DE2238185C2

DE2238185C2 - Metalloxid-Varistorelement

Info

Publication number: DE2238185C2
Application number: DE2238185A
Authority: DE
Inventors: John Davis Schenectady N.Y. Harnden Jun.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-08-05
Filing date: 1972-08-03
Publication date: 1984-05-17
Also published as: JPS4825194A; DE2238185A1; SE394046B; GB1366254A; JPS5546043B2; US3743897A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Metalloxid-Varistorelement gemäß der DE-PS 22 35 783.

Es kann allgemein festgestellt werden, daß der Strom, der zwischen zwei kn Abstand voneinander befindlichen Punkten fließt, direkt von der Potentialdifferenz zwischen diesen Punkten abhängt. Für die meisten bekannten Substanzen ist die Stromleitung durch diese Substanzen hindurch gleich der angelegten Potentialdifferenz dividiert durch eine Konstante, die nach dem Ohmschen Gesetz als der Widerstand der entsprechenden Substanz definiert ist. Es gibt jedoch einige bekannte Substanzen, die nicht-lineare Widerstände aufweisen und welche die Anwendung der folgenden Gleichung (1) erfordern, um Strom und Spannung in eine quantitative Beziehung zueinander zu setzen:

(1) I=(VZCf"*-

worin V die Spannung zwischen iwei Punkten ist, die durch einen Körper der betrachteten Substanz getrennt sind, / ist der zwischen den beiden Punkten fließende Strom, C ist eine Konstante und alpha ist ein Exponent, der einen Wert größer als 1 hat. Es gibt viele bekannte elektrische Schaltungen, in denen es sehr erwünscht ist, eine oder mehrere funktionelle Elemente mit nichtlinearen oderexponentiellen Widerstand-Charakteristiken einzubauen. Scr sind z. B. die nicht-linearen Widerstandseigenschaften von Silciumkarbid in weitem Umfang in käuflichen Siliciumkarbid-Varistoren benutzt worden. Typische Siliciumkarbid-Varistoren weisen ein alpha von nicht mehr als 6 auf.

Es ist kürzlich festgestellt worden, daß Varistoren mit ο/ρΛα-Werten von mehr als 10 innerhalb des Stromdichtebereichs von 10"³ bis 10² Ampere pro cm² aus Körpern hergestellt werden können, die aus Metalloxiden bestehen. Der Metalloxidkörper kann vorwiegend aus Zinkoxid mit geringen Mengen eines oder mehrerer anderer Metalloxide gebildet sein. Metalloxid-Varistoren mit ä/pÄa-Werten von mehr als 10 sind beispielsweise in der kanadischen Patentschrift 8 31691 beschrieben. Während die a/p/ia-Werte dieser Metalloxid-Varistoren durch den Stromdichtebereich von ΙΟ"³ bis 10² A/cm² identifiziert sind, der charakterischerweise im wesentlichen konstante a/p/ia-Werte zeigt, ist es wünschenswert, daß deren α/ρ/ω-Werte auch bei höheren und geringeren Stromdichten hoch

bleiben, obwohl ein gewisser Abfall von maximalen alpha-Werten beobachtet worden ist.

Der Aufbau eines üblichen Metalloxid-Varistors mit einem alpha größer als 10 ist in F i g. 1 gezeigt Der Metalloxid-Varistor 1 ist aus einem gesinterten kerami- -, sehen Metalloxidkörper 3 gebildet. Der Körper weist eine erste Hauptoberfläche 5 und eine zweite gegenüberliegende Hauptoberfläche T auf. Die Oberflächen sind durch eine Dicke X voneinander getrennt. Die ersten und zweiten Elektroden 9 und 11 sind den ersten w bzw. zweiten Hauptoberflächen derart zugeordnet, daß sie in einem ohmschen Kontakt miteinander liegen.

