DD153646A1

DD153646A1 - Sicherungsanordnung fuer elektronische schaltungen

Info

Publication number: DD153646A1
Application number: DD22458680A
Authority: DD
Inventors: Gerit Kampfrath; Joachim Heim; Claus Hamann
Original assignee: Gerit Kampfrath; Joachim Heim; Claus Hamann
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1980-10-16
Publication date: 1982-01-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherungsanordnung fuer elektronische Schaltungen zum Schutz vor Ueberlastungen durch elektrische Ueberstroeme. Ihr liegen das Ziel und die Aufgabe zugrunde, eine auf herkoemmlichem vakuumtechnischen Weg miniaturisierbare Sicherungsanordnung zu schaffen, die eine niedrige Ansprechtemperatur besitzt, die nicht entflammbar ist und die bereits vor der Zerstoerung bei beginnender Ueberlastung eine optisch-visuelle Kontrolle ermoeglicht. Erfindungsgemaess besteht die Sicherungsanordnung aus einem Mehrfachschichtsystem aus metallischen Widerstandsschichten bzw. einer elektronischen Schaltungsanordnung und einer temperaturempfindlichen plasmapolymerisierten Schicht, die sich beim Erreichen einer bestimmten thermischen Belastung, hervorgerufen durch einen Ueberstrom,zersetzt und dabei darueberliegende duenne Metallbahnen unterbricht. Vorzugsweise ist das Monomer fuer die plasmapolymerisierte Schicht ein Ester der Rhodanwasserstoffsaeure.Ansprechzeiten und Ansprechstromstaerken fuer die Ausloesung des Sicherungseffektes werden durch die Geometrie des Schichtsystems bestimmt. Grenzbelastungen koennen durch Verfaerbung der Polymerschicht erkannt werden. Die Sicherungsanordnung ist vakuumtechnisch in einem Arbeitszyklus herstellbar. Die Erfindung ist anwendbar in den Gebieten der Elektronik und Elektrotechnik, in denen ein Schutz elektronischer und mikroelektronischer Schaltungen vor Ueberlastungen gewaehrleistet sein muss.

Description

2458 6

-Ί-

"Sicherungsanordnung für elektronische Schaltungen" Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf den Schutz elektronischer und mikroelektronischer Schaltungen vor Überlastungen und ist anwendbar in der Elektronik und Elektrotechnik,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Sicherungswiderstände sind elektrische Bauelemente, die im normalen Eetriebsfall als Widerstände mit definierten Widerstandswerten, im Falle einer überlastung jedoch nach einer gewissen Zeit ihren Widerstandswert erhöhen bzw. ihre leitfähigkeit ganz verlieren, wodurch der elektrische Strom begrenzt oder ganz abgeschaltet wird,

Sicherungswiderstände sind in vielen Ausführungsformen bekannt und handelsüblich. So ist bekannt, Schichtwiderstände durch besondere konstruktive Maßnahmen, wie Verwendung leicht schmelzbarer Widerstandsschichten und besonderer geometrischer Schliffanordnungen der Widerstandswendel, als Sicherungswiderstände auszubilden. Diese haben den Nachteil, daß ihre Isolierlackierung durch die beim Abschalten entstehende Erhitzung der Widerstandsschicht leicht in Brand geraten kann, wodurch eine thermische oder chemische Schädigung der Umgebung eintritt,

In der DE-OS 1 665 858 wird zur Vermeidung der Brandneigung ein Schichtsystem von nur 5 pm dicken Lackschichten aus Phenol- und Siliconharzen vorgeschlagen, die bei Überhitzung nicht verbrennen, sondern nur veraschen. Bekannt sind auch Anordnungen, bei denen eine 7/iderstandsbahn mit einer leichtschmelzbaren Lötperle überbrückt ist. Auch sind Sicherungswiderstände bekannt, die auf dem Widerstandskörper eine Glasur besitzen, die bei Überhitzung schmilzt und die Widerstandsschicht oder den Widerstandsdraht elektrolytisch zersetzt (DE-OS 2 746 654)ο

Alle bekannten Lösungen haben den Nachteil, daß ihre Realisierung relativ komplizierte technologische Schritte erfordert· Pur eine Anwendung in der Mikroelektronik ist wegen der nicht gegebenen Kompatibilität der Technologien, der mangelnden Eignung zur Miniaturisierung und Integration sowie der für die Auslösung erforderlichen relativ ' hohen Ströme keine der bekannten Lösungen geeignet. Weiterhin erlauben die bekannten Lösungen keine vorbeugenden Maßnahmen im Falle einer die obere Toleranzgrenze erreichen- ' den Strombelastungo \

Ziel der Erfindung ]

Ziel der Erfindung ist eine auf herkömmlichem vakuumtechnischen Wege herstellbare Sicherungsanordnung, die miniaturisierbar, kompatibel mit Technologien der Mikroelektronik und in einem Arbeitszyklus ohne Unterbrechung des Vakuums herstellbar ist, >

Darlegung des Wesens der Erfindung i

Aufgabe der Erfindung ist eine Sicherungsanordnung, die eine niedrige Ansprechtemperatur besitzt, die nicht ent- : flammbar ist, die die Einstellung definierter Ansprechströme und Ansprechzeiten erlaubt und die bereits vor der Zerstörung bei beginnender überlastung eine optisch-visuelle Konitrolle ermöglicht»

