DE9319473U1

DE9319473U1 - Hybridschaltungsanordnung

Info

Publication number: DE9319473U1
Application number: DE9319473U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2003-12-18
Also published as: EP0665560A3; EP0665560A2; ATE191581T1; EP0665560B1; US5581227A; DE59409274D1

Description

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Siemens Aktiengesellschaft

Hybridschaltungsanordnung
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Die Erfindung betrifft eine Hybridschaltungsanordnung mit einer mindestens einseitig auf einem plattenförmigen Schaltungsträger aus Glas oder Keramik aufgebrachten Widerstandsschicht.

Elektrische Schaltkreise mit integrierten Widerständen, die beispielsweise als Vorwiderstände in öffentlichen Telefonvermittlungs-Anlagen eingesetzt werden, werden üblicherweise in Dickschicht- oder Dünnfilmtechnik hergestellt. Derartige Schichtschaltungen sollen in der Praxis mit kurzzeitigen großen elektrischen Leistungen belastbar sein, wie sie insbesondere im Zusammenhang mit Netzstörungen auftreten.

Bekannte, bereits auf dem Markt erhältliche Schichtschaltungen mit einem ca. 1 mm dicken AI2O3-Substrat mit beidseitig aufgebrachter Widerstandsschicht können mit ca. 2 kW, 100 ms belastet werden, danach entsteht ein Substratbruch. Dabei ist nicht nur die relativ geringe Kurzzeitbelastbarkeit, sondern auch die bisher beim Bruch auftretende Fragmentbildung pro-5 blematisch, da sie zu unkontrolliert in der Baugruppe sich verteilenden, ggf. sogar leitenden Splittern führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hybridschaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine erheblich vergrößerte Kurzzeitlast aufweist, und bei der zusätzlich, bei noch höheren Belastungen, eine Fragmentbildung verhindert ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf mindestens einer Seite des Schaltungsträgers (Substrat) ein Keramikstreifen von mindestens nahezu gleichgroßer Fläche in gut wärmeleitender Weise befestigt ist.

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Durch einen beispielsweise rückseitig auf einen AI2O3-Schaltungsträger von 1 mm Dicke aufgeklebten Keramikstreifen aus dem gleichen Material und mit etwa gleicher Dicke gelingt es, die Kurzzeitlast der Schichtschaltung ohne Änderung der eigentlichen Schaltung nahezu zu verdoppeln. Während die primäre Funktion des Keramikstreifens in der Bereitstellung zusätzlicher Wärmekapazität liegt, muß bei der Auswahl des Materials weiterhin auf ein ähnliches thermisches Ausdehnungsverhalten wie beim Schaltungsträger geachtet werden. Darüber hinaus kann die Funktion einer Wärmesenke im Kurzzeitbereich nur durch Keramikmaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit erfüllt werden. Um Durchschläge zu vermeiden, ist ferner auf die Isoliereigenschaften zu achten. Versuche, die Wärmekapazität unmittelbar durch Vergrößerung der Dicke des Schaltungsträgers selbst zu erhöhen, führten nur in engen Grenzen zum Erfolg, da im Rahmen der Standardschichttechnik Bearbeitungsschwierigkeiten, beispielsweise beim Durchkontaktieren, auftraten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

FIG 1 bis 4 vier verschiedene Ausgestaltungen einer

erfindungsgemäßen Hybridschaltungsanordnung, jeweils in Seitenansicht, FIG 5 und 6 in seitlicher Draufsicht zwei weitere Ausgestaltungen der Erfindung,

FIG 7 die gegen die Zeit aufgetragenen Belastbarkeitskurven einer bekannten und einer erfindungsgemäßen Schichtschaltung.

In FIG 7 ist die Belastbarkeit eines bekannten Schaltungsträgers im Vergleich zu einem erfindungsgemäß mit einem Keramikstreifen versehenen Schaltungsträger in Abhängigkeit von der

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Zeit dargestellt. Wichtig für die Anwendung ist vor allem der große Unterschied im Kurzzeitbereich, also bei etwa 0,1 see. Eine noch höhere Belastung führt dann zwar zur Unterbrechung der Leiterbahnen bzw. Schichtwiderstände durch Risse in den Schichten oder im Schaltungsträger. Der den gerissenen Schaltungsträger mindestens von einer Seite her zusammenhaltende Keramikstreifen verhindert jedoch eine Fragmentbildung.

In FIG 1 ist ein Schaltungsträger 1 mit beispielsweise beidseitig aufgebrachten Schichtwiderständen 2, die vollflächig oder mäandriert sein können, dargestellt. Die Verbindung der beiden Schichtseiten erfolgt über Durchkontaktierungen 3. Der Außenanschluß 4 ist in Single-in-Line(SIL)-Version ausgeführt. Rückseitig ist ein Keramikstreifen 6 in Schaltungsträgerdicke mit einem Wärmeleitkleber 5 befestigt. Die in FIG 1 dargestellte Ausführung, die dem Diagramm gemäß FIG 7 entspricht, ist besonders kostengünstig. Die Kurzzeitlast kann weiter verbessert werden, indem der Keramikstreifen 6 dicker ausgeführt ist und/oder aus Berylliumoxid oder Aluminiumni-0 tridkeramik besteht.