Nimmt man den Metalloxid-Varistor in Benutzung, indem eine Potentialdifferenz an die Elektroden 9 und 11 angelegt wird, dann fließt ein Strom durch uie haupt- ι -, masse des Metalloxidkörpers 3. Da der Abstand zwischen den Elektroden entlang der Oberfläche des Metalloxid-Varistorkörpers größer ist als die Masse des Körpers, wird, wenn überhaupt, nur wenig Strom entlang der Oberfläche des Körpers geleitet. Für verschiedene Spannungswerte an den Elektroden folgt der Strom der Gleichung (1). Für eine gegebene Stromdichte ist festgestellt worden, daß der Spannung über den Elektroden eine Funktion der Dicke X ist

Für viele Anwendungsfälle, bei denen relativ hohe Spannungswerte bei einer gegebenen Stromdichte erwünscht sind, ist diese Relation bequem, da es sehr leicht ist, einen Dickenwert X auszuwählen, um die gewünschte Spannungscharaktenstik für den Varistor zu erzielen. In Fällen jedoch, in denen ein relativ niedriger Spannungswert erwünscht ist, kann für eine gegebene Stromdichte durch den Varistor der Wert von* so klein werden, daß es sehr schwierig ist, den Metalloxid-Varistorkörper ohen Beschädigung zu bilden oder zu handhaben, und darüber hinaus können sehr enge Dikkentoleranzen erforderlich sein. So kann beispielsweise für vergleichsweise kleine Spannung eine Dicke für den Metalloxid-Varistorkörper von nur zwei oder drei Mikrometer angezeigt sein. Dann kann ein Dickenfehler von nur einem Mikrometer in diesem Falle die Spannungscharakteristik um die Hälfte bis zu einem Drittel herabsetzen. Während schließlich die konventionelle Struktur gut geeignet ist, um durch Leiter befestigte diskrete Varistoren zu bilden, gibt es insbesondere bei höheren Nennspannungen viele Schaltungen, in denen durch Leiter angebrachte Varistoren scnlecht zu befestigen und bei der Wärmeabfuhr relativ unwirksam sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine hybride Schaltungsanordnung zu schaffen, die ein Matalloxid-Varistorelement in Parallelschaltung verwendet, in der die Spannungscharaktenstik von der Dicke des Metalloxidkörpers unabhängig ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein robuster und einfach gebildeter Metalloxidkörper ohne kritische Abmessungen selbst für niedrigste Spannung benutzt werden kann, bo Dabei weist die dem Metalloxid-Varistor parallel geschaltete Schaltungsanordnung einen Selbstschutz gegenüber Überlastung auf. Die Parallelschaltungsanordnung kann auch auf einfache Weise mit einer verbesserten Wärmeabfuhr von dem Varistorkörper ver- t,--, sehen werden. Schließlich kann der Varistorkörper gegen eine Veränderung seiner elektrischen Eigenschaften durch Umgebungssubstanzen geschützt werden.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert

Fig. 1 ist ein schematisches Schnittbild von dem erläuterten konventionellen Metalloxid-Varistor.

F i g. 2 ist ein schematisches Teilschnittbild von einer hybriden Varistorschaltungsanonmung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 3 ist eine schematische Teildraufsicht auf eine Hybridschaltung gemäß- einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 4 ist ein Schnittbild nach einem Schnitt entlang der Linie 4-4 in F i g. 3.

F i g. 5 ist ein schematisches Schaltbild und zeigt die Funktionselemente der in den F i g. 3 und 4 gezeigten Hybridschaltung.

F i g. 6 ist der F i g. 4 ähnlich und neigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 7 ist eine Teilschnittansicht von einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Ermüdung.

F i g. 8 ist ein Schnittbild nach einem Schnitt eintlang der Linie 8-8 in F i g. 7.

