DE10218451B4

DE10218451B4 - Gedruckter Widerstand

Info

Publication number: DE10218451B4
Application number: DE2002118451
Authority: DE
Inventors: Gerd Schmitz
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: DE10218451A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen gedruckten Widerstand mit relativ hohem Leitwert, vorzugsweise zum Eingangsschutz von elektronischen Bauelementen 50. Der gedruckte Widerstand 100 wird als Vorwiderstand in elektronischen Schaltungen gegen Stoßspannungen ("surge") verwendet. Er wird aus einer flächigen Leiterbahn 24 zwischen einer Eingangs- 10 und einer Ausgangselektrode 12 auf einer isolierenden Unterlage 30 gebildet, wobei die Elektroden 10, 12 ringförmig ausgebildet sind, eine Elektrode innerhalb der anderen Elektrode liegt und die Leiterbahn 24 zwischen den Elektroden 10, 12 ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen gedruckten Widerstand, vorzugsweise zum Eingangsschutz von elektronischen Bauelementen.

In der Patentanmeldung DE 100 42 764 A1 wird dargelegt, dass von einem optimalen Vorwiderstand zum Überspannungsschutz (Surge) eine hohe Impulsfestigkeit verlangt wird. Beispielsweise treten Spannungsspitzen von einigen kV bei einem Strom von einigen 10 A auf. Ein geeigneter Vorwiderstand sollte bei einem Leitwert von 1/50 Siemens eine energetische Absorption von 1 bis 2 Ws unbeschadet überstehen können.

Beim Einsatz solcher Vorwiderstände besteht jedoch das Problem der Stromverdrängung innerhalb der Leiterbahn des Widerstandes. Infolge der großen Dynamik des Surge-Impulses (1,2 μs Anstiegszeit und 50 μs Rückenhalbwertzeit) fließt der Impulsstrom nicht vollflächig durch die Leiterbahn, sondern es erfolgt eine Verdrängung in den Außenbereich der Leiterbahn. So führt beispielweise bei dem in der DE 100 42 764 A1 beschriebenem Aufbau die Stromverdrängung zu einer, Spitzenbelastung im Randbereich der Leiterbahn, so dass nur ein Teil der Widerstandsschicht ausgenutzt und die maximale Impulsbelastung nicht erreicht wird. Der Einfluss der Stromverdrängung steigt dabei mit dem Breiten- zu Dickenverhältnis der Leiterbahn. Dies führt insbesondere bei Vorwiderständen, bei denen ein relativ geringer Widerstandswert (1 bis 10 Ω) gewünscht ist, zu sehr ungünstigen Ergebnissen.

Aus dem Abstract der JP 2000269624 A ist eine Anordnung bekannt geworden, in der die Elektroden ringförmig ausgebildet sind.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen gedruckten Widerstand auszubilden, dessen Leitwert unabhängig von der Elektrodenform oder -lage veränderbar ist.

Die Lösung der Aufgabe ist im Kennzeichen des Hauptanspruchs formuliert.

Erfindungsgemäß sind innerhalb der Leiterbahn regelmäßig angeordnete, nichtleitende Aussparungen vorhanden. Die nichtleitenden Aussparungen können bis an eine oder an beide Elektroden heranreichen oder nur innerhalb – ohne Kontakt mit den Elektroden – der Widerstandsschicht liegen. Hierbei kann bei vorgegebener und unveränderter Geometrie und Form der Elektroden durch Ausbildung von nichtleitenden Aussparungen ohne Veränderung der Schichtdicke der Widerstandsschicht der Leitwert beeinflusst werden. Als Leitwert soll vorzugsweise ein geringer Widerstandswert (1 bis 10 Ω, oder auch bis 50 Ω) eingestellt werden.

Vorzugweise soll die Ausgangselektrode als größerer und die Eingangselektrode als kleineren Ring ausgebildet sein.

Nach der Erfindung soll die nachteilige Stromverdrängung durch einen zumindest angenähert symmetrischen Aufbau der Leiterbahn beseitigt werden. Die Lage von Eingangs- und Ausgangselektrode in Bezug auf die Stromrichtung hat keine Vorzugsrichtung, ihre Wahl ist beliebig.

Im Idealfall bietet sich ein symmetrischer, vorzugsweise rotationssymmetrischer Aufbau, z.B. in Form eines Ringes an. Die Ringe der Elektroden sollen eine regelmäßige Form haben: Kreise, Ellipsen, Quadrate und/oder regelmäßige Vielecke. Die Form kann auch nach dem Platzangebot für den Widerstand auf der Unterlage (Leiterplatte) gewählt werden.

Es können Mischformen des Elektrodenrings vorgesehen sein, wobei eine der Elektroden als Kreis und die andere Elektrode als regelmäßiges Vieleck ausgebildet ist oder beide Elektroden als Kreis oder beide Elektroden als regelmäßiges Vieleck ausgebildet sind.

Die Herstellung des Widerstandes kann nach bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise wie in der DE 100 42 764 A1 beschrieben.

