DE102006053436A1

DE102006053436A1 - Schutzschaltung für eine elektrische Vorrichtung sowie Verfahren zum Schützen einer elektrischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102006053436A1
Application number: DE102006053436A
Authority: DE
Inventors: Alexander Duch; Ulrich Dr. Klostermann; Michael Dr. Kund
Original assignee: Qimonda AG; Altis Semiconductor SNC
Current assignee: Qimonda AG; Altis Semiconductor SNC
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2008-04-03
Also published as: US20080080109A1; US7751163B2

Abstract

Eine Schutzschaltung einer elektrischen Vorrichtung weist wenigstens eine Leitungsbrückeneinheit auf, die einen Anschluss der elektrischen Vorrichtung mit einem Schutzknoten, der auf ein Schutzpotential gesetzt ist, elektrisch verbindet. Das Schutzpotential ist so gewählt, dass die Leitungsbrückeneinheit von einem Widerstandszustand in einen Leitungszustand schaltet, wenn die an dem Anschluss anliegende Spannung bzw. der durch den Anschluss geführte Strom einen bestimmten Schwellenwert über- bzw. unterschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für eine elektrische Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Schützen einer elektrischen Vorrichtung.
Unkontrollierte elektrostatische Entladungen stellen eine ernst zu nehmende Gefahr für elektrische Vorrichtungen dar. Um beispielsweise Halbleiterbauteile vor elektrostatischen Entladungen zu schützen, ist es bekannt, entsprechende Schutzstrukturen ("ESD"(electro statically discharage)-Strukturen) in die elektrischen Vorrichtungen zu integrieren. Derartige Schutzstrukturen benötigen in der Regel jedoch relativ viel Platz, womit dem Miniaturisierungsgrad der elektrischen Vorrichtungen Grenzen gesetzt sind.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe ist, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der elektrische Vorrichtungen wirksam gegen elektrostatische Entladungen geschützt werden können, ohne den Miniaturisierungsgrad der elektrischen Vorrichtung wesentlich einschränken zu müssen.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Schutzschaltung für eine elektrische Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie eine elektrische Vorrichtung gemäß Patentanspruch 18 bereit. Weiterhin stellt die Erfindung ein Verfahren zum Schutz einer elektrischen Vorrichtung gemäß Patentanspruch 21 bereit. Vorteilhafte Ausgestaltungen beziehungsweise Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Schutzschaltung bereitgestellt, die zumindest eine Leitungsbrückeneinheit aufweist. Die Leitungsbrückeneinheit verbindet einen Anschluss der elektrischen Vorrichtung mit einem Schutzknoten, der auf ein Schutzpotenzial gesetzt ist, wobei das Schutzpotenzial so gewählt ist, dass die Leitungsbrückeneinheit aus einem Widerstandszustand in einen Leitungszustand schaltet, wenn die an dem Anschluss anliegende Spannung oder der durch den Anschluss fließende Strom einen bestimmten Schwellenwert über- beziehungsweise unterschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Schutzschaltung zum Schutz einer elektrischen Vorrichtung gegen Spannungsspitzen oder Stromspitzen, die an einem Anschluss der elektrischen Vorrichtung auftreten, bereitgestellt. Die Schutzschaltung weist zumindest eine Leitungsbrückeneinheit auf, die den Anschluss mit einem Schutzknoten, der auf ein Schutzpotenzial gesetzt ist, elektrisch verbindet, wobei das Schutzpotenzial so gewählt ist, dass die Leitungsbrückeneinheit von einem Widerstandszustand in einen Leitungszustand schaltet, wenn die Spannung, die an dem Anschluss auftritt, oder der Strom, der den Anschluss durchsetzt, einen bestimmten Schwellenwert übersteigt beziehungsweise unter diesen Schwellenwert fällt.
Leitungsbrückeneinheiten ("contactive bridging units") werden normalerweise als Speicherzellen in Speichervorrichtungen (beispielsweise in Leitungsbrückenspeichern mit wahlfreiem Zugriff ("contactive bridging random access memory"(CBRAM)-Vorrichtungen) eingesetzt, die auch als Festkörperelektrolyt-Speichervorrichtungen bekannt sind. Im Rahmen der Erfindung werden die Leitungsbrückeneinheiten jedoch als Schutzschaltungs-Komponenten eingesetzt. Ein Vorteil von auf Leitungsbrückeneinheiten basierenden Schutzschaltungen ist, dass Leitungsbrückeneinheiten nur zwei Anschlüsse benötigen, um die Leitungsbrückeneinheiten von einem Widerstandszustand in einen Leitungszustand oder umgekehrt zu schalten, und um Ströme durch die Leitungsbrückeneinheiten zu leiten. Damit kann der Aufbau der Schutzschaltung sehr einfach ausfallen. Ein weiterer Vorteil der Leitungsbrückeneinheiten ist, dass die Schaltgeschwindigkeit sehr hoch ist.
