DE102011004543B4

DE102011004543B4 - Widerstand, Leiterplatte und elektrisches oder elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE102011004543B4
Application number: DE201110004543
Authority: DE
Inventors: Frank Dietrich; Kim Vu
Original assignee: Wuerth Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Wuerth Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: DE102011004543A1

Abstract

Widerstand (100) zur Verwendung als Impulswiderstand zur Ableitung von Spannungsimpulsen, insbesondere von Hochspannungsimpulsen mit einer auf einem Substrat (116) aufgebrachten Dickschicht (102), mit einem ersten Kontakt (104) und einem zweiten Kontakt (106) zur elektrischen Kontaktierung der Dickschicht, wobei der erste Kontakt (104) und der zweite Kontakt (106) in einer Längsrichtung (144) der Dickschicht (102) voneinander beabstandet sind, und wobei der erste Kontakt (104) erste (108) und zweite (110) Kontaktelemente aufweist, die voneinander in Dickenrichtung der Dickschicht (102) beabstandet sind, und wobei der zweite Kontakt (106) erste (112) und zweite (114) Kontaktelemente aufweist, die voneinander in Dickenrichtung der Dickschicht (102) beabstandet sind, wobei die ersten (108) und zweiten (110) Kontaktelemente des ersten Kontakts (104) außerhalb der Dickschicht (102) in zumindest einem Kontaktbereich (134, 138) elektrisch miteinander kontaktiert sind, wobei die ersten (112) und zweiten (114) Kontaktelemente des zweiten Kontakts (106) außerhalb der Dickschicht (102) in zumindest einem Kontaktbereich (136, 140) elektrisch...

Description

Die Erfindung betrifft einen Impulswiderstand, eine Leiterplatte, die ein oder mehrere Impulswiderstände beinhaltet, sowie ein elektrisches oder elektronisches Gerät mit einem Impulswiderstand.
Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von Impulswiderständen zum Schutz vor Impulsspannungen bekannt. Solche Impulswiderstände werden in Dickschicht-Technologie als diskrete Bauelemente realisiert, um die zur Absorption einer hohen elektrischen Impulsleistung erforderliche Materialmasse in einem Dickschicht-Widerstand zur realisieren.
US 4,031,272 beschreibt eine Technik zur Herstellung einer hybriden integrierten Schaltung, die Mittel aus der Dick- und der Dünnschichttechnologie kombinieren. Die Verarbeitungsabfolge zur Herstellung eines Ohm'schen Kontakts zwischen Dickschichtwiderständen und leitfähigen Dünnschichtmetallisierungen umfasst die Verwendung eines Goldstreifens an der Phasengrenze als leitfähige Verbindung.
DE 10 2008 056 449 A1 beschreibt pflasterartig flexible Sensor- bzw. Elektrodenanordnungen, insbesondere für medizintechnische Geräte, sowie dafür vorteilhafte Schaltkreise auf einer Trägerfolie.
”Die Integration in die Leiterplatte” (Präsentation von Würth Elektronik) zeigt die Verwendung von gedruckten Widerständen an Kupferkontakten, Dickschichten mit einer Dicke von mehr als 100 μm und die Verwendung von Impulswiderständen in Defibrillatoren.
Der TEC Report Ausgabe 07 (Würth Elektronik, Pforzheim, Dezember 2009) zeigt die Verwendung von Dickschicht-Widerständen und die Verwendung eines Impulswiderstands in einem Gerät zum Netzschutz Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Impulswiderstand auf einer Leiterplatte oder anderes geeignetes Substrat sowie ein elektrisches oder elektronisches Gerät zu schaffen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Nach Ausführungsformen der Erfindung wird ein Impulswiderstand geschaffen, welcher die Ableitung eines Hochspannungsimpulses ermöglicht. Hierzu hat der Impulswiderstand eine Dickschicht, insbesondere eine Dickschicht aus einem leitfähigen Polymer. Hierzu geeignete polymere Materialien sind zum Beispiel an sich aus Ken Gilleo: Polymer Thick Film. Van Nostrand Reinhold, New York 1996, ISBN 0442012209, Kapitel 2, Seiten 21 ff. bekannt.
Unter einem „Impulswiderstand” wird hier insbesondere jede Anordnung verstanden, die einen ohmschen Widerstand bildet, welcher zur Ableitung eines Hochspannungsimpulses geeignet ist, insbesondere ein sogenannter Schutzwiderstand.
