DE4339790A1 - Hochspannungsfestes Präzisions-Dickschicht-Widerstandspaar mit Sicherungsverhalten - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein impulsfestes Dickschicht-Wider­ standspaar bzw. -Doppelpaar mit definiertem Sicherungsver­ halten, beispielsweise für den Einsatz in Verbindung mit integrierten Leitungseingangsschaltungen in nachrichtentech­ nischen Einrichtungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß die symmetrischen Schnittstellenschal­ tungen zwischen elektronischen Einrichtungen und externen Leitungen, beispielsweise bei nachrichtentechnischen Ein­ richtungen, dem schädlichen Einfluß von Fremdspannungen ausgesetzt sein können. Hier können sowohl relativ hohe Stromimpulse als auch relativ niedrige galvanisch eingespei­ ste Fremddauerströme auftreten.

Den Schnittstellenschaltungen sind engtolerierte, hochspan­ nungsfeste, niederohmige Widerstandselemente vorgeschaltet, die den Impulsen widerstehen, bei auftretenden Dauerströmen jedoch zu einer Unterbrechung führen müssen. Für derartige Widerstandselemente gibt es verschiedene Realisierungsversu­ che, die jedoch erhebliche Nachteile aufweisen.

Bekannt ist ein Dickschicht-Schutzwiderstand (DD WP 259 490 A1; HO1C 7/13), bei dem der eigentliche Widerstand als konventioneller Dickschichtwiderstand ausgebildet ist und die Sicherungswirkung durch eine gedruckte Leitbahnengstelle erzeugt wird. Diese Systemgestaltung ist von erheblichem Nachteil, da einerseits die große zusammenhängende Wider­ standsfläche nicht die geforderte schnelle und reproduzier­ bare Sicherungswirkung in Form eines elektrischen Durch­ bruchs oder mechanischen Bruchs erzeugt, andererseits die niederohmige Leitbahn mit der beschriebenen Engstelle bei Einsatz von Standard-Dickschicht-Technologie nicht reprodu­ zierbar herstellbar ist, da hier auf Grund der Niederohmig­ keit nur eine sehr geringe Stegbreite erforderlich ist, die höchstens mit einer Feinlinien-Dickschichttechnik realisiert werden kann.

Bekannt ist weiterhin ein Schutzwiderstand, der nur aus niederohmiger Paste, speziell AgPd-Leitpaste, besteht (WP DD280 623 A1; HO1C 7/00). Dieses System ist nicht in der geforderten Präzision herstellbar, da diese Pasten gegenüber Widerstandspasten einen um mehr als eine Größenordnung schlechteren Temperaturkoeffizient haben, was für einen Präzisionswiderstand nicht tolerierbar ist. Die Technologie zur Herstellung basiert weitgehend auf einer Strukturierung pro Einzelwiderstand, was eine sehr unökonomische Produkti­ onsvariante darstellt. Darüber hinaus gibt es bei diesem durchgängig niederohmigen System keine definierte Sollbruch­ stelle.

Weiterhin führt die durchgängige Niederohmigkeit dieses Systems zwangsläufig zu sehr großen Abmessungen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein hochpräzises, hochintegrier­ tes und hoch belastbares Widerstandssystem mit definiertem Durchbruchverhalten und hoher Reproduzierbarkeit ökonomisch herstellbar zu gestalten.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Standard-Dick­ schicht-Technologie ein Widerstandspaar bzw. -Doppelpaar herzustellen, das hochspannungsfest, eng toleriert und mit einem definierten Sicherungsverhalten ausgestattet ist. Es wird weiterhin gefordert, daß auch nach einer Hochspannungs- Impulsbelastung nur sehr geringe Wertedriften eintreten. Darüber hinaus sollen die Widerstände, gemäß den technisch relevanten Einsatzfällen, in einer relativ großen Bandbreite bei vergleichbarer Anordnung der Systeme herstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Reihenschaltung, bestehend aus einer höherohmigen Wider­ standskomponente und einer niederohmigen Leitkomponente realisiert wird. Dabei wird die Widerstandskomponente als Mäander ausgebildet und die Leitkomponente in Form eines Gitters sowie zusätzlicher Kurzschlußstege und Lötflächen. Das Gesamtsystem wird mit einer hochisolierenden Schicht abgedeckt.

In einer Variante erfolgt die Abdeckung in zwei Schritten. Im ersten Schritt werden die Abgleichbereiche nicht abge­ deckt, dann erfolgt der Abgleich und danach erst die Ab­ deckung dieser Bereiche. Die Abgleichbereiche werden dann nach dem Abgleich ebenfalls mit einer hochisolierenden Ab­ deckung versehen.

Eine weitere Variante besteht in der Herstellung von Wider­ stands-Doppelpaaren. Hier wird auf der Vorder- und Rückseite des Substrates jeweils ein Widerstandspaar angeordnet.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung gelingt es, Dickschicht- Widerstandselemente in Standardtechnologie herzustellen, die sowohl ewig toleriert sind, andererseits jedoch hoch impuls­ belastbar, da der Abgleich nur über die Abgleichstege und das Gitter erfolgt und die hochisolierende Abdeckung Über­ schläge ausschließt.