Leitungsbrückeneinheiten sind häufig aus Chalcogenid-Material hergestellt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf dieses Material beschränkt. Jeder Materialtyp, in dem elektrisch leitende Filamente ausgebildet werden können (auf reversible Art und Weise als auch als irreversible Art und Weise, auf flüchtige als auch auf nichtflüchtige Art und Weise), kann zur Herstellung einer Leitungsbrückeneinheit herangezogen werden. Die Filamente können einen Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 1 Nanometer bis 100 Nanometer aufweisen, beispielsweise 1 Nanometer bis 20 Nanometer.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Anschluss der elektrischen Vorrichtung ein Eingangsanschluss eines beliebigen Typs, beispielsweise ein Spannungs-/Stromversorgungsanschluss, ein Anschluss, dem ein Datensignal zugeführt wird, das durch die elektrische Vorrichtung bearbeitet wird, oder ein Ausgangsanschluss eines beliebigen Typs, beispielsweise ein Spannungs-/Stromversorgungsanschluss oder ein Anschluss, der ein Datensignal ausgibt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Schutzschaltung eine erste Leitungsbrückeneinheit und eine zweite Leitungsbrückeneinheit auf, wobei jede Leitungsbrückeneinheit eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode, und einen Festkörperelektrolyt (Ionenleiter), der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode positioniert ist, aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die inerte Elektrode der ersten Leitungsbrückeneinheit mit einem ersten Schutzknoten verbunden, der auf ein erstes Schutzpotenzial gesetzt ist, und die reaktive Elektrode der zweiten Leitungsbrückeneinheit mit dem Anschluss verbunden, wobei die inerte Elektrode der zweiten Leitungsbrückeneinheit mit dem Anschluss verbunden ist, und die reaktive Elektrode der zweiten Leitungsbrückeneinheit mit einem zweiten Schutzknoten verbunden ist, der auf ein zweites Schutzpotenzial gesetzt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Schutzknoten ein VDD-Knoten (beispielsweise ein Spannungsversorgungsknoten), und der zweite Schutzknoten ein VSS-Knoten (beispielsweise ein Erdungsknoten) der elektrischen Vorrichtung. Verallgemeinert: Der erste Schutzknoten kann ein Knoten sein, an dem eine erste Referenzspannung anliegt, und der zweite Schutzknoten kann ein Knoten sein, an dem eine zweite Referenzspannung anliegt. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können beliebige andere Referenzpotenziale verwendet werden, die ein Spannungsintervall definieren, auf Basis dessen die elektrische Vorrichtung betrieben werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Schutzschaltung eine Löschspannungs-Erzeugungseinrichtung auf, die mit den Leitungsbrückeneinheiten elektrisch verbunden ist, wobei die Löschspannungs-Erzeugungseinrichtung Löschspannungen erzeugt und die erzeugten Löschspannungen den Leitungsbrückeneinheiten zuführt, wobei die Löschspannungen ein Schalten der Leitungsbrückeneinheiten vom Leitungszustand in den Widerstandszustand bewirken.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung führt die Löschspannungs-Erzeugungseinrichtung die Löschspannungen den Leitungsbrückeneinheiten während des Hochfahrens beziehungsweise des Einschaltvorgangs der elektrischen Vorrichtung zu.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist jede Leitungsbrückeneinheit so ausgestaltet, dass sie automatisch aus einem Leitungszustand in einen Widerstandszustand schaltet, sobald die Spannungsspitzen oder Stromspitzen, die an dem Anschluss anliegen oder den Anschluss durchfließen, verschwunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Festkörperelektrolyt jeder Leitungsbrückeneinheit mit metallischem Material dotiert. Beispielsweise kann jede Leitungsbrückeneinheit so mit Metall dotiert sein, dass kein dauerhafter Leitungszustand des Festkörperelektrolyten aufrecht erhalten werden kann, wenn die bei dem Anschluss auftretenden Spannungspegel beziehungsweise Strompegel unterhalb jeweiliger vorbestimmter Schwellenwerte liegen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Schutzschaltung eine Widerstandsermittlungseinrichtung auf, die mit den Leitungsbrückeneinheiten elektrisch verbunden ist, und die den Widerstand der Leitungsbrückeneinheiten ermittelt (beispielsweise indem Messströme durch die Leitungsbrückeneinheiten geleitet werden).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Schutzschaltung eine Spannungs- und Stromaufzeichnungseinrichtung auf, die die Spannungsspitzen und/oder Stromspitzen aufzeichnet, die den Anschluss in der Vergangenheit beaufschlagt haben (beispielsweise durch Verarbeiten von Messströmen, die durch die Leitungsbrückeneinheiten geleitet wurden).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Schutzschaltung eine Schreibspannungs-Erzeugungseinrichtung auf, die mit den Leitungsbrückeneinheiten elektrisch verbunden ist, wobei die Schreibspannungs-Erzeugungseinrichtung Schreibspannungen erzeugt und diese den Leitungsbrückeneinheiten zuführt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Schutzschaltung eine Transportschutzeinrichtung auf, die unter Verwendung der Schreibspannungs-Erzeugungseinrichtung die Leitungsbrückeneinheiten während eines Transportvorgangs oder während eines Montageprozesses so lange in einen Leitungszustand schaltet, bis der Transportvorgang bzw. der Montageprozess beendet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schutzschaltung mit der elektrischen Vorrichtung trennbar verbunden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schutzschaltung auf einer eigenen Leiterplatine vorgesehen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine elektrische Vorrichtung mit einem Anschluss versehen. Die elektrische Vorrichtung weist ferner eine Schutzschaltung auf, die die elektrische Vorrichtung gegen Spannungsspitzen oder Stromspitzen, die den Anschluss beaufschlagen, schützt, wobei die Schutzschaltung zumindest eine Leitungsbrückeneinheit aufweist, die den Anschluss mit einem Schutzknoten, der auf ein Schutzpotenzial gesetzt ist, elektrisch verbindet. Das Schutzpotenzial ist so gewählt, dass die Leitungsbrückeneinheit von einem Widerstandszustand in einen Leitungszustand schaltet, wenn die Spannung oder der Strom bei dem Anschluss einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt oder unterschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Schutzschaltung eine erste Leitungsbrückeneinheit und eine zweite Leitungsbrückeneinheit auf, wobei jede Leitungsbrückeneinheit eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode, sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die inerte Elektrode der ersten Leitungsbrückeneinheit mit einem ersten Schutzknoten verbunden, der auf ein erstes Schutzpotenzial gesetzt ist, und die reaktive Elektrode der ersten Leitungsbrückeneinheit mit dem Anschluss verbunden, wobei die inerte Elektrode der zweiten Leitungsbrückeneinheit mit dem Anschluss verbunden ist, und die reaktive Elektrode der zweiten Leitungsbrückeneinheit mit einem zweiten Schutzknoten verbunden ist, der auf ein zweites Schutzpotenzial gesetzt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Schützen einer elektrischen Vorrichtung bereitgestellt, das den Prozess des Verbindens wenigstens einer Leitungsbrückeneinheit mit einem Anschluss der elektrischen Vorrichtung und mit einem Knoten, der auf ein Schutzpotenzial gesetzt ist, beinhaltet, wobei der Verbindungsprozess so erfolgt, dass der Anschluss mit dem Knoten über die wenigstens eine Leitungsbrückeneinheit elektrisch verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Schutz einer elektrischen Vorrichtung gegen Spannungsspitzen oder Stromspitzen, die einen Anschluss der elektrischen Vorrichtung