DE4301552A1 - Integrierte Leistungswiderstandsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Leistungswider­ standsanordnung

Integrierte elektronische Schaltungen sind im allgemeinen auf möglichst geringe Verlustleistung ausgelegt. Es gibt aber auch Fälle in denen eine Verlustleistung gewollt ist, beispielsweise zur Vernichtung energiereicher Störimpulse in Schutzschaltungen an Eingängen gefährdeter Schalt­ kreise. Günstig ist es, wenn die zur Umsetzung der Störim­ pulsenergie in Wärme benötigten Leistungswiderstände evtl. in Verbindung mit weiteren Schaltungselementen ebenfalls in integrierter Bauweise zur Verfügung stehen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine vorteilhafte in­ tegrierte Leistungswiderstandsanordnung anzugeben.

Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den Pa­ tentansprüchen 1 und 4 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Die Lösungen sind einzeln oder vorzugsweise in Kombination einsetzbar.

Die Erfindung ist nachfolgend an Ausführungsbeispielen un­ ter Bezugnahme auf die Abbildung noch eingehend erläutert.

In der skizzierten Anordnung ist ein integrierter Lei­ stungswiderstand durch vier parallele Widerstandsbahnen B1, B2, B3, B4, z. B. aus dotiertem Polysilizium oder einem anderen integrierbaren Widerstandsmaterial auf einem iso­ lierenden Substrat realisiert. Die in ihrem Längsverlauf gegeneinander isolierten Widerstandsbahnen sind an den Bahnenden durch Anschlußflächen AI bzw. AII kontaktiert und untereinander und mit anderen Schaltungsteilen verbun­ den. Der Widerstandswert zwischen AI und AII ergibt sich aus der Parallelschaltung der Teilwiderstände der vier Wi­ derstandsbahnen. Eine zwischen den Anschlußflächen AI, AII anliegende Spannung führt zu Strömen durch alle vier Wi­ derstandsbahnen und infolge der Verlustleistung zu einer Erhitzung der Widerstandsbahnen. Die Verlustwärme wird über Substrat und Deckschicht abgeführt, wobei die Randbe­ dingungen aber für die inneren Bahnen B2, B3 anders sind als für die äußeren Bahnen B1, B4. Die Widerstandsbahnen sind nun so dimensioniert, daß die flächenbezogene Ver­ lustleistung im Bereich der inneren Bahnen geringer ist als im Bereich der äußeren Bahnen. Hierzu sind vorzugs­ weise die inneren Bahnen B2, B3 wie skizziert länger aus­ geführt als die äußeren Bahnen B1, B4. Dies führt zu einer Verdrängung der Verlustleistung von den inneren zu den den äußeren Teilwiderständen und damit zu einem Aus­ gleich der Temperaturbelastung aller Widerstandsbahnen. Eine schmälere Ausführung der inneren gegenüber den äuße­ ren Bahnen oder eine Vergrößerung des gegenseitigen Ab­ stands der inneren Bahnen führt zu einer Verringerung der auf die Substratfläche bezogenen mittleren Flächenlei­ stung.

Die Verteilung der in den Widerstandsbahnen entstehenden Verlustwärme auf eine größere Fläche wird unterstützt durch eine die Widerstandsbahnen überdeckende Wärmeleitschicht M, die wegen der gewünschten guten Wärmeleiteigenschaften aus Metall, vorzugsweise Aluminium besteht. Die metalli­ sche Schicht ist dielektrisch gegen die Widerstandsbahnen isoliert. Die Wärmeleitschicht ist in quer zur Bahnen­ längsrichtung liegende Streifen MS unterteilt, die durch Isolationsfugen F voneinander getrennt sind. Hierdurch können zu hohe Potentialdifferenzen zwischen von einer einheitlichen geschlossenen Wärmeleitfläche überdeckten Punkten der Widerstandsbahnen und dadurch u. U. verursachte Durchbrüche durch die Isolierschicht, insbesondere bei starker Erhitzung, vermieden werden.

An den Kreuzungspunkten K von Isolationsfugen F und Wider­ standsbahnen steigt wegen fehlender Wärmeleitschicht die Temperatur bei Belastung wesentlich stärker als in den überdeckten Abschnitten der Bahnen. Vorteilhafterweise sind daher die Isolationsfugen schräg gegen die Bahnenlängsrichtung verlaufend ausgeführt, so daß die Kreuzungspunkte einer Isolationsfuge von einer Bahn zur nächsten in Längsrichtung der Bahnen gegeneinander ver­ setzt auftreten und der minimale Abstand benachbarter Kreuzungspunkte gegenüber senkrecht zu den Bahnen verlau­ fender Isolationsfugen deutlich erhöht ist.

Im skizzierten Beispiel sind die Metallstreifen MS als ge­ rade Streifen ausgeführt, die vorzugsweise alle Wider­ standsbahnen überdecken. Die Bemessung von Neigungswinkel und Breite der Streifen können an den Erfordernissen des Einzelfalls ausgerichtet werden.

Claims (8)

1. Integrierte Leistungswiderstandsanordnung mit minde­ stens drei parallelen Widerstandsbahnen, die so dimensio­ niert sind, daß die flächenbezogene Verblustleistung im Bereich der mittleren Bahn(en) geringer ist als im Bereich der äußeren Bahnen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnlänge von außen nach innen zunimmt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bahnbreite von außen nach innen abnimmt.

4. Integrierte Leistungswiderstandsanordnung mit mehreren parallelen Widerstandsbahnen und einer die Widerstands­ bahnen zumindest teilweise überdeckenden und gegen diese isolierten metallischen Wärmeleitschicht (M), die in durch quer zur Bahnenlängsrichtung verlaufende, durch Isolati­ onsfugen (F) getrennte Streifen (MS) unterteilt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsfugen schräg zur Längsrichtung der Wider­ standsbahnen verlaufen in der Art, daß die Kreuzungspunkte (K) einer Isolationsfuge mit unmittelbar benachbarten Widerstandsbahnen in Bahnenlängsrichtung versetzt sind.

6. Anordnung nach A4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen über alle Widerstandsbahnen verlaufen.

7. Integrierte Leistungswiderstandsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und einem der Ansprüche 4 bis 6.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahnen aus polykristal­ linem Silizium bestehen.