EP0665560B1 - Hybridschaltungsanordnung - Google Patents

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EP0665560B1
EP0665560B1 EP94119166A EP94119166A EP0665560B1 EP 0665560 B1 EP0665560 B1 EP 0665560B1 EP 94119166 A EP94119166 A EP 94119166A EP 94119166 A EP94119166 A EP 94119166A EP 0665560 B1 EP0665560 B1 EP 0665560B1
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EP
European Patent Office
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circuit carrier
resistive layer
circuit
ceramic
ceramic strip
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EP94119166A
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English (en)
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EP0665560A3 (de
EP0665560A2 (de
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Karl-Gerd Dipl.-Ing. Drekmeier (Fh)
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TE Connectivity Solutions GmbH
Original Assignee
Tyco Electronics Logistics AG
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Publication date
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Publication of EP0665560A3 publication Critical patent/EP0665560A3/de
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/01—Mounting; Supporting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/08—Cooling, heating or ventilating arrangements
    • H01C1/084—Cooling, heating or ventilating arrangements using self-cooling, e.g. fins, heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a hybrid circuit arrangement according to the preamble of claim 1, as is known for example from US-A-4 719 443.
  • Electrical circuits with integrated resistors which are used, for example, as series resistors in public telephone exchanges, are usually manufactured using thick-film or thin-film technology. In practice, such layer circuits should be able to withstand short-term large electrical outputs, such as occur in connection with network faults.
  • the object of the present invention is to create a hybrid circuit arrangement of the type mentioned at the outset which has a considerably increased short-term load and which additionally prevents fragmentation, even under higher loads.
  • FIG. 7 shows the load capacity of a known circuit carrier in comparison to a circuit carrier provided according to the invention with a ceramic strip as a function of the Time shown. What is important for the application is above all the large difference in the short-term range, that is to say around 0.1 sec. An even higher load then leads to the interruption of the conductor tracks or layer resistances due to cracks in the layers or in the circuit carrier. However, the ceramic strip holding the torn circuit carrier together from at least one side prevents the formation of fragments.
  • circuit carrier 1 shows a circuit carrier 1 with, for example, film resistors 2 applied on both sides and meandering. The two layer sides are connected via plated-through holes 3.
  • the external connection 4 is designed in a single-in-line (SIL) version.
  • a ceramic strip 6 of circuit carrier thickness is fastened on the back with a heat-conducting adhesive 5.
  • the embodiment shown in FIG. 1, which corresponds to the diagram in FIG. 7, is particularly cost-effective.
  • FIG. 2 shows an embodiment with a dual-in-line connection version 7 and an additional changeover via a connection comb 8.
  • the backside ceramic 6 is somewhat smaller than the circuit 1, so that the edge of the circuit carrier 1 extends beyond the surface of the ceramic strip 6 and can be contacted there by means of the connecting combs 8.
  • a thermal fuse 10 is shown, which interrupts the electrical voltage of the circuit arrangement when the long-term load is too great.
  • the thermal fuse 10 is designed in a manner known per se so that the previously treated network faults are too short to cause the fuse to melt or unsolder.
  • the thermal fuse 10 is designed in such a way that it triggers with a long-term load of approximately 600 V and interrupts the circuit arrangement electrically.
  • FIG. 3 shows a SIL design with heat-relief ceramic strips 6 applied on both sides.
  • FIGS. 5 and 6 each show the configuration of the external connections 4 as a known, technically advantageous stand aid, as can be used in all configurations of the invention.
  • FIG. 5 shows a resistance layer 2 applied flat between conductor tracks 11 and 12 extending parallel to the longitudinal direction of the circuit carrier 1, the connection surfaces 13 for the external connections 4 being arranged on a longitudinal side of the circuit carrier 1.
  • the contacting of the sheet resistors 2 shown at the connection 13 and opposite 14 is advantageous since the circuit 15 is deliberately interrupted when the circuit carrier 1 breaks due to a too high short-term load, which causes an immediate shutdown of the thermal or electrical overload for the module.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the resistance layer 2 is meandered and has diversions 16 with considerably lower surface resistance on the curves. This serves to ensure the necessary surge voltage resistance of more than 1 kV.

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  • Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hybridschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise aus der US-A-4 719 443 bekannt ist.
  • Elektrische Schaltkreise mit integrierten Widerstanden, 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 Al2O3-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 problematisch, 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 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.
  • Durch einen beispielsweise rückseitig auf einen Al2O3-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 Warmekapazität 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 3
    drei verschiedene Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Hybridschaltungsanordnung, jeweils in Seitenansicht,
    Figur 4
    entfällt
    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 Zeit dargestellt. Wichtig für die Anwendung ist vor allem der große Unterschied im Kurzzeitbereich, also bei etwa 0,1 sec. Eine noch höhere Belastung fuhrt 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 Schichtwiderstanden 2, die mäandriert sind, 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 Ausfuhrung, die dem Diagramm gemäß FIG 7 entspricht, ist besonders kostengünstig.
  • In FIG 2 ist eine Ausfuhrung mit Dual-in-Line-Anschlußversion 7 und einer zusätzlichen Umkontaktierung durch einen Anschlußkamm 8 dargestellt. Die Ruckseitenkeramik 6 ist etwas kleiner als der Schaltkreis 1, so daß der Schaltungstrager 1 mit seinem Randbereich über die Fläche des Keramikstreifens 6 hinaussteht und dort mittels der Anschlußkämme 8 kontaktierbar ist. Ferner ist eine Thermosicherung 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.
  • 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.
  • FIG 5 und 6 zeigt jeweils die Ausgestaltung der Außenanschlüsse 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 (4)

  1. Hybridschaltungsanordnung für Vorwiderstände in Telefonvermittlungs-Anlagen mit einer mindestens einseitig auf einem plattenförmigen Schaltungsträger aus Keramik aufgebrachten Widerstandsschicht, wobei auf mindestens einer Seite des Schaltungsträgers (1) ein Keramikstreifen (6) von nahezu gleichgroßer Fläche in gut wärmeleitender Weise befestigt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Widerstandsschicht (2) mäandriert ist, daß auf dem Schaltungsträger (1) eine mit der Widerstandsschicht (2) elektrisch verbundene Thermosicherung (10) angeordnet ist, daß der Schaltungsträger (1) und der Keramikstreifen (6) beide aus Aluminiumoxid bestehen und beide etwa 1 mm dick sind, und daß der Keramikstreifen (6) mittels Wärmeleitkleber (5) befestigt ist, wobei der Keramikstreifen (6) bei einer Kurzzeitbelastung der Schaltung bis in den Kilowattbereich hinein eine Wärmesenke für die von der Widerstandsschicht (2) erzeugte Wärme bildet und bei einem Bruch des Schaltungsträgers (1) diesen zusammenhält und eine Fragmentbildung verhindert.
  2. Hybridschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Widerstandsschicht (2) an den Kurven Umleitungen (16) mit erheblich geringerem Flächenwiderstand aufweist.
  3. Hybridschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    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.
  4. Hybridschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    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.
EP94119166A 1993-12-17 1994-12-05 Hybridschaltungsanordnung Expired - Lifetime EP0665560B1 (de)

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EP0665560A2 EP0665560A2 (de) 1995-08-02
EP0665560A3 EP0665560A3 (de) 1997-05-02
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