beaufschlagen, bereitgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Prozesse auf: Bereitstellen wenigstens einer Leitungsbrückeneinheit, und Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen jeder bereitgestellten Leitungsbrückeneinheit und dem Anschluss sowie jeder bereitgestellten Leitungsbrückeneinheit und einem Schutzknoten, der auf ein Schutzpotenzial gesetzt ist, wobei das Herstellen der elektrischen Verbindung so erfolgt, dass jede Leitungsbrückeneinheit den Anschluss mit einem Schutzknoten elektrisch verbindet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren das Schalten wenigstens einer Leitungsbrückeneinheit von einem Widerstandszustand in einen Leitungszustand auf. Das Schalten erfolgt, sobald die an dem Anschluss anliegende Spannung beziehungsweise der den Anschluss durchfließende Strom einen bestimmten Schwellenwert überschreitet beziehungsweise unterschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Schutzschaltung eine erste Leitungsbrückeneinheit und eine zweite Leitungsbrückeneinheit auf, wobei jede Leitungsbrückeneinheit eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode, sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die inerte Elektrode der ersten Leitungsbrückeneinheit mit einem ersten Schutzknoten elektrisch verbunden, der auf ein erstes Schutzpotenzial gesetzt ist, die reaktive Elektrode der ersten Leitungsbrückeneinheit mit dem Anschluss elektrisch verbunden, die inerte Elektrode der zweiten Leitungsbrückeneinheit mit dem Anschluss elektrisch verbunden, und die reaktive Elektrode der zweiten Leitungsbrückeneinheit mit einem zweiten Schutzknoten, der auf ein zweites Schutzpotenzial gesetzt ist, elektrisch verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Schutzknoten ein VDD-Knoten der elektrischen Vorrichtung, und der zweite Schutzknoten ist ein VSS-Knoten der elektrischen Vorrichtung. Mit anderen Worten: Der erste Schutzknoten kann ein Knoten sein, der mit einer ersten Referenzspannung beaufschlagt wird, und der zweite Schutzknoten kann ein Knoten sein, der mit einer zweiten Referenzspannung beaufschlagt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Verfahren das Erzeugen von Löschspannungen und das Anlegen der Löschspannungen an die Leitungsbrückeneinheiten, wobei die Löschspannungen bewirken, dass die Leitungsbrückeneinheiten von dem Leitungszustand in den Widerstandszustand schalten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Löschspannungen während des Hochfahrens beziehungsweise des Einschaltens der elektrischen Vorrichtung angelegt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Verfahren das Schalten aller Leitungsbrückeneinheiten, die momentan einen Leitungszustand aufweisen, in einen Widerstandszustand, sobald Spannungsspitzen oder die Stromspitzen, die den Anschluss beaufschlagen, verschwunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Verfahren das Ermitteln des Widerstands der Leitungsbrückeneinheiten (beispielsweise durch Leiten von Messströmen durch die Leitungsbrückeneinheiten).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Verfahren das Aufzeichnen von Spannungsspitzen oder Stromspitzen, die bei dem Anschluss auftreten (beispielsweise durch Verarbeiten der Messströme, die durch die Leitungsbrückeneinheiten geleitet werden).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Verfahren das Erzeugen von Schreibspannungen und das Anlegen der Schreibspannungen an die Leitungsbrückeneinheiten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Prozess des Anlegens der Schreibspannungen ausgeführt bei Beginn eines Montageprozesses der elektrischen Vorrichtung, wobei nach Abschluss des Montageprozesses Löschspannungen erzeugt und an die Leitungsbrückeneinheiten gelegt werden, wobei die Löschspannungen das Schalten der Leitungsbrückeneinheiten von dem Leitungszustand in den Widerstandszustand bewirken.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
1a eine schematische Querschnittsdarstellung einer Leitungsbrückeneinheit in einem ersten Schaltzustand;
1b eine schematische Querschnittdarstellung einer Leitungsbrückeneinheit in einem zweiten Schaltzustand;
2 eine schematische Zeichnung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzschaltung;
3 die Äquivalentsschaltung der in 2 gezeigten Ausführungsform;
4 ein Beispiel einer Spezifikation einer ESD-Härte für eine Halbleitervorrichtung;
5 ein Beispiel einer Schutzschaltung;
6 eine schematische Zeichnung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzschaltung;
7 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schutzverfahrens.
Zunächst soll unter Bezugnahme auf die 1a, 1b ein fundamentales Prinzip, das einer Ausführungsform einer Leitungsbrückeneinheit (einer CBRAM-Zelle) unterliegt, erläutert werden.
Eine CBRAM-Zelle weist eine erste Elektrode 21, eine zweite Elektrode 22 sowie einen Festkörperelektrolytblock (auch als Ionenleiterblock bekannt) 23, der zwischen der ersten Elektrode 21 und der zweiten Elektrode 22 angeordnet ist, auf. Die erste Elektrode 21 kontaktiert eine erste Oberfläche 24 des Festkörperelektrolytblocks 23, die zweite Elektrode 22 kontaktiert eine zweite Oberfläche 25 des Festkörperelektrolytblocks 23. Der Festkörperelektrolytblock 23 ist gegenüber seiner Umgebung durch eine Isolationsstruktur 26 isoliert. Die erste Oberfläche 24 ist üblicherweise die Oberseite, die zweite Oberfläche 25 die Unterseite des Festkörperelektrolytblocks 23. Die erste Elektrode 21 ist üblicherweise die obere Elektrode, die zweite Elektrode 22 die untere Elektrode der CBRAM-Zelle. Eine der ersten und zweiten Elektrode 21, 22 ist eine reaktive Elektrode, die jeweils andere eine inerte Elektrode. Beispielsweise ist die erste Elektrode 21 die reaktive Elektrode, und die zweite Elektrode 22 die inerte Elektrode. In diesem Fall kann die erste Elektrode 21 beispielsweise aus Silber (Ag), der Festkörperelektrolytblock 23 aus Chalkogenid-Material, und die Isolationsstruktur 26 aus SiO₂ oder Si₃N₄ bestehen.
Wenn eine Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 23 abfällt, wie in 1a angedeutet ist, wird eine Redoxreaktion in Gang gesetzt, die Ag⁺-Ionen aus der ersten Elektrode 21 heraus löst und in den Festkörperelektrolytblock 23 hinein treibt, wo diese zu Silber reduziert werden. Auf diese Art und Weise werden silberhaltige Cluster in dem Festkörperelektrolytblock 23 ausgebildet. Wenn die Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 23 lange genug abfällt, erhöht sich die Größe und die Anzahl der silberreichen Cluster innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 23 so stark, dass eine leitende Brücke (leitender Pfad) 27 zwischen der ersten Elektrode 21 und der zweiten Elektrode 22 ausgebildet wird. Wenn die in 1b gezeigte Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 23 abfällt (inverse Spannung verglichen zu der in 1a dargestellten Spannung), wird eine Redoxreaktion in Gang gesetzt, die Ag⁺-Ionen aus dem Festkörperelektrolytblock 23 hinaus zur ersten Elektrode 21 treibt, an der diese zu Silber reduziert werden. Damit wird die Größe und die Anzahl silberreicher Cluster innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 23 verringert. Wird dies lange genug getan, wird die leitende Brücke 27 gelöscht.
Um den momentanen Speicherzustand der CBRAM-Zelle festzustellen, wird ein Messstrom durch die CBRAM-Zelle geleitet. Der Messstrom erfährt einen hohen Widerstand, wenn in der CBRAM-Zelle keine leitende Brücke 27 ausgebildet ist, und erfährt einen niedrigen Widerstand, wenn in der CBRAM-Zelle eine leitende Brücke 27 ausgebildet ist. Ein hoher Widerstand repräsentiert beispielsweise logisch "0", wohingegen ein niedriger Widerstand logisch "1" repräsentiert, oder umgekehrt.
2 zeigt eine Ausführungsform der Schutzschaltung gemäß der Erfindung.