Desweiteren wird ein definierter Sicherungseffekt durch die konkrete Gestaltung des Widerstandsbereichs als Mäander erreicht.

Die Herstellung erfolgt im normalen Siebdruckverfahren, der Abgleich mittels Laser-Standardabgleich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert.

Die dazugehörige Zeichnung zeigt ein erfindungsgemäßes Dick­ schicht-Widerstandspaar auf einem Substrat 1, mit Anschluß­ flächen 2, niederohmigem Gitter 3, Kurzschlußstegen 4 und Widerstandsstrukturen 5. Die Widerstandsstrukturen 5 sind als Mäander ausgebildet. Das Gesamtsystem ist mit einer hochisolierenden Abdeckung (6) versehen.

Der Aufbau für das dargestellte System ist der folgende:

Die niederohmigen Strukturen 2, 3, 4 werden zusammenhängend gedruckt und eingebrannt. Danach erfolgt der Druck und Ein­ brand der Widerstandsstrukturen 5. Als nächster Schritt wird über das Gesamtsystem, mit Ausnahme der Lötflächen 2, eine hochisolierende Glasabdeckung 6 gedruckt und eingebrannt.

Daran schließt sich der Abgleich an, der in der Weise er­ folgt, daß mittels Laser zuerst die Kurzschlußstege 4 durch­ trennt werden, bis ein Wertebereich erreicht ist, der hin­ reichend nahe am Zielwert liegt. Der Präzisionsabgleich erfolgt dann im Gitter 3.

Durch dieses Verfahren ist es durch das erfindungsgemäße System möglich, sowohl technologische Schwankungen auszu­ gleichen und damit eine ökonomische Fertigung zu realisieren als auch den Abgleich auf bestimmte Widerstandsbereiche und das Gitter zu verteilen.

Da im Gitter nur der eigentliche Präzisionsanteil des Ab­ gleichs erfolgt, kann dieses relativ klein gehalten und damit auch die elektrischen Eigenschaften des Gesamtsystems, insbesondere die Drift und der Temperaturkoeffizient opti­ miert werden. Die erfindungsgemäße Anordnung führt damit zu einer wesentlichen Verbesserung der Langzeitstabilität der Systeme.

In einer Variante werden neben den Lötflächen 2 auch die für den Abgleich erforderlichen Bereiche 3 und 4 vor dem Ab­ gleich nicht abgedeckt. Die Abdeckung erfolgt hier erst nach erfolgtem Abgleich, beispielsweise mit einem hochisolieren­ den organischen Polymer.

Das beschriebene System kann fast identisch - nur mit ent­ sprechend verschobener Anordnung der Lötflächen 2 - auf der Vorder- und Rückseite des Substrates 1 angeordnet werden. Dabei wird ein erheblicher ökonomischer Effekt durch Einspa­ rung einerseits eines Hybridsystems und andererseits von Platz auf der Leiterplatte erreicht sowie die Fertigung der Leiterplatte optimiert.

Die Impulsfestigkeit trotz hoher Präzision ist durch den Abgleich, die konkreten Strukturen und die Abdeckungen ge­ währleistet. Der Sicherungseffekt tritt reproduzierbar im Bereich des Mäanders ein, da sich hier definierte thermische und elektrische Bedingungen einstellen, die zu einem Durch­ bruch führen.

Da die Gesamtsystemkonfiguration sowohl über die geforderte Bandbreite als auch bei unterschiedlichen Varianten im we­ sentlichen gleich bleibt, ist eine Reproduzierbarkeit dieses Verhaltens bei erfindungsgemäßer Anordnung über das gesamte Fertigungsprofil gewährleistet.

Durch die eingesetzten Materialien ist auch bei hoher Bela­ stung des Systems eine Brandgefahr ausgeschlossen.

Claims (3)

1. Hochspannungsfestes Präzisions-Dickschicht-Widerstands­ paar mit Sicherungsverhalten dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtsystem als Paar bzw. Doppelpaar aufgebaut ist und aus einer impulsbelastbaren hochohmigeren Wider­ standskomponente (5) und einer niederohmigeren, lötfähi­ gen Leitkomponente (2, 3, 4) besteht, wobei die nieder­ ohmigere Komponente teilweise als Gitter (3) und teil­ weise in Form von Kurzschlußstegen (4) ausgebildet ist und zusätzlich das Gesamtsystem mit Ausnahme der Löt­ flächen (2) mit einer hochisolierenden Schicht (6) abge­ deckt wird.

2. Hochspannungsfestes Präzisions-Dickschicht-Widerstands­ paar mit Sicherungsverhalten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das erfindungsgemäße System entweder nur auf der Vorderseite des Substrates als Einfach- Widerstandspaar oder auf der Vorder- und Rückseite des Substrates als Doppel-Widerstandspaar angeordnet ist.

3. Hochspannungsfestes Präzisions-Dickschicht-Widerstands­ paar mit Sicherungsverhalten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das System mit Ausnahme der für den Abgleich notwendigen Bereiche (3, 4) und der Lötflächen (2) mit einer hochisolierenden Glasschicht abgedeckt wird, wobei die für den Abgleich notwendigen Bereiche nach dem Abgleich ebenfalls mit einer isolierenden Ab­ deckung versehen werden.