposed circuit elements to ensure their proper functioning.

Unter dem Begriff der Überströme Ströme sind elektrische Ströme zu verstehen, die derart hoch sind, dass sie zu einer Beeinträchtigung oder Zerstörung einzelner Schaltungselemente oder sogar der gesamten Schaltungsanordnung führen können, sofern diese Überströme eine gewisse Zeit in der Schaltungsanordnung auftreten. The term overcurrent currents means electrical currents that are so high that they can lead to impairment or destruction of individual circuit elements or even of the entire circuit arrangement, provided that these overcurrents occur in the circuit arrangement for a certain time.

Fehlerströme bezeichnen Ströme, die von einem Schaltelement über ein Metallreservoir, z.B. gegen Masse oder einen anderen elektrischen Anschluss der Schaltungsanordnung, abgeleitet werden. Fault currents refer to currents flowing from a switching element via a metal reservoir, e.g. to ground or other electrical connection of the circuit can be derived.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen Description of exemplary embodiments

1 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1. 1 shows a sectional view of an embodiment of a circuit arrangement according to the invention 1 ,

Das Substrat 2 ist ein flach ausgebildetes Trägersubstrat 2, welches in der Schnittansicht als Balken dargestellt ist, auf welchem Schaltungselemente 3-1–3-3 angeordnet sind. The substrate 2 is a flat carrier substrate 2 , which is shown in the sectional view as a bar, on which circuit elements 3-1 - 3-3 are arranged.

Das Schaltungselement 3-1 ist als rechteckiges Schaltungselement 3-1 am rechten Rand des Substrats 2 angeordnet. Ferner ist das Schaltungselement 3-3 als rechteckiges Schaltungselement 3-3 am linken Rand des Substrats 2 angeordnet. Dabei ist das Schaltungselement 3-3 etwa zweieinhalb Mal so breit, wie das Schaltungselement 3-1. Zwischen den Schaltungselementen 3-1 und 3-3 ist ein Abstand, der etwa doppelt so breit ist, wie das Schaltungselement 3-1. The circuit element 3-1 is as a rectangular circuit element 3-1 on the right edge of the substrate 2 arranged. Further, the circuit element 3-3 as a rectangular circuit element 3-3 on the left edge of the substrate 2 arranged. Here is the circuit element 3-3 about two and a half times as wide as the circuit element 3-1 , Between the circuit elements 3-1 and 3-3 is a distance that is about twice as wide as the circuit element 3-1 ,

Die Schaltungselemente 3-1 und 3-3 können z.B. Halbleiterschaltungen sein, welche auf dem Substrat 2 angeordnet werden. Dabei können die Schaltungselemente 3-1 und 3-3 mit dem Substrat 2 z.B. verlötet, verklebt oder anderweitig verbunden werden. The circuit elements 3-1 and 3-3 For example, semiconductor circuits may be on the substrate 2 to be ordered. In this case, the circuit elements 3-1 and 3-3 with the substrate 2 eg soldered, glued or otherwise connected.

In 1 ist ein weiteres Schaltungselement 3-2 dargestellt. welches zwischen den zwei Schaltungselementen 3-1 und 3-3 auf dem Substrat 2 verläuft und welches sich jeweils etwa bis zur Hälfte der Breite der Schaltungselementen 3-1 und 3-3 über die Schaltungselementen 3-1 und 3-3 erstreckt. In 1 is another circuit element 3-2 shown. which between the two circuit elements 3-1 and 3-3 on the substrate 2 runs and which each about up to half the width of the circuit elements 3-1 and 3-3 via the circuit elements 3-1 and 3-3 extends.

Das Schaltungselement 3-3 kann z.B. eine Leiterbahn sein, die nach dem Siemens SiPLIT-Verfahren auf dem Substrat 2 aufgebracht wurde, um eine elektrische Kontaktierung der Schaltungselemente 3-1 und 3-3 herzustellen. The circuit element 3-3 may be, for example, a conductor, according to the Siemens SiPLIT method on the substrate 2 has been applied to an electrical contacting of the circuit elements 3-1 and 3-3 manufacture.