Eine Schutzschaltung 1, die eine elektrische Vorrichtung 2 gegen Spannungsspitzen und/oder Stromspitzen schützt, die innerhalb eines elektrischen Signals auftreten, das von einer Signalquelle, hier einer Energie(Spannungs-/Strom)-Versorgung 3, einem Anschluss 4 der elektrischen Vorrichtung 2 zugeführt wird, weist auf: eine ersten Leitungsbrückeneinheit 5, die den Anschluss 4 mit einem ersten Schutzknoten 6 verbindet, der auf ein erstes Schutzpotenzial gesetzt ist, und eine zweite Leitungsbrückeneinheit 7, die den Anschluss 4 mit einem zweiten Schutzknoten 8 verbindet, der auf ein zweites Schutzpotenzial gesetzt ist. Elektrische Vorrichtungen 2 können beispielsweise Halbleitervorrichtungen wie Mikrocontroller oder Speichervorrichtungen sein. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Vorrichtung eine beliebige Vorrichtung, die spannungssensitiv ist, beispielsweise eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine passive elektrische Vorrichtung, ein elektrischer Filter, ein Sensor, ein Motor sowie eine Kombination derartiger Vorrichtungen. Weiterhin kann die elektrische Vorrichtung eine makroskopische Struktur wie beispielsweise ein Umformer, eine Batterie, ein Motor, eine Heizung oder dergleichen sein.
Die erste Leitungsbrückeneinheit 5 weist eine erste reaktive Elektrode 9₁ , eine erste inerte Elektrode 10₁ , sowie einen ersten Festkörperelektrolyten 11₁ , der zwischen die erste reaktive Elektrode 9₁ und die erste inerte Elektrode 10₁ eingeschoben ist, auf.
Die zweite Leitungsbrückeneinheit 7 weist eine zweite reaktive Elektrode 9₂ , eine zweite inerte Elektrode 10₂ sowie einen zweiten Festkörperelektrolyten 11₂ , der zwischen der zweiten reaktiven Elektrode 9₂ und der zweiten inerten Elektrode 10₂ positioniert ist, auf. Die erste reaktive Elektrode 9₁ ist mit dem Anschluss 4 verbunden, wohingegen die erste inerte Elektrode 10₁ mit dem ersten Schutzknoten 6 verbunden ist. Die zweite reaktive Elektrode 9₂ ist mit dem zweiten Schutzknoten 8 verbunden, wohingegen die zweite inerte Elektrode 10₂ mit dem Anschluss 4 verbunden ist.
In diesem Beispiel ist der erste Schutzknoten 6 ein VDD-Knoten (beispielsweise ein Spannungsversorgungsknoten), und der zweite Schutzknoten 8 ist ein VSS-Knoten (beispielsweise ein Erdungsknoten). In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können beliebige andere Referenzpotenziale verwendet werden, die ein Spannungsintervall definieren, innerhalb dessen die elektrische Vorrichtung betrieben werden kann.
Die erste Leitungsbrückeneinheit 5 und die zweite Leitungsbrückeneinheit 7 funktionieren wie oben im Zusammenhang mit 1a, 1b beschrieben.
3 zeigt die Äquivalentschaltung der in 2 gezeigten Schaltungsanordnung.
Die Schutzschaltung 1 schützt die elektrische Vorrichtung 2 sowohl gegen hohe positive Spannungen als auch hohe negative Spannungen: Wenn eine hohe positive Spannung von der Spannungs-Stromversorgung 3 dem Anschluss 4 der elektrischen Vorrichtung 2 zugeführt wird, wird die erste reaktive Elektrode 9₁ der ersten Leitungsbrückeneinheit 5 auch auf die hohe positive Spannung gesetzt.
Die an der ersten reaktiven Elektrode 9₁ anliegende hohe positive Spannung bewirkt, dass die erste Leitungsbrückeneinheit 5 von einem Widerstandszustand in einen Leitungszustand geschaltet wird. Damit fließt der Hauptstrom durch die erste Leitungsbrückeneinheit 5, nicht jedoch durch die elektrische Vorrichtung 2. Damit kann die elektrische Vorrichtung 3 geschützt werden. Wenn eine hohe negative Spannung von der Spannungs-/Stromversorgung 3 dem Anschluss 4 der elektrischen Vorrichtung 2 zugeführt wird, wird die zweite inerte Elektrode 10₂ der zweiten Leitungsbrückeneinheit 7 auch auf die hohe negative Spannung gesetzt. Damit schaltet die zweite Leitungsbrückeneinheit von einem Widerstandszustand in einen Leitungszustand. Damit fließt der Hauptstrom durch die zweite Leitungsbrückeneinheit 7, nicht jedoch durch die elektrische Vorrichtung 2. Damit kann die elektrische Vorrichtung 2 geschützt werden.
Im Rahmen der Erfindung bedeutet "Leitungszustand" einer Leitungsbrückeneinheit einen Speicherzustand, in dem der Messstrom, der durch die Leitungsbrückeneinheit fließt, einen niedrigen Widerstand erfährt. Analog hierzu bedeutet "Widerstandszustand" einer Leitungsbrückeneinheit einen Speicherzustand, in dem der Messstrom, der durch die Leitungsbrückeneinheit fließt, einen hohen Widerstand erfährt.
In der in 2 gezeigten Ausführungsform bewirkt die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Schutzknoten 6 und dem zweiten Schutzknoten 8, die auf konstante Potentialwerte gesetzt sind, dass die erste Leitungsbrückeneinheit von dem Leitungszustand zurück in den Widerstandszustand schaltet, sobald die durch die Spannungs-/Stromversorgung 3 bereitgestellte Spannung, ausgehend von Spannungen, die größer sind als die Spannung VDD, in einen Spannungsbereich fällt, der sich von VDD bis VSS hin erstreckt. Analog hierzu schaltet die zweite Leitungsbrückeneinheit 7 von dem Leitungszustand zurück in den Widerstandszustand, wenn die durch die Spannungs-/Stromversorgung 3 bereitgestellte Spannung, ausgehend von einer Spannung, die niedriger ist als die Spannung VSS, in einen Bereich steigt, der sich von VSS bis VDD erstreckt. Mit anderen Worten: die erste Leitungsbrückeneinheit 5 und die zweite Leitungsbrückeneinheit 7 schalten von dem Leitungszustand automatisch in den Widerstandszustand, sobald die an den Anschluss 4 angelegten Spannungsspitzen verschwinden. Dies bedeutet, dass keine extern erzeugte Löschspannung an die erste Leitungsbrückeneinheit 5 und die zweite Leitungsbrückeneinheit 7 angelegt werden muss, um diese von dem Leitungszustand zurück in den Widerstandszustand zu schalten.
