DD153646A1 - FUSE ARRANGEMENT FOR ELECTRONIC CIRCUITS - Google Patents

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.The invention relates to a fuse arrangement for electronic circuits for protection against overloads by electrical Ueberstroeme. It is the object and the object of the invention to provide a miniaturized on conventional vacuum technical way fuse arrangement, which has a low response temperature, which is not flammable and allows already before the destruction at the onset of overload visual-visual control. According to the invention, the fuse arrangement consists of a multi-layer system consisting of metallic resistance layers or an electronic circuit arrangement and a temperature-sensitive plasma-polymerized layer, which decomposes upon reaching a certain thermal load, caused by an overcurrent, interrupting overlying thin metal paths. Preferably, the monomer for the plasma-polymerized layer is an ester of hydrobromic acid. Response times and Ansprechstromstaerken for the triggering of the fuse effect are determined by the geometry of the layer system. Limit loads can be detected by discoloration of the polymer layer. The fuse arrangement can be produced by vacuum technology in one working cycle. The invention is applicable in the fields of electronics and electrical engineering, in which protection of electronic and microelectronic circuits against overloads must be ensured.

Description

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"Sicherungsanordnung für elektronische Schaltungen" Anwendungsgebiet der Erfindung"Electronic circuit fuse assembly" Field of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf den Schutz elektronischer und mikroelektronischer Schaltungen vor Überlastungen und ist anwendbar in der Elektronik und Elektrotechnik,The invention relates to the protection of electronic and microelectronic circuits against overloads and is applicable in electronics and electrical engineering,

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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,Fuse resistors are electrical components which in normal Eetriebsfall as resistors with defined resistance values, in case of overload but after a certain time increase their resistance or lose their conductivity completely, whereby the electric current is limited or completely off,

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,Fuse resistors are known and commercially available in many embodiments. Thus, it is known to form sheet resistors by special structural measures, such as the use of easily fusible resistance layers and special geometric grinding arrangements of the resistance coil, as securing resistors. These have the disadvantage that their insulating varnish can easily catch fire as a result of the heating of the resistive layer occurring during switch-off, as a result of which thermal or chemical damage to the environment occurs.

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)οIn DE-OS 1 665 858 a coating system of only 5 pm thick paint layers of phenolic and silicone resins is proposed to avoid the tendency to fire, which does not burn when overheated, but only ashes. Also known arrangements in which a 7 / iderstandsbahn is bridged with a fusible solder bump. Also, fuse resistors are known which have a glaze on the resistor body, which melts when overheating and the resistance layer or the resistance wire electrolytically decomposes (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 \ All known solutions have the disadvantage that their implementation requires relatively complicated technological steps. Purely an application in microelectronics is none of the reasons given for the lack of compatibility of the technologies, the lack of suitability for miniaturization and integration as well as the relatively high currents required for the triggering suitable solutions known. Furthermore, the known solutions do not allow preventive measures in the event of reaching the upper tolerance limit 'the Strombestastungo \

Ziel der Erfindung ] Object of the invention ]

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, >The aim of the invention is a conventionally manufacturable fuse assembly which can be miniaturized, compatible with microelectronic technology and produced in one cycle without interruption of the vacuum,>

Darlegung des Wesens der Erfindung iDESCRIPTION OF THE NATURE OF THE INVENTION 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»The object of the invention is a fuse arrangement which has a low response temperature which can not be ignited, which allows the setting of defined response currents and response times and which, even before the destruction, permits an optical-visual scribble at the onset of overload.

-3- 22 4 586-3- 22 4 586

: j: 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.According to the invention the object is achieved by a Hehrfachschichtsystem consisting layers of thin wire or resistance>, below, or between which a heat-sensitive plasma-polymerized layer is placed, which is destroyed when heated and interrupts the power circuit or a fuse function triggers · These heat-sensitive film is prepared by plasma polymerization of an ester of hydroiodic acid, preferably methylrhodanide. This results in the advantages that the production of the fuse arrangement according to the invention can be carried out in one cycle, ie applying the resistance or conductor tracks by vacuum coating, performing the plasma polymerization and any necessary electron beam machining in the same apparatus without interrupting the vacuum. The variation of the An-ssprechstromstärken and response times can be done by the choice of the geometry of the conductor or resistor tracks and the thickness of the plasma polymerized layer. When the fuse effect is triggered by the thermal effect of the overcurrent, the destruction of the plasma-polymerized layer "Since very small layer thicknesses can be achieved by the way of plasma polymerization, very low triggering currents can be achieved. Before the layer is destroyed, the plasma-polymerized layer turns from light yellow to dark violet. This gives the possibility of an optical-visual indication of incipient overload, from which preventive measures can be derived in a shift control.