In 1 ist über den Schaltungselementen 3-1 und 3-3 eine Isolierschicht 6 derart angeordnet, dass diese die Schaltungselemente 3-1 und 3-3 komplett von der Isolierschicht 6 überdeckt werden. An derjenigen Stelle, an der das Schaltungselement 3-2 zwischen den Schaltungselementen 3-1 und 3-2 verläuft, bildet sich eine Vertiefung in der Isolierschicht 6. In 1 is above the circuit elements 3-1 and 3-3 an insulating layer 6 arranged such that these the circuit elements 3-1 and 3-3 completely from the insulating layer 6 be covered. At the point where the circuit element 3-2 between the circuit elements 3-1 and 3-2 runs, a depression forms in the insulating layer 6 ,

In dieser Vertiefung, die sich in der Isolierschicht 6 bildet, ist ein Metallreservoir 4-1 angeordnet, das aus einem elektrisch leitfähigen Metall Ma besteht. In this depression, reflected in the insulating layer 6 is a metal reservoir 4-1 arranged, which consists of an electrically conductive metal Ma.

In 1 wird deutlich, wie das Metallreservoir 4-1 zur Kühlung, insbesondere des Schaltungselements 3-2, beitragen kann. Erhitzt sich das Schaltungselement 3-2 so kann das Metallreservoir 4-1 Wärmeenergie aufnehmen, die durch die Isolierschicht 6 tritt. So wird z.B. das Aufschmelzen des Schaltungselements 3-2 verzögert. In 1 becomes clear as the metal reservoir 4-1 for cooling, in particular of the circuit element 3-2 , can contribute. The circuit element heats up 3-2 so can the metal reservoir 4-1 Absorb heat energy by the insulating 6 occurs. For example, the melting of the circuit element 3-2 delayed.

Weitere Ausführungsformen der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind ebenfalls möglich. Further embodiments of in 1 shown circuit arrangement are also possible.

In einer Ausführungsform wird die Oberseite der Isolierschicht 6 und des Metallreservoirs 4-1 durch ein Kühlmittel gekühlt, welches z.B. in einem Gehäuse, in welchem die Schaltungsanordnung 1 angeordnet ist, vorhanden sein kann. In one embodiment, the top of the insulating layer 6 and the metal reservoir 4-1 cooled by a coolant, which, for example, in a housing in which the circuit arrangement 1 is arranged, may be present.

In einer Ausführungsform ist mindestens eines der Metalle Ma–Md der Metallreservoirs 4-1–4-n als ein niedrigschmelzendes Metall ausgebildet. In one embodiment, at least one of the metals Ma-Md is the metal reservoir 4-1 - 4-n formed as a low-melting metal.

In einer Ausführungsform ist mindestens eines der Metalle Ma–Md der Metallreservoirs 4-1–4-n als ein hochschmelzendes Metall ausgebildet. In one embodiment, at least one of the metals Ma-Md is the metal reservoir 4-1 - 4-n formed as a refractory metal.

In einer weiteren Ausführungsform sind auf jeder der zwei Seiten des Substrats 2 Schaltungselemente 3-1–3-n und eine entsprechende Isolierschicht 6 sowie mindestens ein entsprechendes Metallreservoir 4-1–4-n angeordnet. In another embodiment, on each of the two sides of the substrate 2 circuit elements 3-1 - 3-n and a corresponding insulating layer 6 and at least one corresponding metal reservoir 4-1 - 4-n arranged.

In einer Ausführungsform werden Isolierfolien vorgesehen, die einen Stapel aus zwei Isolierschichten 6 und 7 aufweisen und eingeschlossene Metallfolien aufweisen. Die Metallfolien können dabei aus unterschiedlichen Metallen Ma–Md gefertigt sein, die unterschiedliche Schmelzpunkte aufweisen. In one embodiment, insulating foils are provided which comprise a stack of two insulating layers 6 and 7 have and include enclosed metal foils. The metal foils can be made of different metals Ma-Md, which have different melting points.

Insbesondere können die Metallfolien entsprechend dem Schmelzpunkt der einzelnen Metalle Ma–Md nacheinander angeordnet werden. In particular, the metal foils can be arranged one after the other according to the melting point of the individual metals Ma-Md.

Die Isolierfolien können auf der Schaltungsanordnung 1 aufgebracht, z.B. aufgeklebt, werden. The insulating films can on the circuit arrangement 1 applied, for example glued, be.