2 zeigt den Fall, bei dem zwei Leitungsbrückeneinheiten 5, 7 mit dem Anschluss 4 verbunden sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise können lediglich eine Leitungsbrückeneinheit (beispielsweise nur die erste Leitungsbrückeneinheit 5) oder mehr als zwei Leitungsbrückeneinheiten mit dem Anschluss 4 verbunden werden. Jede Leitungsbrückeneinheit kann mit einem individuellen Schutzknoten, der jeweils ein individuelles Schutzpotential aufweist, verbunden werden. Auf diese Art und Weise schalten die Leitungsbrückeneinheiten einen Widerstandszustand in einen Leitungszustand bei unterschiedlichen Spannungs-/Strompegeln. Damit kann die Historie aufgetretener Spannungen/Ströme besser verfolgt werden (jede Leitungsbrückeneinheit repräsentiert eine bestimmte Spannung/einen bestimmten Strom). Des Weiteren kann jede Leitungsbrückeneinheit individuelle physikalische Ausmaße und/oder individuelle Schalteigenschaften aufweisen. Wenn beispielsweise nur die erste Leitungsbrückeneinheit 5 bereitgestellt wird, so wird die erste Leitungsbrückeneinheit 5 nicht automatisch vom Leitungszustand zurück in den Widerstandszustand schalten, da der zweite Knoten 8, der auf das Potential VSS gesetzt ist, nicht existiert (was bedeutet, dass keine "Rückwärts-Bias-Spannung" existiert, die ein Schalten aus dem Leitungszustand in den Widerstandszustand bewirken könnte). In diesem Fall kann der Festkörperelektrolyt 11 jeder Leitungsbrückeneinheit so mit Metall dotiert werden, dass kein dauerhafter Leitungszustand des Festkörperelektrolyts 11 der Leitungsbrückeneinheit bei niedrigen Spannungen, die durch die Spannung-/Stromversorgung 3 bereitgestellt werden, aufrecht erhalten werden kann.
Eine weitere Möglichkeit, um die Leitungsbrückeneinheiten von dem Leitungszustand zurück in den Widerstandszustand zu schalten, ist die Verwendung einer Löschspannung-Erzeugungseinheit 12, die mit der ersten Leitungsbrückeneinheit 5 und der zweiten Leitungsbrückeneinheit 7 elektrisch verbunden ist, wobei die Löschspannung-Erzeugungseinrichtung 12 Löschspannungen erzeugt und diese an die Leitungsbrückeneinheiten 5, 7 anlegt. Die Löschspannungen bewirken das Schalten der Leitungsbrückeneinheiten 5, 7 von dem Leitungszustand in den Widerstandszustand. Da die Löschspannung-Erzeugungseinrichtung 12 in der in 2 gezeigten Ausführungsform nicht benötigt wird, sind die Verbindungen zwischen der Löschspannung-Erzeugungseinrichtung 12 und den Leitungsbrückeneinheiten 5, 7 nur durch gestrichelte Linien angedeutet. Die Schutzschaltung 1 kann auch eine Schreibspannung-Erzeugungseinrichtung 13 aufweisen, die mit den Leitungsbrückeneinheiten 5, 7 elektrisch verbunden ist, wobei die Schreibspannung-Erzeugungseinrichtung 13 Schreibspannungen erzeugt, und die Schreibspannungen an die Leitungsbrückeneinheiten 5, 7 anlegt. Die Schreibspannungen bewirken das Schalten der Leitungsbrückeneinheiten 5, 7 von dem Widerstandszustand in den Leitungszustand. Die Schreibspannung-Erzeugungseinrichtung 13 kann beispielsweise Teil einer Transportschutzeinrichtung (nicht gezeigt) sein, die die Schreibspannung-Erzeugungseinrichtung dazu benutzt, um die Leitungsbrückeneinheiten 5, 7 während eines Transportvorgangs oder eines Fertigungsprozesses in einen leitenden Zustand zu schalten. Nachdem der Transportvorgang bzw. der Fertigungsprozess abgeschlossen ist, kann die Löschspannung-Erzeugungseinrichtung 12 durch die Transportschutzeinrichtung dazu benutzt werden, um die Leitungsbrückeneinheiten 5, 7 wieder in den Widerstandszustand zu schalten.
Die Schutzschaltung 1 kann weiterhin eine Widerstands-Ermittlungseinrichtung 14 beinhalten, die den Widerstand der Leitungsbrückeneinheiten 5, 7 ermittelt durch Leiten von Messströmen durch die Leitungsbrückeneinheiten 5, 7. Die Widerstands-Ermittlungseinrichtung 14 kann beispielsweise durch die Spannungs-/Strom-Aufzeichnungseinrichtung (nicht gezeigt) benutzt werden, die Spannungs-/Stromspitzen aufzeichnet, die bei dem Anschluss 4 auftreten, indem Messströme, die durch die Leitungsbrückeneinheiten 5, 7 geleitet werden, ausgewertet werden (die Spannungs-/Stromspitzen, die bei dem Anschluss 4 auftreten, bewirken das Schalten der Leitungsbrückeneinheiten 5, 7 von einem Widerstandszustand in einen Leitungszustand; deshalb gibt beispielsweise eine in einem Leitungszustand befindliche Leitungsbrückeneinheit einen Hinweis darauf, dass Spannungs-/Stromspitzen aufgetreten sind). Auf diese Art und Weise kann die "Historie" der Spannungen/Ströme, durch die der Anschluss 4 beaufschlagt wurde, nach verfolgt werden.
Die Schutzschaltung 1 kann beispielsweise Teil der elektrischen Vorrichtung 2 sein oder eine separate Einheit darstellen, die mit der elektrischen Vorrichtung 2 trennbar verbunden ist. Beispielsweise kann die Schutzschaltung 1 auf eine separate Schutzschaltungs-Leiterplatte montiert werden, die mit der elektrischen Vorrichtung 2 trennbar verbunden ist.
4 zeigt eine Spezifikation der ESD-Härte für eine beispielhafte Halbleitervorrichtung.
5 zeigt ein Beispiel einer Schutzschaltung 20, die ein erstes Schaltungsgebiet 21 und ein zweites Schaltungsgebiet 22 aufweist, die jeweils durch Dioden 23 geschützt sind. Wenn die Schutzschaltung 20 durch hohe Spannungen oder Ströme beaufschlagt wird, wird ein elektrischer Entladeprozess mittels der Dioden 23 in Gang gesetzt, wodurch das erste Schaltungsgebiet 21 und das zweite Schaltungsgebiet 22 geschützt werden.
6 zeigt eine schematische Zeichnung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzschaltung.