Zur Bildung des Impulswiderstands wird die Dickschicht mittels erster und zweiter Kontakte kontaktiert, die in Richtung der Längenerstreckung der Dickschicht voneinander beabstandet angeordnet sind. Beispielsweise verläuft die Dickschicht streifenförmig zwischen den ersten und zweiten Kontakten.
Zwischen den ersten und zweiten Kontakten kann eine Hochspannung, zum Beispiel in einem Fehlerfall, anliegen, sodass ein entsprechender Spannungsimpuls über die Dickschicht abgeleitet wird. Dabei wird sich die Dickschicht kurzzeitig stark erhitzen, zum Beispiel auf ca. 170°C.
Die ersten und zweiten Kontakte werden jeweils durch zumindest erste und zweite Kontaktelemente gebildet, welche außerhalb der Dickschicht miteinander elektrisch kontaktiert sind. Die ersten und zweiten Kontaktelemente sind jeweils in Querrichtung der Dickschicht voneinander beabstandet, beispielsweise also übereinander oder schräg übereinander angeordnet. Zwischen den ersten und zweiten Kontaktelementen befindet sich die Dickschicht.
Ausführungsformen der Erfindung sind besonders vorteilhaft, da sie die Realisierung kompakter Impulswiderstände zur Aufnahme besonders hoher Impulsleistungen in Dickschichttechnik ermöglicht, welche insbesondere auch als integraler Bestandteil einer Leiterplatte gefertigt werden können. Ein erfindungsgemäßer Impulswiderstand kann dabei als diskretes Bauelement oder als integraler Bestandteil einer Leiterplatte oder eines anderen elektrischen oder elektronischen Moduls in einem elektrischen oder elektronischen Gerät eingesetzt werden, indem die Ableitung von Hochspannungsimpulsen vorgesehen sein muss, wie zum Beispiel in einem Fehlerstromschutzschalter oder einem Defibrillator.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die ersten Kontaktelemente auf einem Substrat aufgebracht, wie zum Beispiel auf einer Leiterplatte oder einer Zwischenschicht einer mehrschichtigen Leiterplatte. Auf dem Substrat befindet sich eine Dickschicht, die sich in ihrer Längsrichtung zwischen den ersten Kontaktelementen und über die ersten Kontaktelemente hinweg erstreckt. Auf der Oberfläche der Dickschicht sind die zweiten Kontaktelemente angeordnet, beispielsweise den jeweiligen ersten Kontaktelementen einander gegenüberliegend.
Die ersten Kontaktelemente ragen aus der Dickschicht heraus und die zweiten Kontaktelemente erstrecken sich jeweils über eine Flanke der Dickschicht bis zu dem aus der Dickschicht jeweils herausragenden Abschnitt der ersten Kontaktelemente, um dort jeweils elektrisch zu kontaktieren.
Beispielsweise können die ersten Kontaktelemente durch eine strukturierte Kupferbeschichtung des Substrats, beispielsweise einer Leiterplatte oder einer Zwischenschicht, gebildet werden. Die Dickschicht kann dann auf das Substrat aufgebracht werden, wie zum Beispiel mittels Siebdruck. Auf die Dickschicht werden dann die zweiten Kontaktelemente aufgedruckt, wobei hierzu ein geeignetes Druckverfahren verwendet wird, welches das Aufdrucken dreidimensionaler leitfähiger Strukturen ermöglicht. Hierzu geeignete Druckverfahren sind Siebdruck- und Tampodruckverfahren. Hierdurch lässt sich besonders effizient, kostengünstig und mit geringem Energieeinsatz ein hochleistungsfähiger Impulswiderstand, insbesondere als integraler Bestandteil einer ein- oder mehrschichtigen gedruckten Leiterplatte („printed circuit board”) realisieren.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Dickschichten übereinander aufgebracht, sodass sich eine resultierende Dickschicht mit einer besonders großen Schichtstärke ergibt (Ultra- Dickschicht). Nach der Aufbringung jeder Dickschicht werden zweite Kontaktelemente aufgedruckt, um mit dem jeweils darunterliegenden zweiten Kontaktelement eine elektrische Verbindung zu bilden. Die ersten und zweiten Kontakte bestehen dann also jeweils aus dem ersten Kontaktelement und mehreren zweiten Kontaktelementen, wobei für jede der aufgebrachten Dickschichten ein zweites Kontaktelement vorhanden ist.