In F i g. 2 ist ein Teil einer hybriden Parallelschaltungsanordnung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Ein erster elektrischer Leiter 21 ist mit einer zweiten Hauptoberfläche 22 und einer gegenüberliegenden, zweiten Hauptoberfläche 23 versehen. Ein zweiter elektrischer Leiter 24 ist gegenüber dem ersten elektrischen Leiter seitlich beabstandet und mit einer ersten Hauptoberfläche 25 und einer zweiten, gegenüberliegenden Hauptoberfläche 26 versehen. Ein erster Körper 27 überbrückt die Leiterspaltbreite Y zwischen den seitlich beabstandeten elektrischen Leitern und ist in einem eine niedrige Impedanz aufweisenden ohmschen Kontakt mit den ersten Hauptoberflächen der elektrischen Leiter angeordnet. Ein zweiter Körper 28 dient als ein Träger für die elektrischen Leiter und ist in einem eine niedrige Impedanz aufweisenden ohmschen Kontakt mit den zweiten Hauptoberflächen der Leiter angeordnet. Ein dielektrischer Körper 29 ist in der Weise gezeigt, daß er in dem Abstand zwischen den elekrischen Leitern angeordnet und mit wenigstens einem der beiden Körper 27,28 verbunden ist.

In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der erste Körper 27 ein diskretes Funktionselement der Schaltung sein, wie z. B. ein Widerstand, ein Kondensator, eine Spule, ein Halbleiterelement oder ein monolithischer oder hybrider integrierter Schaltungsmodul. Auch wenn das diskrete Schaltungselement irgendeine einer breiten Vielzahl von konventionellen Formen annehmen kann, kann es auf jeden Fall beschämt werden, wenn eine Potentialdifferenz über den elektrischen Leitern entwickelt wird, die über einem vorbestimmte; Wert liegt. Beispielweise kann im Falle eines Widerstandes die über einem vorbestimmten Wert liegende Wärme, die durch die Leistung innerhalb des Widerstandes erzeugt wird, das diskrete Schaltungselement zerstören. In einem kapazitiven oder induktiven Element kann die dielektrische Festigkeit eines Isolierteiles überschritten werden, wodurch eine Zerstörung hervorgerufen wird. Im Falle eines Halbleiterelementes oder einer monolithischen integrierten Schaltung kann ein zerstörerischer Rückwärts-Überschlag einer Sperrschicht auftreten, die zwischen den elektrischen Leitern liegt.

Um den ersten Körper 27 gegen Spannungen über einem vorbestimmten Maximalwert zu schützen, ist der

zweite Körper 28 aus einem Metalloxid-Varistorkörper gebildet. Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, wirkt der Varistorkörper auch als ein Substrat, um die elektrischen Leiter zu tragen. Es sei bemerkt, daß die volle Dicke des Substrates nicht gezeigt ist, da diese nichts s mit den Stromleitungseigenschaften des Substrates zu tun hat, ungleich der Stituation in dem konventionellen Thyristor 1. Für den Metalloxid-Varistorkörper 28 wird vielmehr die Spannung, der für eine gegebene Stromdichte über den Elektroden standgehalten wird, durch die seitliche Leitungsspaltbreite Y bestimmt, d. h. nicht durch die Dicke des Substrates, sondern durch die seitliche Oberflächentrennung der elektrischen Leiter. Dies bedeutet, daß die Dicke des Substrates so gewählt werden kann, daß seine mechanischen Eigenschaften optimiert sind, anstatt daß sie den elektrischen Erfodernissen untergeordnet ist.

t>Cr ^jiTOTTij uCr Z*tVi3CiiCIi uCn CrS^Cn Uriu Z*A'CiiC7! CiCn trischen Leitern über den zweiten Körper auf dem parallel geschalteten Pfad geleitet wird, ist hauptsächlieh auf einen kleinen Bereich an oder unmittelbar unter der Oberfläche des Metalloxid-Varistorkörpers am Leitungsspalt beschränkt. Somit ist die Stromleitung in der erfindungsgemäßen Anordnung eine lokalisierte, in erster Linie flächenhafte Erscheinung anstelle einer gleichförmig verteilten, vorwiegend voluminösen Erscheinung, wie es bei dem konventionellen Metalloxid-Varistor der Fall ist.