Eine Schutzschaltung 1', die eine elektrische Vorrichtung 2 gegen Spannungen und/oder Ströme (beispielsweise Spannungsspitzen oder Stromspitzen) schützt, weißt auf: eine Leitungsbrückeneinheit 5, die einen Anschluss 4 der elektrischen Vorrichtung 2 mit einem Schutzknoten 6 verbindet, der auf ein Schutzpotential gesetzt ist. Die Leitungsbrückeneinheit 5 schaltet (in Abhängigkeit des Werts des Schutzpotentials) von einem Widerstandszustand in einen Leitungszustand, wenn die Spannungen und/oder Ströme bei dem Anschluss 4 einen bestimmten Schwellenwert übersteigen bzw. unterschreiten. Auf diese Art und Weise kann beispielsweise ein hoher Strom von dem Anschluss 4 dem Schutzknoten 6 zugeführt werden, womit verhindert wird, dass der Strom von dem Anschluss 4 in die elektrische Vorrichtung 2 geführt wird. Dasselbe gilt für Spannungen. Der Anschluss 4 kann ein Eingangsanschluss oder ein Ausgangsanschluss sein.
7 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schutzverfahrens.
Die in 7 gezeigte Ausführungsform des Schutzverfahrens weist einen Prozess P1 auf, bei dem zumindest eine Leitungsbrückeneinheit mit einem Anschluss der elektrischen Vorrichtung und mit einem Knoten, der auf ein Schutzpotential gesetzt ist, verbunden wird, wobei das Verbinden so erfolgt, dass der Anschluss mit dem Knoten über die zumindest eine Leitungsbrückeneinheit elektrisch verbunden ist.
In der folgenden Beschreibung werden weitere Aspekte der Erfindung erläutert.
Unkontrolliert hohe Spannungen und Ströme können ernsthafte Schäden verursachen. Deswegen sind in elektrischen Vorrichtungen (beispielsweise Halbleitervorrichtungen) im Allgemeinen so genannte ESD-Strukturen (Strukturen für die elektrostatische Entladung) implementiert (beispielsweise innerhalb der elektrischen Vorrichtung oder als Barriere vor den I/O-Pins). Beispielsweise können Halbleitervorrichtungen so ausgelegt sein, dass sie durch ESD bewirkten Schäden gemäß der folgenden Spezifikationen widerstehen:

– 2kV HBM-Härte gemäß EIA/JISD22-A114-B (MIL-Sted. 883D, Verfahren 3015.7)
– 500V CDM-Härte gemäß EOS/ESD-Vereinigung, Standard DS5.3 – 1993

Unkontrolliert hohe Spannungen bzw. Ströme können beispielsweise aufgrund elektrostatischer Entladungsvorgänge bzw. Spannungsvariationen auftreten, die beispielsweise von der elektrischen Stromversorgung verursacht werden.
I/Os von Halbleitervorrichtungen können durch eine ESD-Struktur geschützt werden, die Dioden aufweist, die I/Os mit VSS und VDD in Rückwärtsrichtung verbinden (siehe 5). Wenn eine hohe Spannung angelegt wird, kann der Strom durch die Diode (negativ bzgl. VSS und positiv bzgl. VDD) abgeleitet werden, womit die Vorrichtungen hinter der I/O-Struktur vor Schäden geschützt werden, die durch hohe Ströme entstehen. Ein Nachteil dieser Anordnung ist, dass viel Platz benötigt wird (beispielsweise Chipfläche auf Substratniveau, d.h. dem Niveau, bei dem üblicherweise elektrische Komponenten wie Dioden oder Transistoren ausgebildet werden), was bedeutet, das wenig Miniaturisierungspotential vorhanden ist. Des Weiteren ist die Komplexität des Herstellungsprozesses relativ hoch. Aufgrund verringerter Gate-Oxid-Dicken und reduzierter Leitungsbreiten werden Vorrichtungen sensibler bzgl. ESD. Soll der Schutz der Vorrichtungen aufrecht erhalten werden, so hat die konventionelle ESD-Struktur nur wenig Miniaturisierungspotential. Betrachtet man außerdem die steigende I/O-Anzahl, so wird deutlich, dass ein beträchtlicher Teil der Chipfläche für ESD-Schutzstrukturen benötigt wird.
Um ESD-Strukturen zu vermeiden, ist es möglich, in kritischen Momenten (beispielsweise vor und während des Kapselungsprozesses eines Halbleiters) eine Umgebung zu wählen, bei der die Risiken des ESD nicht bestehen. Ein Nachteil dieser Vorgehensweise ist, dass nicht alle Prozesse kontrollierbar sind (insbesondere Prozesse, die bei dem Nutzer der Vorrichtungen auftreten), und dass bisweilen ein hoher Aufwand betrieben werden muss.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden Strukturen, die ionenleitendes Material enthalten (SCINCs = Structures Containing Ion Conducting Materials), verwendet (beispielsweise Chalcogenid-Materialien, die Silber (Ag) enthalten), die als Schutzeinheiten fungieren, und die Strukturen, die den SCINCs nachgeschaltet sind, vor Schäden bewahren, die aus eintreffenden unkontrollierten Spannungen oder Strömen entstehen. Diese Strukturen können beispielsweise in IC's integriert werden, indem diese in den Produktionsprozess der IC's eingegliedert werden. Weiterhin ist es möglich, diese Strukturen in Form zusätzlicher Prozesses in den zu schützenden Vorrichtungen herzustellen, oder als separate Vorrichtungen auszugestalten, die mit den zu schützenden Vorrichtungen in Serie geschaltet sind.
Vorteile einer derartigen Anordnung sind:

a) geringerer Platzverbrauch
b) niedrige Prozesskomplexität in der Implementation
c) wiederholt benutzbar
d) Transportschutz mit niedrigem Aufwand möglich
e) ESD-Historie kann ausgelesen werden
f) Größe und Form kann leicht auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten werden
g) kein Front-End-Off-Line-Prozess notwendig (kann je nach Bedarf in alle Schichten der zu schützenden Vorrichtung implementiert werden oder sogar separat hergestellt werden, und dann als eigenständige Einheit einem Multichipmodul oder einem gemeinsamen Modul oder Platine als Komponente zugefügt werden).

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die SCICN-Strukturen dazu imstande, hohe Ströme zu verarbeiten (in Abhängigkeit der Größe, Dicke, des Materials, etc.), und können durch hohe Spannungen schnell eingeschaltet werden. Weiterhin können die Strukturen nach einem Ereignis durch sehr niedrige Spannungen ausgeschaltet werden (beispielsweise 0,05V bis 0,1V für GeS₂).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Schutzvorrichtung in Form einer CBRAM-Struktur bereitgestellt, die einen subkritischen Ag-Anteil aufweist, der nicht ausreichend ist, um den Schaltungszustand aufrechtzuerhalten. Damit ist es möglich, einen hoch leitfähigen Pfad auszubilden, wenn hohe Spannungen auftreten, andererseits wird sichergestellt, dass die CBRAM-Struktur einen hohen Widerstand aufweist, sobald die hohen Spannungen verschwunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden Platz raubende rückwärts geschaltete Dioden herkömmlicher ESD-Schutzstrukturen ersetzt durch eine Ag-dotierte Chalcogenidschicht, die vorzugsweise im Back-End-Off-Line-Abschnitt der zu schützenden Vorrichtung lokalisiert ist, und die Bottomelektrode mit VSS, und die Topelektrode mit VDD verbindet, womit ein leitender Pfad zur Verfügung steht, um unkontrollierte hohe Spannungen und Ströme in ein unkritisches Reservoir (VSS oder VDD) zu leiten.