In einer Ausführungsform ist die Isolierschicht 6 und/oder ein flächiges Metallreservoir 4-1–4-n derart über den Schaltungskomponenten 3-1–3-n der Schaltungsanordnung 1 angeordnet und mit dem Substrat 2 verbunden, dass die Schaltungskomponenten 3-1–3-n nach außen hermetisch abgeschlossen sind. In one embodiment, the insulating layer is 6 and / or a flat metal reservoir 4-1 - 4-n such over the circuit components 3-1 - 3-n the circuit arrangement 1 arranged and with the substrate 2 connected to that the circuit components 3-1 - 3-n are hermetically sealed to the outside.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. 2 shows a flow diagram of an embodiment of a manufacturing method according to the invention.

Das Herstellungsverfahren sieht in einem ersten Schritt S1 das Anordnen S1 von Schaltungselementen 3-1–3-n auf einem Substrat 2 vor. In einem zweiten Schritt S2 erfolgt das Anordnen S2 einer Isolierschicht 6 The manufacturing method sees in a first step S1 the placement S1 of circuit elements 3-1 - 3-n on a substrate 2 in front. In a second step S2, the placing S2 of an insulating layer takes place 6

Schließlich ist in einem dritten Schritt S3 das Anordnen S3 mindestens eines Metallreservoirs 4-1–4-n vorgesehen. Dabei wird das mindestens eine Metallreservoir 4-1–4-n derart angeordnet, dass das Metallreservoir 4-1–4-n in der Schaltungsanordnung 1 bei auftretenden Überströmen mindestens eines der Schaltungselemente 3-1–3-n kühlt, um die Entstehung eines Lichtbogens an mindestens einem der Schaltungselemente 3-1–3-n zu verzögern. Finally, in a third step S3, the arranging S3 of at least one metal reservoir 4-1 - 4-n intended. This is the at least one metal reservoir 4-1 - 4-n arranged such that the metal reservoir 4-1 - 4-n in the circuit arrangement 1 at occurring overcurrents of at least one of the circuit elements 3-1 - 3-n cools to the formation of an arc on at least one of the circuit elements 3-1 - 3-n to delay.

Die Isolierschicht 6 wird derart angeordnet, dass die Isolierschicht 6 mindestens ein Metallreservoir 4-1–4-n von den Schaltungselementen 3-1–3-n elektrisch isolieren kann. The insulating layer 6 is arranged such that the insulating layer 6 at least one metal reservoir 4-1 - 4-n from the circuit elements 3-1 - 3-n electrically isolate.

Weitere Schritte sind ebenfalls möglich. So können in einer Ausführungsform mehrere Schichten unterschiedlicher Metalle Ma–Md gestapelt werden, um eines der Metallreservoirs 4-1–4-n zu erzeugen. Further steps are also possible. Thus, in one embodiment, multiple layers of different metals Ma-Md may be stacked around one of the metal reservoirs 4-1 - 4-n to create.

Ferner können Schaltungselemente 3-1–3-n, eine Isolierschicht 6 und mindestens ein Metallreservoir 4-1–4-n auf beiden Seiten des Substrats 2 angeordnet werden. Furthermore, circuit elements can 3-1 - 3-n , an insulating layer 6 and at least one metal reservoir 4-1 - 4-n on both sides of the substrate 2 to be ordered.

In einer Ausführungsform werden Isolierfolien angefertigt, die einen Stapel aus zwei Isolierschichten 6 und 7 aufweisen und eingeschlossene Metallfolien aufweisen. In one embodiment, insulating foils are made which comprise a stack of two insulating layers 6 and 7 have and include enclosed metal foils.

Solche Isolierfolien können in einer Ausführungsform vorgefertigt werden und dann auf der Schaltungsanordnung 1 aufgebracht, z.B. aufgeklebt werden. Such insulating films can be prefabricated in one embodiment and then on the circuit arrangement 1 applied, for example, be glued.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schutz einer Schaltungsanordnung 1. 3 shows a flowchart of an embodiment of a method according to the invention for the protection of a circuit arrangement 1 ,

Das Verfahren umfasst das Kühlen S11 mindestens eines der Schaltungselemente 3-1–3-n und/oder das Ableiten von Fehlerströmen in der Schaltungsanordnung mittels eines Metallreservoirs 4-1–4-n, um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern. The method includes cooling S11 at least one of the circuit elements 3-1 - 3-n and / or deriving fault currents in the circuit arrangement by means of a metal reservoir 4-1 - 4-n to delay the formation of an arc.