Um die Oberfläche des Metalloxid-Varistorkörpers 28 innerhalb des Leitungsspaltes zu schützen, ist ein Isolierkörper 29 vorgesehen. Der Isorlierkörper ist dann nicht entscheidend, wenn die Schaltungsanordnung in einer geschützten Umgebung verwendet werden soll. Beispielsweise könnte die Anordnung 20 alleine oder zusammen mit anderen elektrischen Komponenten in ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse eingebaut werden. Da die Leitungsspaltoberfläche für die Leitungseigenschaften des Metalloxid-Varistorkörpers in der erfindungsgemäßen Anordnung am kritischsten ist, wird vorzugsweise an dieser Stelle ein Dielektrikum verwendet, um einen Schutz gegenüber in der Umgebung befindlichen Substanzen sicherzustellen, die die elektrischen Eigenschaften des Varistorkörpers ändern könnten. Zu den bevorzugten Dielektrika gehören konventionelle Halbleiter-Passivierungsmittel und verpakkende Isoliermittel. Bevorzugt wird als Isolierkörper Glas verwendet, da es höchst undurchlässig und stabil ist. Der dielektrische Körper 29 kann auf Wunsch gleichzeitig mit beiden Körpern 27 und 28 verbunden sein, um beide r.u schützen. Die gezeigte Anordnung kann auf Wunsch vollständig in ein Dielektrikum eingekapselt oder auf andere Weise durch bekannte Verfahren eingepackt werden.

Aus der vorstehend allgemein beschriebenen Erfindung wird deutlich, daß der Metalloxid-Varistorkörper im allgemeinen als ein Substrat verwendet werden kann, anstelle von Aluminiumoxid oder Berylliumoxid, die bei der Herstellung konventioneller Hybridschaltungen verwendet werden. Metalloxid-Varistorkörper sind für diesen Zweck geeignet, da sie relativ gute Warmeleiter sind, die normalerweise Wärmeleitfähigkeiten von mehr als 4,19 J/mKs (0,01 cal cm pro Sek cm^{2 0}C) besitzen. Aus der Anordnung 20 ist ersichtlich, daß eine große Fläche des ersten Körpers 27 durch die elektrischen Leiter in einer eine niedrige Impedanz bildende thermisch leitenden Relation zum zweiten Leiter 28 liegt. Es sei bemerkt, daß eine übliche Wärmesenke an einer unteren Oberfläche (nicht gezeigt) des zweiten Körpers 28 angebracht sein kann, um Wärme aufzunehmen, die während des Schaltungsbetriebes sowohl von dem ersten Körper als auch von dem zweiten Körper erzeugt wird. Die Shuntanordnung 20 ist zwar der Einfachheit halber so dargestellt, daß sie nur mit den zwischen den Körpern liegenden elektrischen Leitern versehen ist, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der eine oder beide Körper mit getrennten Elektroden versehen sein kann, die zwecks Erleichterung einer Anbringung der Körper an den elektrischen Leitern mit einer Oberfläche von ihnen verbunden sind. In den meisten Fällen ist der als ein Substrat dienende Körper direkt mit den elektrischen Leitern verbunden bzw. mit diesen verklebt, wobei der verbleibende, getragene Körper über zugehörige Zwischenelektroden verbunden ist. Es sei ferner darauf hingwiesen, daß die elektrischen Leiter aus zahlreichen Schichten unähnlicher Leiter hergestellt sein könnsii. Die Einfügung von zahlreichen leitenden Schichten zwischen den Körpern beeinflußt jedoch die Wärmeabfuhr dazwischen nicht wesentlich, da der thermische Widerstand metallischer Leiter zwischen den Körpern vergleichsweise so klein ist, daß er vernachlässigbar ist. Diese Beziehung gilt insbesondere im Hinblick auf die Tatsache, daß die Körper mit Hauptoberflächen der elektrischen Leiter verbunden sind, anstatt daß sie über begrenzte thermische Leiterpfade, d. h. evjktrische Leiterdrähte, miteinander in Bezug stehen.