Um die SCICN-Struktur vom Leitungszustand wieder in den Widerstandszustand zu führen, stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung:

i) Die Anordnung schaltet automatisch zurück ohne zusätzlichen Aufwand, wenn die in 2 gezeigte Anordnung benutzt wird. Die I/O-Spannung zwischen VDD und VSS erzeugt einen Spannungs-Bias der Schutzstruktur in Rückwärtsrichtung und setzt diese damit zurück in einen Hochwiderstandszustand.
ii) Eine geeignete Schaltung, ein geeigneter Mechanismus oder ein geeigneter Verfahrensalgorithmus werden verwendet, um die elektrische Vorrichtung in den Widerstandszustand zurückzuversetzen, indem ein hoher Rückwärtsstrom durch die elektrische Vorrichtung geschickt wird, beispielsweise während des Hochfahrens bzw. der Aufwärmephase der elektrischen Vorrichtung.
iii) Eine Chalcogenid-Schicht wird lediglich mit einer subkritische Menge an Silber (Ag) dotiert, die ein Schalten ohne Aufrechterhaltung ermöglicht (R_on fällt sogar bei positiven Spannungen).

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein "Transport"-Schutz implementiert, der die zu schützende Vorrichtung standardmäßig so lange in einen Niedrig-Widerstandszustand schaltet, bis die Vorrichtung komplett fertig gestellt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine eigene Schutzvorrichtung hergestellt, die mit der elektrischen Vorrichtung, die geschützt werden soll, kombiniert werden kann unter Verwendung einer Multi-Chip-Packung, durch Lötvorgänge, Bonden, Leimen, Verkeilung, etc.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Amplitude eines Ausgangssignals, einer Ausgangsspannung oder eines Ausgangsstroms begrenzt, indem der Ausgangsanschluss, der das Ausgangssignal, den Ausgangstrom oder die Ausgangsspannung bereit stellt, mit der erfindungsgemäßen Schutzschaltung verbunden wird (das heißt indem das Ausgangssignal, der Ausgangsstrom bzw. die Ausgangsspannung in ein Spannungsschutzband eingeschlossen wird).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden Spannungs- oder Stromereignisse verfolgt, indem die Zustände der SCICM-Strukturen nach Auftreten der Ereignisse nicht gelöscht werden, womit die Historie der Struktur bekannt ist.
Im Rahmen der Erfindung beinhalten die Begriffe "verbunden" und "gekoppelt" sowohl direktes als auch indirektes Verbinden bzw. Koppeln.
Im Rahmen dieser Erfindung ist Chalkogenid-Material zu verstehen als Beispiel einer beliebigen Verbindung, die Schwefel, Selen, Germanium und/oder Tellur enthält.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Festkörperelektrolytmaterial beispielsweise eine Verbindung, die aus einem Chalkogenid und zumindest einem Metall der Gruppe I oder Gruppe II des Periodensystems besteht, beispielsweise Arsen-Trisulfid-Silber. Alternativ enthält das Chalkogenid-Material Germaniumsulfid (GeS), Germaniumselenid (GeSe), Wolframoxid (WO_x), Kupfersulfid (CuS) oder ähnliches.
Weiterhin kann das Festkörperelektrolyt-Material aus einem Chalkogenid-Material hergestellt sein, das Metallionen enthält, wobei die Metallionen ein Metall sein können, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Silber, Kupfer und Zink besteht bzw. aus einer Kombination oder einer Legierung dieser Metalle.

1: Schutzschaltung
2: Elektrische Vorrichtung
3: Spannungs-/Stromversorgung
4: Anschluss
5: Erste Leitungsbrückeneinheit
6: Erster Knoten
7: Zweite Leitungsbrückeneinheit
8: Zweiter Knoten
9: Reaktive Elektrode
10: Inerte Elektrode
11: Ionenleiter
12: Löschspannungs-Erzeugungseinrichtung
13: Schreibspannungs-Erzeugungseinrichtung
14: Widerstands-Ermittlungseinrichtung

Claims

Schutzschaltung für eine elektrische Vorrichtung, • mit zumindest einer Leitungsbrückeneinheit, die einen Anschluss der elektrischen Vorrichtung mit einem Schutzknoten, der auf ein Schutzpotential gesetzt ist, elektrisch verbindet, • wobei das Schutzpotential so gewählt ist, dass die Leitungsbrückeneinheit von einem Widerstandszustand in einen Leitungszustand schaltet, wenn die an dem Anschluss anliegende Spannung oder der durch den Anschluss fließende Strom einen bestimmten Schwellenwert über- oder unterschreit.
Schutzschaltung gemäß Anspruch 1, • wobei die Schutzschaltung eine erste Leitungsbrückeneinheit und eine zweite Leitungsbrückeneinheit aufweist, • wobei jede Leitungsbrückeneinheit eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode sowie eine Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist.
Schutzschaltung gemäß Anspruch 2, • wobei die inerte Elektrode der ersten Leitungsbrückeneinheit mit einem ersten Schutzknoten verbunden ist, der auf ein erstes Schutzpotential gesetzt ist, und die reaktive Elektrode der ersten Leitungsbrückeneinheit mit dem Anschluss verbunden ist, • wobei die inerte Elektrode der zweiten Leitungsbrückeneinheit mit dem Anschluss verbunden ist, und die reaktive Elektrode der zweiten Leitungsbrückeneinheit mit einem zweiten Schutzknoten verbunden ist, der auf ein zweites Schutzpotential gesetzt ist.
Schutzschaltung gemäß Anspruch 3, • wobei der erste Schutzknoten ein Knoten ist, an dem eine erste Referenzspannung anliegt, und • wobei der zweite Schutzknoten ein Knoten ist, an dem eine zweite Referenzspannung anliegt.
Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, • mit einer Löschspannungs-Erzeugungseinrichtung, die mit der wenigstens einen Leitungsbrückeneinheit elektrisch verbunden ist, • wobei die Löschspannungs-Erzeugungseinrichtung Löschspannungen erzeugt und diese den mit der Löschspannungs-Erzeugungseinrichtung verbundenen Leitungsbrückeneinheiten zuführt, • wobei die Löschspannungen das Schalten der Leitungsbrückeneinheiten von dem Leitungszustand in den Widerstandszustand bewirken.