Ferner sieht das Verfahren in einem zweiten Schritt S12 vor, eine Hohlverbindung 12-1–12-n zwischen den Schaltungselementen 3-1–3-n und mindestens einem der Metallreservoirs 4-1–4-n in der ersten Isolierschicht 6 bei Erreichen einer ersten Grenztemperatur auszubilden. Dieser Schritt kann z.B. durch eine geeignete Auswahl eines geeigneten Materials für die Isolierschicht 6 automatisiert werden. Dabei wird das Material der Isolierschicht 6 derart gewählt, dass die Isolierschicht 6 bei einer gewünschten vorgegebenen Temperatur aufreißt bzw. Risse bildet. Furthermore, in a second step S12, the method provides a hollow connection 12-1 - 12-n between the circuit elements 3-1 - 3-n and at least one of the metal reservoirs 4-1 - 4-n in the first insulating layer 6 form when reaching a first limit temperature. This step may be achieved, for example, by a suitable choice of a suitable material for the insulating layer 6 be automated. In this case, the material of the insulating layer 6 chosen such that the insulating layer 6 ruptures at a desired predetermined temperature or forms cracks.

In einem letzten Schritt S13 umfasst das Verfahren das Verflüssigen S13 mindestens eines der Metalle Ma–Md mindestens eines der Metallreservoirs 4-1–4-n bei Erreichen einer zweiten Grenztemperatur, wobei das verflüssigte Metall Ma - Md durch die in 4 dargestellten Hohlverbindungen 12-1–12-n fließt und eine elektrische Verbindung mit mindestens einem Schaltungselement 3-1–3-n herstellt, um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern. In a last step S13, the method comprises liquefying S13 at least one of the metals Ma-Md of at least one of the metal reservoirs 4-1 - 4-n upon reaching a second limit temperature, wherein the liquefied metal Ma - Md by the in 4 illustrated hollow connections 12-1 - 12-n flows and an electrical connection with at least one circuit element 3-1 - 3-n to delay the formation of an arc.

4 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1. 4 shows a sectional view of another embodiment of a circuit arrangement according to the invention 1 ,

Die Schaltungsanordnung 1 in 4 unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung 1 in 1 dahingehend, dass die Schaltungsanordnung 1 in 4 ein weiteres Schaltungselement 3-n aufweist, welches in 4 rechts von dem Schaltungselement 3-1 angeordnet ist und welches elektrisch leitend mit dem Metallreservoir 4-1 verbunden ist (wie durch einen Pfeil von dem Metallreservoir 4-1 zu dem Schaltungselement 3-1 dargestellt). The circuit arrangement 1 in 4 differs from the circuit arrangement 1 in 1 in that the circuitry 1 in 4 another circuit element 3-n which is in 4 to the right of the circuit element 3-1 is arranged and which is electrically conductive with the metal reservoir 4-1 is connected (as by an arrow from the metal reservoir 4-1 to the circuit element 3-1 shown).

Ferner enthält die Schaltungsanordnung 1 in 4 ein weiteres Metallreservoir 4-2, welches mittig auf dem Schaltungselement 3-3 angeordnet ist und welches drei nicht miteinander legierte Metallschichten 9-1, 9-2 und 9-3 aufweist. Dabei besteht die oberste Metallschicht 9-1 aus einem Metall Mb, die mittlere Metallschicht 9-2 aus einem Metall Mc und die untere Metallschicht 9-3, welche Kontakt zur Isolierschicht 6 hat, aus einem Metall Md. Über dem Metallreservoir 4-2 ist eine weitere Isolierschicht 7 angeordnet. Diese sorgt dafür, das beim Schmelzen eines der Metalle Mb–Md sich das geschmolzene Metall nicht über die gesamte Schaltungsanordnung 1 verteilt sondern lokal über dem Schaltungselement 3-3 gehalten wird. In einer Ausführungsform weist das Metall Md den niedrigsten Schmelzpunkt auf. Das Metall Mc weist den zweitniedrigsten Schmelzpunkt auf und das Metall Mb weist den höchsten Schmelzpunkt auf. Jede einzelne Metallschicht 9-1–9-3 kann in einer Ausführungsform auch aus einer Legierung bestehen. Furthermore, the circuit arrangement contains 1 in 4 another metal reservoir 4-2 which is centered on the circuit element 3-3 is arranged and which three non-alloyed metal layers 9-1 . 9-2 and 9-3 having. In this case, there is the uppermost metal layer 9-1 made of a metal Mb, the middle metal layer 9-2 made of a metal Mc and the lower metal layer 9-3 which contact to the insulating layer 6 has, from a metal Md. Over the metal reservoir 4-2 is another insulating layer 7 arranged. This ensures that when melting one of the metals Mb-Md, the molten metal does not over the entire circuit 1 but distributed locally over the circuit element 3-3 is held. In one embodiment, the metal Md has the lowest melting point. The metal Mc has the second lowest melting point and the metal Mb has the highest melting point. Every single metal layer 9-1 - 9-3 may also consist of an alloy in one embodiment.