Um die Erfindung der Verwendung eines Metalloxid-Varistorkörpers als ein Substrat für eine hybride Schaltungsanordnung genauer darzustellen, wird auf die F i g. 3 bis 6 einschließlich verwiesen. Da die hybriden Schaltungsanordnungen verschiedene Formen annehmen und eine große Anzahl von Funktionskomponenten aufweisen können, wird deutlich, daß es über den Rahmen hinausgehen würde, wollte man alle möglichen Hybridschaltungsapplikationen darzustellen versuchen. Demzufolge sind die dargestellten Ausführungsformen als Beispiele gedacht, um einige strukturelle und funktionelle Relationen des Varistors darzustellen, von denen eine, einige oder alle je nach Erfordernis in eine spezifische Hybridschaltung eingebaut werden kann.

In den F i g. 3 und 4 weist der Teil der gezeigten Hybridschaltung einen Metalloxid-Varistorkörper 130 auf, der als ein Substrat dient. Mit der oberen Hauptoberfläche des Substrates sind zahlreiche seitliche beabstandete Metallbahnen verbunden, d. h. elektrische Leiter, die funktionelle Teile der Schaltung miteinander verbinden sollen. Eine erste Metallbahn oder ein Leiter 131 ist mit einem ersten seitlichen Vorsprung 132 versehen, der in einem vorbestimmten seitlichen Abstand zu einem zweiten Seitenvorspning 133 einer zweiten, seitlich beabstandeten Bahn 134 angeordnet ist. Die größte Annäherung dieser zwei Bahnen befindet sich neben ihren seitlichen Vorsprüngen. Dritte und vierte Metallbahnen 135 und 136 nähern sich dem einen Ende der ersten Metallbahn, sind aber von dieser durch ein vorbestimmtes Stück seitlich beabstandet. Ein Halbleiterplättchen bzw. -chip ist mit erhöhten Punktkontakten 138 versehen, die jeweils eine der ersten, dritten und vierten Metallbahnen kontaktieren. Das Chip kann ein Transistor, ein Thyristor, eine integrierte Schaltung oder ein anderes dreipoliges Halbleiterelement sein. In diesem Zusammenhang sei auch darauf hingewiesen, daß die drei Pole lediglich zu Darstellungszwecken gezeigt sind und daß das Chip auch nur zwei Pole oder eine sehr große Anzahl von

Polen aufweisen könnte, wie es für integrierte Schaltungen typisch ist. Eine fünfte Metallbahn 139 ist von der zweiten Metallbahn seitlich beabstandet, und ein diskretes Funktionselement 140, wie z. B. ein Widerstand, Kondensator oder ein induktives Element, ist in der Weise dargestellt, daß seine entgegengesetzten Enden mit pi-sn Polen der zweiten und fünften Bahnen im ohmschen Kontakt stehen. Eine Metallelektrode 141, die auch als eine Wärmesenke dienen kann, überdeckt die untere Hauptoberfläche des Varistorkörr.ers 130.

Zur Beschreibung der Arbeitsweise des dargestellten Abschnittes der Hybridschaltung sei angenommen, daß die Trennung der ersten und dritten Bahnen und ihre größte Annäherung größer ist als die engste Annäherung der ersten und zweiten seitlichen Vorsprünge und daß die Dicke des Metalloxid-Varistorkörpers diese beiden Seitenabstände überschreitet. In diesem Fall ist ersichtlich, daß das Chip !37 durch den Abstand zwischen den ersten und dritten Bahnen gegen überhöhte Spannungswerte an ihren Klemmen geschützt ist. Sollte jedoch die stromführende Kapazität des Abstandes zwischen den ersten und dritten Bahnen über den dazwischen angeordneten Leitungsspalt an oder unmittelbar unter der Oberfläche des Varistorkörpers so angenähert werden, daß die Spannung der ersten Bahn in bezug auf diejenige der dritten Bahn ungeachtet der Shuntwirkung zu steigen beginnen, kann ein Spannungswert erreicht werden, der immer noch unter dem Wert liegt, bei dem das Chip beschädigt würde, und bei dem ein signTikanter Stromshunt zwischen den ersten und zweiten Seitenvorsprüngen auftritt. Dies sorgt für einen zusätzlichen Reserveshuntschutz zu demjenigen, der von dem Spalt zwischen den ersten und dritten Bahnen geliefert wird. Falls ungeachtet der Shuntwirkung zwischen den ersten und dritten Bahnen und zwischen den ersten und zweiten Seitenvorsprüngen die Spannung der ersten Bahn weiterhin ansteigen sollte, was auftreten könnte, wenn von der Schaltung ein großer Leistungsstoß aufgenommen wird, könnte die Schaltung dennoch durch einen beträchtlichen Stromanteil geschützt werden, der von der ersten Bahn zur Elektrode 141 parallel geleitet wird. Auf diese Weise wird das Chip 137 durch drei getrennte Strompfade geschützt, die jeweils aufeinanderfolgend wirksam werden, um das Chip vor einer Beschädigung aufgrund von transienten Spannungen zu schützen. In ähnlicher Weise wird deutlich, daß, wo eine elektrische Leistung über die zweite Bahn zugeführt wird, die ersten und zweiten Seitenvorsprünge als ein erster Shuntpfad dienen, der das diskrete Funktionselement 140 schützt, und daß die Leitung zwisehen der zweiten Bahn und Elektrode 141 als ein Reserveschutz dient.