Schutzschaltung gemäß Anspruch 5, wobei die Löschspannungs-Erzeugungseinrichtung die Löschspannungen den Leitungsbrückeneinheiten während des Einschaltvorgangs der elektrischen Vorrichtung zuführen.
Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die wenigstens eine Leitungsbrückeneinheit so ausgestaltet ist, dass sie automatisch von einem Leitungszustand in einen Widerstandszustand schaltet, sobald die an dem Anschluss anliegende Spannung oder der durch den Anschluss fließende Srom den Schwellenwert nicht mehr über- beziehungsweise unterschreitet.
Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Festkörperelektrolyt wenigstens einer Leitungsbrückeneinheit mit Metall dotiert ist.
Schutzschaltung nach Anspruch 8, wobei der Festkörperelektrolyt wenigstens einer Leitungsbrückeneinheit so mit Metall dotiert ist, dass kein dauerhafter Leitungszustand des Festkörperelektrolyten bei Spannungspegeln oder Strompegeln aufrecht erhalten werden kann, die unter- beziehungsweise überhalb des bestimmten Schwellenwerts liegen.
Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer Widerstandsermittlungseinrichtung, die mit wenigstens einer Leitungsbrückeneinheit elektrisch verbunden ist und den Widerstand der Leitungsbrückeneinheiten ermittelt.
Schutzschaltung nach Anspruch 10, wobei die Widerstandsermittlungseinrichtung den Widerstand der Leitungsbrückeneinheiten ermittelt, indem Messströme durch die Leitungsbrückeneinheiten geleitet werden.
Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einer Spannungs-/Strom-Aufzeichnungseinrichtung, die mit wenigstens einer Leitungsbrückeneinheit elektrisch verbunden ist und zum Aufzeichnen von Spannungsspitzen oder Stromspitzen, die den Anschluss beaufschlagen, dient.
Schutzschaltung nach Anspruch 12, wobei die Aufzeichnungseinrichtung Spannungsspitzen oder Stromspitzen verfolgt, indem Messströme ausgewertet werden, die durch die Leitungsbrückeneinheiten geleitet werden.
Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einer Schreibspannungs-Erzeugungseinrichtung, die mit wenigstens einer Leitungsbrückeneinheit elektrisch verbunden ist und zum Erzeugen von Schreibspannungen sowie zum Anlegen der Schreibspannungen an die Leitungsbrückeneinheiten dient.
Schutzschaltung nach Anspruch 14, mit einer Transportschutzeinrichtung, mit der unter Zuhilfenahme der Schreibspannungs-Erzeugungseinrichtung zumindest eine Leitungsbrückeneinheit so lange in einen Leitungszustand schaltbar ist, bis die elektrische Vorrichtung fertig gestellt ist.
Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Schutzschaltung mit der elektrischen Vorrichtung trennbar verbunden ist.
Schutzschaltung nach Anspruch 16, wobei die Schutzschaltung auf einer eigenen Leiterplatte angeordnet ist.
Elektrische Vorrichtung, • mit einem Anschluss, und • mit einer Schutzschaltung, die die elektrische Vorrichtung gegen Spannungsspitzen oder Stromspitzen schützt, die den Anschluss beaufschlagen, • wobei die Schutzschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgestaltet ist.
Verfahren zum Schützen einer elektrischen Vorrichtung, bei dem wenigstens eine Leitungsbrückeneinheit mit einem Anschluss der elektrischen Vorrichtung und mit einem Knoten, der auf ein Schutzpotential gesetzt ist, so verbunden wird, dass der Anschluss mit dem Schutzknoten über die wenigstens eine Leitungsbrückeneinheit elektrisch verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Schutzpotentiale der Schutzknoten so gewählt werden, dass die wenigstens eine verbundene Leitungsbrückeneinheit von einem Widerstandszustand in einen Leitungszustand schaltet, wenn die an dem Anschluss anliegende Spannung oder der durch den Anschluss fließende Strom einen bestimmten Schwellenwert über- bzw. unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 20, • wobei die Schutzschaltung eine erste Leitungsbrückeneinheit und eine zweite Leitungsbrückeneinheit aufweist, • wobei jede Leitungsbrückeneinheit eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode, sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 21, mit den folgenden Prozessen: • Verbinden der inerten Elektrode der ersten Leitungsbrückeneinheit mit einem ersten Schutzknoten, der auf ein erstes Schutzpotential gesetzt ist, • Verbinden der reaktiven Elektrode der ersten Leitungsbrückeneinheit mit dem Anschluss, • Verbinden der inerten Elektrode der zweiten Leitungsbrückeneinheit mit dem Anschluss, und • Verbinden der reaktiven Elektrode der zweiten Leitungsbrückeneinheit mit einem zweiten Schutzknoten, der auf ein zweites Schutzpotential gesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der erste Schutzknoten ein Knoten ist, der mit einem ersten Referenzpotential beaufschlagt wird, und der zweite Schutzknoten ein Knoten ist, der mit einem zweiten Referenzpotential beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, • wobei eine Löschspannung erzeugt und der wenigstens einen Leitungsbrückeneinheit zugeführt wird, • wobei die Löschspannung das Schalten der wenigstens einen Leitungsbrückeneinheit von dem Leitungszustand in den Widerstandszustand bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Löschspannung während des Hochfahrens bzw. des Einschaltvorgangs der elektrischen Vorrichtung erzeugt und der wenigstens einen Leitungsbrückeneinheit zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei alle Leitungsbrückeneinheiten, die sich im Leitungszustand befinden, in einen Widerstandszustand geschaltet werden, sobald Spannungsspitzen oder Stromspitzen, die den Anschluss beaufschlagen, verschwunden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, wobei der Widerstand wenigstens einer Leitungsbrückeneinheit ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Widerstand wenigstes einer Leitungsbrückeneinheit ermittelt wird, indem ein Messstrom durch die wenigstens eine Leitungsbrückeneinheit geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, wobei Stromspitzen oder Spannungsspitzen, die den Anschluss beaufschlagen, aufgezeichnet werden.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Spannungsspitzen oder Stromspitzen, die den Anschluss beaufschlagen, durch Auswerten von Messströmen, die durch die Leitungsbrückeneinheiten geleitet werden, aufgezeichnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 30, wobei Schreibspannungen erzeugt und wenigstens einer Leitungsbrückeneinheit zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 31, • wobei das Erzeugen und Zuführen der Schreibspannungen zu Beginn des Fertigungsprozesses der elektrischen Vorrichtung ausgeführt wird, • wobei nach Beendigung des Fertigungsprozesses Löschspannungen erzeugt und der Leitungsbrückeneinheiten zugeführt werden, • wobei die Löschspannungen das Schalten der Leitungsbrückeneinheiten von dem Leitungszustand in den Widerstandszustand bewirken.