Die Schaltungsanordnung 1 in 4 weist ferner ein Metallreservoir 4-3 auf, welches in einer Vertiefung 10 des Substrats 2 angeordnet ist und sich zwischen dem Schaltungselement 3-1 und dem Schaltungselement 3-n befindet. Die Vertiefung 10 kann in einer Ausführungsform auch als Via 10 ausgebildet sein. The circuit arrangement 1 in 4 also has a metal reservoir 4-3 which is in a well 10 of the substrate 2 is arranged and located between the circuit element 3-1 and the circuit element 3-n located. The depression 10 may also be formed as Via 10 in one embodiment.

Das Metall Ma–Mb, welches sich in dem Metallreservoir 4-3 befindet, ist in einer Ausführungsform derart gewählt, dass es sich bei Erwärmung ausdehnt und so eine elektrische Verbindung mit einem der Schaltungselemente 3-1–3-n herstellt. The metal Ma-Mb, which is in the metal reservoir 4-3 is selected in one embodiment such that it expands when heated and so an electrical connection with one of the circuit elements 3-1 - 3-n manufactures.

Ferner weist die Schaltungsanordnung 1 in 4 ein Metallreservoir 4-4 auf, welches als im Wesentlichen tropfenförmiges Metallreservoir 4-4 in 4 links neben dem Schaltungselement 3-3 auf dem Substrat 2 angeordnet ist und von diesem durch die Isolierschicht 6 getrennt wird. Furthermore, the circuit arrangement 1 in 4 a metal reservoir 4-4 which is essentially a drop-shaped metal reservoir 4-4 in 4 to the left of the circuit element 3-3 on the substrate 2 is arranged and from this through the insulating layer 6 is disconnected.

Die Isolierschicht 6 weist unter dem Metallreservoir 4-2 drei Hohlverbindungen 12-1–12-3 auf, durch welche verflüssigtes Metall Ma–Mb eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Schaltungselement 3-2 herstellen kann. Die Hohlverbindungen 12-1–12-3 sind in 4 nur exemplarisch dargestellt. In weiteren Ausführungsformen bilden sich die Hohlverbindungen 12-1–12-3 in der Isolierschicht 6 in Abhängigkeit von der in den Schaltungselementen 3-1–3-n entstehenden Wärme. Eines der Metalle Ma–Md mindestens eines der Metallreservoirs 4-1–4-n ist derart ausgebildet, dass sich das Metall Ma–Md bei Erreichen einer zweiten Grenztemperatur verflüssigt und durch die Hohlverbindungen 12-1–12-n fließt und eine elektrische Verbindung mit mindestens einem Schaltungselement 3-1–3-n herstellt. Dadurch kann z.B. eine Unterbrechung des Stromflusses verzögert werden, bis das entsprechende Metall Ma–Md selbst verdampft. The insulating layer 6 points under the metal reservoir 4-2 three hollow connections 12-1 - 12-3 on, by which liquefied metal Ma-Mb an electrically conductive connection with the circuit element 3-2 can produce. The hollow connections 12-1 - 12-3 are in 4 only shown as an example. In further embodiments, the hollow compounds form 12-1 - 12-3 in the insulating layer 6 depending on the in the circuit elements 3-1 - 3-n resulting heat. One of the metals Ma-Md at least one of the metal reservoirs 4-1 - 4-n is formed such that the metal Ma-Md liquefies upon reaching a second limit temperature and through the hollow connections 12-1 - 12-n flows and an electrical connection with at least one circuit element 3-1 - 3-n manufactures. As a result, for example, an interruption of the current flow can be delayed until the corresponding metal Ma-Md itself evaporates.