In FIG 2 ist eine Ausführung mit Dual-in-Line-Anschlußversion 7 und einer zusätzlichen Umkontaktierung durch einen Anschlußkamm 8 dargestellt. Die Rückseitenkeramik 6 ist erheblieh dicker als der Schaltungsträger 1 und außerdem etwas kleiner als dieser, so daß der Schaltungsträger 1 mit seinem Randbereich über die Fläche des Keramikstreifens 6 hinaussteht und dort mittels der Anschlußkämme 8 kontaktierbar ist. Ferner ist eine Thermosieherung 10 dargestellt, die bei zu großer Langzeitbelastung die elektrische Spannung der Schaltungsanordnung unterbricht. Die Thermosicherung 10 ist in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß die zuvorbehandelten Netzstörungen zu kurz sind, um zu einem Schmelzen bzw. Auslöten der Sicherung zu führen. Andererseits ist die Thermosicherung 10 so ausgelegt, daß sie bereits bei einer Langzeitbelastung mit etwa 600 V auslöst und die Schaltungsanordnung elektrisch unterbricht.

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In FIG 3 ist eine SIL-Ausführung mit beidseitig aufgebrachten Wärmeentlastungs-Keramikstreifen 6 dargestellt. Mit dieser Ausführung ist eine weitere Erhöhung der Kurzzeit-Belastbarkeit möglich, wobei für eine eventuelle Thermosicherung eine Ausnehmung im jeweiligen Keramikstreifen 6 vorzusehen ist. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist in FIG 4 dargestellt. Dabei ist der Keramikstreifen 6 höchstens 0,5, vorzugsweise jedoch nur etwa 0,1 mm dick. Er wird jedoch durch ein an seiner vom Schaltungsträger 1 abgewandten Seite in gut in wärmeleitender Weise befestigtes Metallprofil, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, ergänzt.

FIG 5 und 6 zeigt jeweils die Ausgestaltung der Außenan-Schlüsse 4 als eine an sich bekannte, fertigungstechnisch günstige Standhilfe, wie sie bei allen Ausgestaltungen der Erfindung Verwendung finden kann. In FIG 5 ist eine flächig zwischen sich parallel zur Längsrichtung des Schaltungsträgers 1 erstreckende Leiterbahnen 11 und 12 aufgebrachte Widerstandsschicht 2 dargestellt, wobei die Anschlußflächen 13 für die Außenanschlüsse 4 an einer Längsseite des Schaltungsträgers 1 angeordnet sind. Die dargestellte Kontaktierung der Schichtwiderstände 2 am Anschluß 13 und gegenüberliegend 14 ist vorteilhaft, da absichtlich beim Bruch des Schaltungsträgers 1 durch eine zu hohe Kurzzeitbelastung die Leiterbahn 15 unterbrochen wird, was eine sofortige Abschaltung der thermischen bzw. elektrischen Überlast für die Baugruppe bewirkt. In FIG 6 ist eine Ausführung dargestellt, in der die Widerstandsschicht 2 mäandriert ist und an den Kurven Umleitungen 16 mit erheblich geringerem Flächenwiderstand aufweist. Dies dient zur Absicherung der notwendigen Stoßspannungsfestigkeit von mehr als 1 kV.

Claims

&iacgr; 8 5 9 DE Schut zansprüche

1. Hybridschaltungsanordnung mit einer mindestens einseitig auf einem plattenförmigen Schaltungsträger aus Glas oder Keramik aufgebrachten Widerstandsschicht,

dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Seite des Schaltungsträgers (1) ein Keramikstreifen (6) von mindestens nahezu gleichgroßer Fläche in gut wärmeleitender Weise befestigt ist. 10

2. Hybridschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Material des Keramikstreifens (6) aus der Gruppe Aluminiumoxid, Berylliumoxid und Aluminiumnitrid ausgewählt ist. 15

3. Hybridschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der Keramikstreifen (6) mittels Wärmeleitkleber (5) befestigt ist.
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4. Hybridschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsträger (1) und der Keramikstreifen (6) beide aus Aluminiumoxid bestehen und beide etwa 1 mm dick sind.

5. Hybridschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikstreifen (6) höchstens 0,5, vorzugsweise etwa 0,1 mm dick ist und daß an seiner vom Schaltungsträger (1) abgewandten Seite ein Metallprofil in gut wärmeleitender Weise befestigt ist.

6. Hybridschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß

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die Widerstandsschicht (2) mäandriert ist und an den Kurven Umleitungen (16) mit erheblich geringerem Flächenwiderstand aufweist.

7. Hybridschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (2) flächig zwischen sich parallel zur Längsrichtung des Schaltungsträgers(1) erstreckenden Leiterbahnen (11, 12) aufgebracht ist, wobei Anschlußflächen (13) an einer Längsseite des Schaltungsträgers (1) angeordnet sind.

8. Hybridschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht(2) über Leiterbahnen (15) mit im Randbereich des Schaltungsträgers (1) angeordneten Anschlußflächen (13) verbunden ist, wobei dieser Randbereich über die Fläche des Keramikstreifens (6) heraussteht und mittels Anschlußkämmen kontaktierbar ist.

9. Hybridschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Schaltungsträger (1) eine mit der Widerstandsschicht (2) elektrisch verbundene Thermosicherung (10) angeordnet ist.