Mehrere Ausführungsformen werden in den Figuren beschrieben. Diese zeigen im Einzelnen:
1 eine prinzipielle Anordnung,
2 einen Schnitt durch eine Leiterplatte und den Schichtaufbau des Widerstands und
3 mehrere Ausführungsformen.
1 zeigt einen rotationssymmetrischen Aufbau einer Leiterbahn 24 eines gedruckten Widerstandes 100 als Vorwiderstand zu elektronischen Bauelementen zum Schutz vor Stoßspannungen (,surge'-Schutz). Die Stromzuführung erfolgt mittig über eine Kontaktstelle (Anschlusspad) 22 auf eine innenliegende Ringelektrode 12, die Ableitung über eine ebenfalls ringförmige Außenelektrode 10 zu einem Abnahmekontakt (Anschlusspad) 20. Durch den rotationssymmetrischen Aufbau kompensiert sich die Stromverdrängung und es ergibt sich eine homogene Strom- und damit homogene Energieverteilung. Dieser Aufbau ist ideal zur Bildung niederohmiger Vorwiderstände im Bereich bis 50 Ω. Der Leitwert des Widerstands kann über das Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser und durch Form und Anzahl nichtleitender Aussparungen 44,44', das energetische Absorptionsvermögen über die Absolutgröße der Durchmesser eingestellt werden.
Die 2 zeigt im Schnitt den Aufbau einer Leiterplatte 30 als tragendes Substrat mit einem erfindungsgemäßen Widerstand. Auf der Leiterplatte 30 befinden sich einseitig angeordnete Bauelemente 50, die mit Leiterbahnen und Anschlusspads in üblicher Weise verbunden sind. Der Widerstand 100 ist in 2 auf der Unterseite der Leiterplatte 30 ausgebildet. Die Widerstandsschicht 24 ist vorzugsweise – wie auch in der DE 100 42 764 A1 beschrieben – als Carbonschicht ausgeführt. Dies geschieht mit Vorteil im Siebdruckverfahren, vorzugsweise im Mehrlagendruck. Um eine Querschnittsverminderung an den Verbindungs-, beziehungsweise Übergangsstellen von Widerstandsschicht 24 zu den Elektroden 10,12 oder zu den Anschlusspads 20, 22 zu vermeiden, ist der Bereich der Leiterplatte zwischen den Elektroden mit einer Füllschicht 14, vorzugsweise als Lötstopplack-Schicht versehen. Auf diese Weise wird eine ebene Oberfläche für die Auflage der Widerstandsschicht 24 geschaffen.
Die Leiterplatte ist an den Stellen 32 und 32' durchkontaktiert, wo der Vorwiderstand 100 zur Begrenzung von impulsförmigen Eingangsströmen mit den Bauelementen 50 der elektronischen Schaltung verschaltet ist.
Nicht dargestellt, jedoch als erfinderische Alternative kann vorgesehen sein, dass die innere Elektrode 12 mit dem inneren Anschlußpad 22 zusammenfällt, so dass im Gegensatz zur in 1 dargestellten Ausführungsform die innere, nicht mit einer Widerstandsschicht gefüllten Fläche 80 auch als Leiterbahn ausgebildet ist. Der Durchmesser der äußeren Elektrode 10 verringert sich zur Einhaltung eines bestimmten Leitwerts dementsprechend.
In 3 sind andere, angenähert symmetrische Aufbauten (104, 106) dargestellt.
Der Widerstandswert wird durch die Aussparungen 44 und 44' in der Leiterbahn 24 (Ausbildung von nichtleitenden Inseln) – wie in 3 dargestellt – verändert. Die Terminierungen können entlastet werden, weil die Länge ihres Umfangs vergößerbar ist. Von einer symmetrischen Form sollte unter Beachtung der Forderung nach homogener Stromverteilung nur wenig abgewichen werden.
Abweichend von runden nichtleitenden Aussparungen 44 können auch streifenförmige Leiterbahnen 24'' zwischen den Elektroden 10' und 12' (3B) realisiert werden. Mit diesen Ausbildungen können ebenfalls gute homogene Stromverteilungen realisiert.

Claims

Gedruckter Widerstand auf elektronischen Baugruppen (30) als Vorwiderstand für elektronische Bauelemente zum Schutz vor Stoßspannungen in Form einer zwischen Elektroden (10,12) aufgedruckten Widerstandsschicht (24, 24''), wobei die Stromzuführungen über mit den Elektroden (10,12) verbundenen Leiterbahnen (24) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (10,12) als ringförmige geschlossene Elemente ausgebildet sind, eine Elektrode (12) innerhalb der anderen Elektrode (10) liegt und die zwischen den Elektroden (10,12) aufgebrachte Widerstandstandsschicht (24, 24'') regelmäßig angeordnete, nichtleitende Aussparungen (44, 44') aufweist.
Gedruckter Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtleitenden Aussparungen (44') bis an eine oder an beide Elektroden (10,10',12,12') heranreichen.
Gedruckter Widerstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass der Widerstand der Widerstandsschicht (24) kleiner als 50 Ω ist.
Gedruckter Widerstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die innere (12) und/oder die äußere Elektrode (10) mit einem zugehörigen Stromzuführungspad (20, 22) zusammenfällt.