Dazu ist in einer Ausführungsform die Isolierschicht 6 derart dimensioniert, dass die Isolierschicht 6 bei Erreichen einer ersten Grenztemperatur mindestens eine Hohlverbindung 12-1–12-n zwischen einem der Schaltungselemente 3-1–3-n und mindestens einem der Metallreservoirs 4-1–4-n ausbildet. For this purpose, in one embodiment, the insulating layer 6 dimensioned such that the insulating layer 6 upon reaching a first limit temperature at least one hollow connection 12-1 - 12-n between one of the circuit elements 3-1 - 3-n and at least one of the metal reservoirs 4-1 - 4-n formed.

In einer weiteren Ausführungsform sind, z.B. an den Rändern der Schaltungselemente 3-1–3-n, Gräben in dem Substrat 2 vorgesehen, die verflüssigtes Metall leiten können. In einem mit verflüssigtem Metall gefüllten Zustand können die Gräben als elektrische Leiter dienen. In a further embodiment, for example at the edges of the circuit elements 3-1 - 3-n , Trenches in the substrate 2 provided that can conduct liquefied metal. In a state filled with liquefied metal, the trenches can serve as electrical conductors.

In einer Ausführungsform ist eines der Schaltungselemente 3-1–3-n als Leiterbahn mit einer Verjüngung ausgebildet. Dabei ist die Verjüngung derart dimensioniert, dass die Leiterbahn an der Verjüngung aufschmilzt, wenn ein Grenzwert für den durch die Leiterbahn fließenden Strom überschritten wird. In one embodiment, one of the circuit elements 3-1 - 3-n designed as a track with a taper. In this case, the taper is dimensioned such that the conductor melts on the taper, when a limit is exceeded for the current flowing through the track current.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways. In particular, the invention can be varied or modified in many ways without deviating from the gist of the invention.

Die 1 und 4 zeigen die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer mittels der Siemens SiPLIT-Technik gefertigten Schaltungsanordnung 1. The 1 and 4 show the present invention in conjunction with a manufactured using the Siemens SiPLIT technique circuitry 1 ,

In weiteren Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung aber auch mit Schaltungsanordnungen genutzt werden, bei welchen die einzelnen Schaltungskomponenten mittels Bond-Drähten miteinander verbunden sind. In further embodiments, however, the present invention can also be used with circuit arrangements in which the individual circuit components are connected to one another by means of bond wires.

In solchen Ausführungsformen kann die Isolierschicht 6 z.B. die Bond-Drähte umschließen. In such embodiments, the insulating layer 6 eg enclose the bond wires.

Claims (15)