Ausführungsbeispielembodiment

Anhand der folgenden Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. _: Reference to the following embodiments, the invention will be explained in more detail. _:

1. Mn geeignetes Substrat, vorzugsweise ein ülassubstrat, wird in eine Vakuumapparatur eingebracht und diese auf1. Mn suitable substrate, preferably a ülassubstrat, is placed in a vacuum apparatus and this on

- 4 - 2 2 4 5 8 6- 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--3 evacuated about 10 Pa. Then methylrhodanide is introduced up to a pressure of 100 Pa and a glow discharge

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 ignited with a current density of 0.1 mA / cm. Depending on the desired security behavior, a layer thickness of 0.1 to 5 Jim is selected. Subsequently, the apparatus is brought back to 10 Pa and a resistive layer, advantageously a chromium-Mckel layer, applied In case of need, the layer system can still be structured with an electron beam »; If a layer arrangement produced in this way is overloaded, the polymer decomposes, the resistance layer loses its adhesiveness and is destroyed.

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 β2, it can also, under otherwise identical conditions as Example 1, as a first layer on the carrier a resistance \ prior layer over the plasma-polymerized layer; be applied. About this layer is still a ι trace, z. B. of aluminum, evaporated. See electrical parameters ^for the resistive layer and the conductive path are chosen so along with the intended currents · it is not the resistive layer itself is destroyed in the case of an overload, but the overlying conductive path is interrupted. The conductor interruption causes a principle known electronic protective measure β

Claims (2)

2 458 62 458 6 Erfindungsanspruch jInvention claim j 1» Sicherungsanordnung zum Schutz elektrischer und elektronischer Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus1 »fuse arrangement for the protection of electrical and electronic circuits, characterized in that it consists of ; einer Mehrfachdiinnschichtanordnung aus metallischen Widerstandsschichten bzw» einer elektronischen Schaltungs-; a multi-layer arrangement of metallic resistance layers or an electronic circuit : anordnung und einer wärmeempfindlichen plasmapolymerisierten Schicht besteht«,: arrangement and a heat-sensitive plasma-polymerized layer exists, 2. Sicherungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet,2. Safety arrangement according to item 1, characterized ; daß das Monomer für die plasmapolymerisierte wärmeempfind ; that the monomer for the plasma polymerized heat sens liehe Schicht ein Ester der Rhodanwasserstoffsäure, ins-  lhe layer is an ester of hydrazoic acid, especially ; besondere Methylrhodanid, ist.; special methylrhodanide, is. 3· Sicherungsanordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekenn-3 · Safety arrangement according to items 1 and 2, characterized ' zeichnet, daß sich die plasmapolymerisierte Schicht zwi-'shows that the plasma-polymerized layer between , sehen der Widerstandsschicht und dem Chip bzw. Substrat , see the resistive layer and the chip or substrate • oder der Leiterplatte befindet«,• or the circuit board is located «, 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,4β fuse arrangement according to item 1 and 2, characterized in that the plasma-polymerized layer is located above the Widerstandssehicht and that 'over the plasma-polymerized layer is a resistive layer of a second circuit with detector function, 5ο "Sicherungsanordnung nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschichten Leiterbahnen sind«,5ο "fuse arrangement according to items 1 to 4, characterized in that the resistance layers are conductor tracks," 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.6 _{# The} fuse arrangement according to item 1 and 2, characterized in that the plasma-polymerized heat-sensitive layer extends over a larger surface area or over the area of an electronic circuit and that local discolorations occur in the event of current overloads.