Wenn nun angenommen sei, daß die dritten und fünften Metallbahnen 135 bzw. 139 elektrisch miteinander verbunden sind, das Chip 137 ein NPN-Transistor ist und die metallische Elektrode 141 auf Erdpotential liegt, dann ist ersichtlich, daß der in den F i g. 3 und 4 dargestellte Hybridschaltungsteil in der in Fig. 5 gezeigten Weise dargestellt werden kann. Die Verwendung eines einzelnen Metalloxid-Varistorkörpers als ein Substrat 130 erfüllt die gleiche Funktion wie wenigstens fünf diskrete Varistoren und übt weiterhin die Funktionen der räumlichen Anbringung und der Wärmeabfuhr des Substrates aus. Genauer gesagt, wird die Funktion des diskreten Varistors 142, der über den Emitter und Kollektor des Chips geschaltet dargestellt ist, an der Leitungsspaltoberfläche ausgeübt, die die ersten und dritten Metallbahnen unter dem Chip trennt Dieser Vari stor leitet höhere Ströme bei niedrigeren Spannungen als alle übrigen Varistoren. Die Funktion des diskreten Varistorsl43 zwischen den ersten und zweiten Metallbahnen wird an dem Leitungsspalt zwischen den Vorsprüngen 132 und 133 auf diesen Bahnen ausgeübt. Der Varistor 143 leitet keine nenneswerten Ströme, bis ein Spannungswert über demjenigen Wert erreicht ist, bei dem der Varistor 142 nenneswerte Ströme zu leiten beginnt. Die Varistoren 144, 145 und 146, die alle bei gleichen Spannungswerten nennenswerte Ströme zu leiten beginnen, stellen die Strompfade durch das Metalloxid-Varistorsubstrat zur Metallelektrode 141 dar. Diese Varistoren leiten nur dann nennenswerte Ströme, nachdem ein Spannungswert erreicht worden ist, bei dem die Varistoren 142 und 145 schon nennenswerte Ströme zu leiten begonnen haben. Es sei bemerkt, daß in der Schaltung zwei zusätzliche Varistoren hin- ίι»μ·(Ϊ'μ»Ι itiar/idr» IfÄnnidn s4·» rtan DtpiptettAr rrwt Hern

Emitter und dem Kollektor des Transistors verbinden. Ob die diese zusätzlichen Varistorfunktionen vorhanden sind oder nicht, hängt selbstverständlich von dem gewählen Abstand für die vierte Metallbahn 136 in bezug auf die ersten und dritten Metallbahnen 131 und 135 ab.