-3- 22 4 586

: j

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Hehrfachschichtsystem gelöst, das aus dünnen Leiter- oder Widerstands- > schichten besteht, unter oder zwischen denen eine wärmeempfindliche plasmapolymerisierte Schicht gebracht ist, die bei Erwärmung zerstört wird und den Stromkreis unterbricht oder eine andere Sicherungsfunktion auslöst· Diese wärmeempfindliche Dünnschicht wird durch Plasmapolymerisation eines Esters der .Rhodanwasserstoffsäure, vorzugsweise Methylrhodanid, hergestellt. Damit ergeben sich die Vorteile, daß die Herstellung der erfindungsgemäßen Sicherungsanordnung in einem Arbeitszyklus erfolgen kann, d. h. Aufbringen der Widerstands- bzw. Leiterbahnen durch Vakuumbeschichtung, Ausführung der Plasmapolymerisation und einer gegebenenfalls nötigen Elektronenstrahlbearbeitung in der gleichen Apparatur ohne Unterbrechung des Vakuums. Die Variation der An-'sprechstromstärken und Ansprechzeiten kann durch die Wahl der Geometrie der Leiter- bzw. Widerstandsbahnen und durch die Dicke der plasmapolymerisierten Schicht erfolgen. Beim Auslösen des Sicherungseffektes erfolgt durch die Wärmewirkung des Überstromes die Zerstörung der plasmapolymerisierten Schicht« Da durch die Art und Weise der Plasmapolymerisation auch sehr geringe Schichtdicken verwirklicht werden können, lassen sich sehr geringe Auslöseströme erreichen. Vor Erreichung der Schichtzerstörung verfärbt sich· •die plasmapolymerisierte Schicht von hellgelb nach dunkelviolett. Dadurch ist die Möglichkeit einer optisch-visuellen Anzeige bei beginnender Überlastung gegeben, woraus sich vorbeugende Maßnahmen bei einer Schichtkontrolle ableiten lassen.

Ausführungsbeispiel

Anhand der folgenden Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. _:

1. Mn geeignetes Substrat, vorzugsweise ein ülassubstrat, wird in eine Vakuumapparatur eingebracht und diese auf

- 4 - 2 2 4 5 8 6

—3 etwa 10 Pa evakuiert. Dann wird bis zu einem Druck von 100 Pa Methylrhodanid eingelassen und eine Glimmentla-

2 dung mit einer Stromdichte von 0,1 mA/cm gezündet. Je nach gewünschtem Sicherungsverhalten wird eine Schichtdicke von 0,1 bis 5 Jim gewählt. Anschließend wird die Apparatur wieder auf 10 Pa gebracht und eine Widerstandsschicht, vorteilhafterweise eine Chrom-Mckel-Schicht, aufgebrachte Im Bedarfsfalle kann das Schichtsystem noch mit einem Elektronenstrahl strukturiert werden» ; Wird eine so hergestellte Schichtanordnung überlastet, zersetzt sich das Polymer, die Widerstandsschicht verliert ihre Haftfähigkeit und wird zerstört.

2, Es kann auch, bei sonst gleichen Bedingungen wie Beispiel 1, als erste Schicht auf dem Träger eine Wider- \ Standsschicht, darüber die plasmapolymerisierte Schicht ; aufgebracht werden. Über diese Schicht wird noch eine ι Leiterbahn, z. B. aus Aluminium, gedampft. Die elektri^f sehen Parameter der Widerstandsschicht und der Leiterbahn werden zusammen mit den vorgesehenen Strömen so gewählt, · daß im Überlastungsfall nicht die Widerstandsschicht selbst zerstört wird, sondern die darüberliegende Leiterbahn unterbrochen wird. Die Leiterbahnunterbrechung bewirkt eine prinzipiell bekannte elektronische Schutzmaßnahme β

Claims

2 458 6

Erfindungsanspruch j

1» Sicherungsanordnung zum Schutz elektrischer und elektronischer Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

; einer Mehrfachdiinnschichtanordnung aus metallischen Widerstandsschichten bzw» einer elektronischen Schaltungs-

: anordnung und einer wärmeempfindlichen plasmapolymerisierten Schicht besteht«,
2. Sicherungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet,

; daß das Monomer für die plasmapolymerisierte wärmeempfind

liehe Schicht ein Ester der Rhodanwasserstoffsäure, ins-

; besondere Methylrhodanid, ist.

3· Sicherungsanordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekenn-

' zeichnet, daß sich die plasmapolymerisierte Schicht zwi-

, sehen der Widerstandsschicht und dem Chip bzw. Substrat

• oder der Leiterplatte befindet«,

4β Sicherungsanordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die plasmapolymerisierte Schicht über der Widerstandssehicht befindet und daß sich'über der plasmapolymerisierten Schicht eine Widerstandsschicht eines zweiten Stromkreises mit Melderfunktion befindet,

5ο "Sicherungsanordnung nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschichten Leiterbahnen sind«,

6_# Sicherungsanordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die plasmapolymerisierte wärmeempfindIiehe Schicht über einen größeren Flächenbereich oder über die Fläche einer elektronischen Schaltung ausgedehnt i3t und daß bei Stromüberlastungen lokale Verfärbungen auftreten.