Nach einer nicht beanspruchten Ausführungsform wird der Impulswiderstand durch erste und zweite Substrate gebildet, zwischen denen sich die Dickschicht befindet. Auf dem ersten Substrat befinden sich die ersten Kontaktelemente und auf dem zweiten Substrat befinden sich die zweiten Kontaktelemente, die jeweils zum Beispiel durch strukturierte Kupferschichten der ersten und zweiten Substrate gebildet werden. Die elektrische Verbindung der ersten und zweiten Kontaktelemente der ersten bzw. zweiten Kontakte erfolgt durch Vias, die den Zwischenraum zwischen den ersten und zweiten Substraten überbrücken.
Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn der Impulswiderstand als integraler Bestandteil einer mehrschichtigen gedruckten Leiterplatte realisiert wird. Bei dem ersten und/oder dem zweiten Substrat kann es sich dann nämlich um eine der Zwischenschichten der Leiterplatte handeln.
In einem weiteren Aspekt beinhaltet ein nicht beanspruchtes Verfahren zur Herstellung eines Impulswiderstandes oder einer Leiterplatte die folgenden Schritte: Strukturierung eines Leiterplattenrohlings zur Herstellung der ersten Kontaktelemente, Aufbringung der Dickschicht auf die strukturierte Leiterplatte, Aufbringung der zweiten Kontaktelemente auf die Dickschicht und Ausbildung der elektrischen Kontaktierung zwischen den ersten und zweiten Kontaktelementen der ersten bzw. zweiten Kontakte.
Ausführungsformen des nicht beanspruchten Verfahrens sind besonders vorteilhaft, da sie mit einer üblichen Leitplattenfertigungsanlage durchgeführt werden können, um Leiterplatten mit integrierten besonders leistungsfähigen Impulswiderständen herzustellen, wobei der Energiebedarf für die Herstellung eine Impulswiderstand im Vergleich zum Stand der Technik (Cermet-Dickschicht-Widerstand) gering ist.
Nach einer nicht beanspruchten Ausführungsform erfolgt die Aufbringung der zweiten Kontaktelemente durch ein Druckverfahren, welches die Realisierung einer dreidimensionalen leitfähigen Struktur ermöglicht. Hierzu geeignete Druckverfahren sind beispielsweise Siebdruckverfahren oder Tampodruckverfahren, wobei eine leitfähige Paste aufgedruckt wird.
Nach einer nicht beanspruchten Ausführungsform erfolgt die Aufbringung der Dickschicht schrittweise, indem in aufeinander folgenden Prozessschritten mehrere Dickschichten aufeinander aufgebracht werden, um so eine resultierende Dickschicht einer besonders großen Schichtstärke zu realisieren. Hierbei wird nach der Aufbringung jeder Dickschicht der Schritt der Aufbringung der zweiten Kontaktelemente erneut durchgeführt, wobei bei der zweiten und jeder folgenden Wiederholung dieses Schritts die zweiten Kontaktelemente mit den zweiten Kontaktelementen der jeweils darunterliegenden Dickschicht elektrisch verbunden sind.
Dies hat den Vorteil, dass die durch den dreidimensionalen (3D) Druck der zweiten Kontaktelemente zu überbrückende Höhendifferenz nur die Schichtdicke einer einzelnen Dickschicht beträgt und nicht die Höhendifferenz zu den ersten Kontaktelementen, was den 3D-Druck weniger aufwendig gestaltet.
Nach einer nicht beanspruchten Ausführungsform werden erste und zweite Substrate zur Herstellung der ersten Kontaktelemente jeweils strukturiert. Bei den ersten und zweiten Substraten kann es sich zum Beispiel um Zwischenschichten einer Leiterplatte oder eine außenliegende Schicht einer Leiterplatte und eine Zwischenschicht handeln.
Beispielsweise wird zur Herstellung einer mehrschichtigen Leiterplatte mit ein oder mehreren integrierten Impulswiderständen so vorgegangen, dass zwei verschiedene Leiterplattenschichten zunächst strukturiert werden, um die ersten und zweiten Kontaktelemente zu realisieren. Auf eine erste der strukturierten Leiterplattenschichten wird dann der Dickfilm aufgebracht und getrocknet. Bei der zweiten Leiterplattenschicht handelt es sich um eine vorpolymerisierte Epoxidschicht (Prepreg), die noch nicht vollständig ausgehärtet ist. Diese wird auf die erste Leiterplattenschicht, die aus bereits ausgehärtetem Epoxidharz, insbesondere mit einer Glasfaserverstärkung, besteht, aufgepresst, indem die zweiten Kontaktelemente in die getrocknete Dickschicht eindringen, und diese plastisch verformen.