In F i g. 6 ist ein etwas modifiziertes Ausfuhrungsbeispiel gegenüber der in Fig. 4 dargestellten Hybridschaltung gezeigt. Ein dielektrischer Träger 150 irgendeiner üblichen Art ist in der Weise gezeigt, daß er mit einem Varistorkörper 151 versehen ist, der neben seiner oberen Fläche angeordnet ist. Erste und zweite Metallbahnen 152 und 153 sind seitlich getrennt und bilden nahe der oberen Fläche des Varistorkörpers einen Leitungsspalt. Ein Chip 155, das mit dem Chip 137 identisch sein kann, ist mit den ersten und zweiten Bahnen über dem Leitungsspalt verbunden. Die Wirkungsweise der in F i g. 6 gezeigten Hybridschaltung ist ähnlich wie die der in F i g. 4 gezeigten Schaltung, außer daß es kein Element gibt, das der Elektrode 141 entspricht, die für einen Spannungsstoß-Reserveschutz sorgt. Die Unterfiäche des Metalloxid-Varistorkörper könnte in dem in F i g. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Elektrode versehen sein, um diese Funktion auszuüben. In diesem Falle würde es selbstverständlich vorzuziehen sein, daß die Dicke des Metalloxid-Varistorkörpers größer ist als die Leitungsspaltbreite zwischen den Metallbahnen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfin-. dung kann die in F i g. 2 gezeigte Hybridschaltungs-Shuntanordnung 20 eine Form haben, in der der erste Körper 27 ein Metalloxid-Varistorkörper und der zweite Körper 28, der das Substrat bildet, ein diskretes Funktionselement sein kann, wie z. B. ein Widerstand, ein Kondensator, ein induktives Element, ein Halbleiterelement oder ein monolithischer oder hybrider integrierter Schaltungsmodul. Eine spezielle Darstellung einer derartigen Anordnung, in der ein Halbleiterelement, das ein Teil einer monolithischen integrierten Schaltung sein kann, das Substrat bildet, ist in den F i g. 7 und 8 gezeigt. Die Hybridschaltuns-Shuntanordnung 70 ist aus einem Halbleiterelement 71 mit einem darin ausgebildeten PN-Übergang 72 hergestellt. Eine erste Elektrode 73 mit einer ersten Hauptoberfläche 74 und einer zweiten Hauptoberfläche 75 ist in einem Ohmschen Kontakt mit dem P-leitenden Teil des Halbleiterelementes entlang seiner zweiten Hauptoberfläche angeordnet. In gleicher Weise ist ein zweiter elektrischer Leiter mit einer ersten Hauptoberfläche 77 und einer zweiten Hauptoberfläche 78 in einem ohmschen

Kontakt mit dem N-leitenden Teil des Halbleiterelementes entlang seiner zweiten Hauptoberfläche angeordnet. Die Leiter sind seitlich beabstandet, und ein dielektrisches Übergangs-Passivierungsimittel 79 ist in dem Leitungsspalt zwischen den Leitern angeordnet. Die übrige Struktur des Halbleiterelemenles ist nicht dargestellt, da sie "ir die erfindungsgemäße Anordnung unerheblich ist und irgendeine zwechmäßige Form besitzen kann.

Ein Metallbxid-Varistorkörper 80 ist hochkant angeordnet, so daß er über dem Teil der ersten und zweiten elektrischen Leiter unmittelbar neben dem Leitungsspalt liegt. Zwischen dem Varistorücörper und jedem der elektrischen Leiter ist eine elektrische Zwischenverbindung mit geringer Impedanz ausgebildet. Um den aktiven Randteil des Varistorkörpers zu schützen, der über dem Leitungsspalt zwischen den elektri-