Schaltungsanordnung (1), mit einem Substrat (2), auf welchem Schaltungselemente (3-1–3-n) angeordnet sind; mindestens einem Metallreservoir (4-1–4-n), welches mindestens ein elektrisch leitfähiges Metall (Ma–Md) aufweist; einer Isolierschicht (6), die das mindestens eine Metallreservoir (4-1–4-n) von den Schaltungselementen (3-1–3-n) elektrisch isoliert; wobei das Metallreservoir (4-1–4-n) dazu ausgebildet ist, in der Schaltungsanordnung (1) bei auftretenden Überströmen mindestens eines der Schaltungselemente (3-1–3-n) zu kühlen, um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern. Circuit arrangement ( 1 ), with a substrate ( 2 ) on which circuit elements ( 3-1 - 3-n ) are arranged; at least one metal reservoir ( 4-1 - 4-n ) having at least one electrically conductive metal (Ma-Md); an insulating layer ( 6 ) containing at least one metal reservoir ( 4-1 - 4-n ) of the circuit elements ( 3-1 - 3-n ) electrically isolated; the metal reservoir ( 4-1 - 4-n ) is designed in the circuit arrangement ( 1 ) at occurring overcurrents of at least one of the circuit elements ( 3-1 - 3-n ) to delay the formation of an arc. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens eines der Metallreservoirs (4-1–4-n) dazu ausgebildet ist, Fehlerströme in der Schaltungsanordnung (1) abzuleiten, um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern. Circuit arrangement according to claim 1, wherein at least one of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) is adapted to fault currents in the circuit arrangement ( 1 ) to delay the creation of an arc. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei mindestens eines der Metallreservoirs (4-1–4-n) flächig ausgebildet ist und als Metallschicht (9-1–9-n) über der Isolierschicht (6) angeordnet ist. Circuit arrangement according to one of claims 1 and 2, wherein at least one of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) is formed flat and as a metal layer ( 9-1 - 9-n ) over the insulating layer ( 6 ) is arranged. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens eines der Metallreservoirs (4-1–4-n) gegenüber mindestens einem der Schaltungselemente (3-1–3-n) örtlich begrenzt ausgebildet ist. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, wherein at least one of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) against at least one of the circuit elements ( 3-1 - 3-n ) is formed locally limited. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei mindestens eines der Metallreservoirs (4-1–4-n) als mit Metall (Ma–Md) gefüllt Vertiefung (10) in dem Substrat (2) ausgebildet ist; und/oder wobei mindestens eines der Metallreservoirs (4-1–4-n) als im Wesentlichen tropfenförmiges Metallreservoir (4-4), welches auf dem Substrat (2) angeordnet ist, ausgebildet ist. Circuit arrangement according to claim 4, wherein at least one of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) as filled with metal (Ma-Md) depression ( 10 ) in the substrate ( 2 ) is trained; and / or wherein at least one of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) as a substantially drop-shaped metal reservoir ( 4-4 ), which on the substrate ( 2 ) is arranged is formed. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eines der Metallreservoirs (4-1–4-n) mindestens zwei nicht miteinander legierte Metalle (Ma–Md) mit unterschiedlichen Schmelzpunkten aufweist. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, wherein at least one of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) has at least two non-alloyed metals (Ma-Md) with different melting points. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, wobei in mindestens einem der Metallreservoirs (4-1–4-n) die Metalle (Ma–Md) entsprechend der jeweiligen Schmelzpunkte in Schichten, beginnend mit Metall(Ma–Md) mit dem niedrigsten Schmelzpunkt an der Isolierschicht (6), angeordnet sind. Circuit arrangement according to claim 6, wherein in at least one of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) the metals (Ma-Md) corresponding to the respective melting points in layers, beginning with metal (Ma-Md) with the lowest melting point at the insulating layer ( 6 ) are arranged. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens eines der Metalle (Ma–Md) der Metallreservoirs (4-1–4-n) als ein niedrigschmelzendes Metall ausgebildet ist. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 7, wherein at least one of the metals (Ma-Md) of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) is formed as a low-melting metal. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens eines der Metalle (Ma–Md) der Metallreservoirs (4-1–4-n) als ein hochschmelzendes Metall ausgebildet ist. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, wherein at least one of the metals (Ma-Md) of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) is formed as a refractory metal. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Isolierschicht (6) derart ausgebildet ist, dass die Isolierschicht (6) bei Erreichen einer ersten Grenztemperatur mindestens eine Hohlverbindung (12-1–12-n) zwischen den Schaltungselementen (3-1–3-n) und mindestens einem der Metallreservoirs (4-1–4-n) ausbildet. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 9, wherein the insulating layer ( 6 ) is formed such that the insulating layer ( 6 ) when reaching a first limit temperature at least one hollow compound ( 12-1 - 12-n ) between the circuit elements ( 3-1 - 3-n ) and at least one of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) trains. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, wobei mindestens eines der Metalle (Ma–Md) mindestens eines der Metallreservoirs (4-1–4-n) derart ausgebildet ist, dass sich das Metall (Ma–Md) bei Erreichen einer zweiten Grenztemperatur verflüssigt und durch die Hohlverbindungen (12-1–12-n) fließt und eine elektrische Verbindung mit mindestens einem Schaltungselement (3-1–3-n) herstellt. Circuit arrangement according to claim 10, wherein at least one of the metals (Ma-Md) at least one of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) is formed such that the metal (Ma-Md) liquefies upon reaching a second limit temperature and through the hollow connections ( 12-1 - 12-n ) and an electrical connection with at least one circuit element ( 3-1 - 3-n ). Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1–11, wobei mindestens eines der Metallreservoirs (4-1–4-n) elektrisch leitend mit einem elektrischen Leiter (13) der Schaltungsanordnung gekoppelt ist. Circuit arrangement according to one of claims 1-11, wherein at least one of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) electrically conductive with an electrical conductor ( 13 ) is coupled to the circuit arrangement. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1–12, wobei auf jeder der zwei Seiten des Substrats (2) Schaltungselemente (3-1–3-n) und eine entsprechende Isolierschicht (6) und mindestens ein entsprechendes Metallreservoir (4-1–4-n) angeordnet sind. Circuit arrangement according to one of claims 1-12, wherein on each of the two sides of the substrate ( 2 ) Circuit elements ( 3-1 - 3-n ) and a corresponding insulating layer ( 6 ) and at least one corresponding metal reservoir ( 4-1 - 4-n ) are arranged. Herstellungsverfahren für eine Schaltungsanordnung (1), mit den Schritten: Anordnen (S1) von Schaltungselementen (3-1–3-n) auf einem Substrat (2); Anordnen (S2) einer Isolierschicht (6) derart, dass die Isolierschicht (6) dazu ausgebildet ist, mindestens ein Metallreservoir (4-1–4-n) von den Schaltungselementen (3-1–3-n) elektrisch zu isolieren; Anordnen (S3) des mindestens einen Metallreservoirs (4-1–4-n) derart, dass das Metallreservoir (4-1–4-n) in der Schaltungsanordnung bei auftretenden Überströmen mindestens eines der Schaltungselemente (3-1–3-n) kühlt, um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern. Manufacturing method for a circuit arrangement ( 1 ), comprising the steps: arranging (S1) circuit elements ( 3-1 - 3-n ) on a substrate ( 2 ); Arranging (S2) an insulating layer ( 6 ) such that the insulating layer ( 6 ) is adapted to at least one metal reservoir ( 4-1 - 4-n ) of the circuit elements ( 3-1 - 3-n ) to isolate electrically; Arranging (S3) the at least one metal reservoir ( 4-1 - 4-n ) such that the metal reservoir ( 4-1 - 4-n ) in the circuit arrangement at occurring overcurrents of at least one of the circuit elements ( 3-1 - 3-n ) cools to delay the formation of an arc. Verfahren zum Schutz einer Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1–13, mit den Schritten: Kühlen (S11) mindestens eines der Schaltungselemente (3-1–3-n) und/oder Ableiten von Fehlerströmen in der Schaltungsanordnung mittels eines Metallreservoirs (4-1–4-n), um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern; Ausbilden (S12) einer Hohlverbindung (12-1–12-n) zwischen den Schaltungselementen (3-1–3-n) und mindestens einem der Metallreservoirs (4-1–4-n) in der Isolierschicht (6) bei Erreichen einer ersten Grenztemperatur; Verflüssigen (S13) mindestens eines der Metalle (Ma–Md) mindestens eines der Metallreservoirs (4-1–4-n) bei Erreichen einer zweiten Grenztemperatur, wobei das verflüssigte Metall (Ma–Md) durch die Hohlverbindungen (12-1–12-n) fließt und eine elektrische Verbindung mit mindestens einem Schaltungselement (3-1–3-n) herstellt, um die Entstehung eines Lichtbogens zu verzögern. Method for protecting a circuit arrangement ( 1 ) according to any of claims 1-13, comprising the steps of: cooling (S11) at least one of the circuit elements (S11) 3-1 - 3-n ) and / or deriving fault currents in the circuit arrangement by means of a metal reservoir ( 4-1 - 4-n ) to delay the generation of an arc; Forming (S12) a hollow connection ( 12-1 - 12-n ) between the circuit elements ( 3-1 - 3-n ) and at least one of the metal reservoirs ( 4-1 - 4-n ) in the insulating layer ( 6 ) upon reaching a first limit temperature; Liquefying (S13) at least one of the metals (Ma-Md) of at least one of the metal reservoirs (S13) 4-1 - 4-n ) on reaching a second limit temperature, wherein the liquefied metal (Ma-Md) through the hollow compounds ( 12-1 - 12-n ) and an electrical connection with at least one circuit element ( 3-1 - 3-n ) to delay the generation of an arc.
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