sehen Leitern Met;", ist mit diesen ein dielektrischer Überzug 81 aus einem Passivierungsmittel verbunden, der als ein Glasüberzug gezeigt ist. Es sei bemerkt, daß die hochkante Anordnung des Varistorkörpers nicht notwendig, sondern zweckmäßig ist, da sie eine Befestigung des Varistorkörpers an den elektrischen Leitern gestatten kann, während sie von vornherein nur eine minimale Fläche der Halbleiteroberfläche erfordert. Weiterhin kann durch die hochkante Anbringung des Varistorkörpers, so daß er in bezug auf das Halbleiterelement quer angeordnet ist, die Wärmeabfuhr von dem Varistorkörper verbessert werden, da ein größerer Anteil des Varistorkörpers gegenüber der Umgebungsatmosphäre freiliegt. Schließlich sei daraufhingewiesen, daß sich ein Teil des Varistorkörpers nach außen durch irgendeine Verpackung hindurch erstrecken könnte, die zum Schutz des Halbleiterelements verwendet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Metalloxid-Varistorelement aus einem Metalloxid-Varistorkörper mit einem alpha-Wert von mehr als 10 im Stromdichtenbereich von 1(H bis 10² A/cm² und einer ersten sowie einer zweiten Hauptoberfläche, wobei die zweite Hauptoberfläche im Abstand von der ersten Hauptoberfläche liegt, und mit mindestens einer ersten sowie einer zweiten ι ο Elektrode auf dem Körper, wobei die erste und die zweite Elektrode mit ohmschem Kontakt an der gleichen Hauptoberfläche angebracht sind und einen seitlichen Abstand voneinander haben, der einen Leitungsspalt zwischen ihnen auf der genannten Hauptoberfläche bildet, dessen Minimalbreite einerseits geringer ist als die senkrecht'zur genannten Hauptoberfläche gemessene Dicke des Varistorkörpers, andererseits aber noch so groß ist, daS für den gewÜEÄjhten Spannungswert die Durchschlagsfeldstärke sieht überschritten wird (nach DE-PS 22 35 783), dadurch gekennzeichnet, daß in dem Leitungsspalt (Y) eine elektronische Schaltungsvorrichtung (27; 137, 71) angeordnet ist, die elektrisch und mechanisch mit den ersten und zweiten Elektroden (21,24; 131,135; 73,76) verbunden und dem Varistorkörper 0*; 130; 151; 80) elektrisch parallel geschaltet ist.

2. Metalloxid-Varistorelemcnt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische jo SchaitungsvoTrichtung (27; 137; 71) eine diskrete Vorrichtung ist.

3. Metalloxid-Varisturelemcat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnev, daß die Schaltungsvorrichtung (27) mit dem Varistork«. .per (28) und den Elektroden (21, 24) als eine monolithische oder hybride integrierte Schaltung gebildet ist.

4. Metalloxid-Varistorelement nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsvorrichtung (27) ein Halbleiter ist.

5. Metalloxid-Varistorelement nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsvorrichtung (27) ein Widerstand ist.

6. Metalloxid-Varistorelement nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsvorrichtung (27) ein Kondensator ist.

7. Metalloxid-Varistorelement nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsvorrichtung (27) ein induktives Element ist. 5J

8. Metalloxid-Varistorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Leitungsspalt (Y) ein Dielektrikum (29; 79) angeordnet ist, das an dem Varistorkörper (28; 80) zwischen den Verbindungen mit den Elektroden (21, 24; 73, 76) angebracht ist.

9. Metalloxid-Varistorelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (29; 79) den Leitungsspalt (Y) vollständig überdeckt.

10. Metalloxid-Varistorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistorkörper (151) zusätzlich einen damit verbundenen dielektrischen Träger (150) entlang seiner einen Hauptoberfiäche aufweist. b5

11. Metalloxid-Varistorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistorkörper (130) als ein Substrat dient, das in einem leitenden Kontakt mit den ersten und zweiten Elektroden (21, 24) ist.

12. Metalloxid-Varistorelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (29; 79) aus einem Glasüberzug besteht

13. Metalloxid-Varistorelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistorkörper (80) zwischen seinen Verbindungen mit den ersten und zweiten Elektroden (73, 76) nut einer Sperrschicht (72) versehen ist.

14. Metalloxid-Varistorelement nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat in einer monolithischen integrierten Schaltung enthalten ist.

15. Metalloxid-Varistorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine thermische Leitfähigkeit von wenigstens 4,19 J/mKs (0,01 cal cm/sec cm^{2 0}C) besitzt und femer eine Wärmesenke aufweist, die thermisch leitend mit der zweiten Hauptoberfläche (22) verbunden ist.