Die nicht beanspruchten Ausführungsformen sind besonders vorteilhaft, da die Herstellung einer erfindungsgemäßen Leiterplatte mit Hilfe einer herkömmlichen Fabrikationsanlage zur Herstellung von Leiterplatten erfolgen kann. Insbesondere kann eine übliche Dicke der strukturierten Kupferschicht von 35 μm gewählt werden, da trotz dieser im Vergleich zu der Dickschicht geringen Dicke der Kupferschicht aufgrund der zweiten Kontaktelemente eine große effektive Kontaktfläche an den ersten und zweiten Kontakten gebildet wird, welche zu einem auch an den Endbereichen der Dickschicht näherungsweise laminaren Stromfeld mit annähernd homogener Stromdichte führt. Hierdurch werden lokale Überhitzungen (Hot Spots) vermieden.
Im Weiteren werden Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Impulswiderstands,
2 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform entlang Schnitt A-A der 1,
3 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform entlang Schnitt A-A der 1,
4 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines nicht beanspruchten Impulswiderstands, der in eine mehrschichtige Leiterplatte integriert ist.
Elemente der nachfolgenden Ausführungsformen, die einander entsprechen, werden jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die 1 zeigt einen Impulswiderstand 100 mit einer Dickschicht 102. Die Dickschicht 102 besteht aus einem leitfähigen Material, durch welches ein ohmscher Widerstand gebildet wird. Beispielsweise besteht die Dickschicht aus einem leitfähigen Polymer. Die Dickschicht hat vorzugsweise eine Dicke von zumindest 60 μm, beispielsweise 70 μm oder 100 μm, kann aber auch noch wesentlich dicker ausgebildet sein.
Der Impulswiderstand 100 hat einen ersten Kontakt 104 und einen zweiten Kontakt 106 zur Kontaktierung der Dickschicht 102, die sich in Ihrer Längsrichtung 144 zwischen den Kontakten 104 und 106 erstreckt.
Der Kontakt 104 wird durch ein unteres Kontaktelement 108 und ein oberes Kontaktelement 110 gebildet. Die Kontaktelemente 108 und 110 sind quer zu der Längsrichtung 144 voneinander beabstandet, beispielsweise einander gegenüberliegend. Bei der hier betrachteten Ausführungsform ist das obere Kontaktelement 110 in vertikaler Richtung oberhalb eines Teilbereichs des unteren Kontaktelements 108 angeordnet und überdeckt diesen Teilbereich, wobei sich der Teilbereich unter der Dickschicht 102 befindet. Entsprechendes gilt für das untere Kontaktelement 112 und das obere Kontaktelement 114 des Kontakts 106.
Da die Kontakte 104 und 106 jeweils durch zwei in vertikaler Richtung voneinander beabstandete Kontaktelemente gebildet werden, ist die effektive Kontaktfläche der Kontakte 104 und 106, welche diese mit den jeweiligen Endbereichen der Dickschicht 102 ausbilden, relativ groß und erstreckt sich über einen großen Teil oder den gesamten Querschnitt der Dickschicht 102. Aufgrund dessen ist das bei Ableitung eines elektrischen Impulses durch die Dickschicht 102 entstehende elektrische Strömungsfeld auch an den Endbereichen der Dickschicht 102, dort wo die elektrische Kontaktierung der Dickschicht 102 mittels der Kontakte 104 bzw. 106 erfolgt, annähernd homogen, das heißt die Stromlinien sind annähernd äquidistant und parallel zueinander. Aufgrund dessen ist die Stromdichte über den Querschnitt der Dickschicht 102 und damit die Leistungsdichte annähernd konstant, sodass es nicht zu lokalen Überhitzungen kommen kann.
Die unteren Kontaktelemente 108 und 112 können auf einem Substrat 116 angeordnet sein. Bei dem Substrat 116 kann es sich um einen Träger aus einem Epoxidharz handeln, der glasfaserverstärkt sein kann. Insbesondere kann es sich bei dem Substrat 116 um eine Leiterplatte mit einer strukturierten Kupferbeschichtung handeln, wobei durch die Strukturierung der Kupferbeschichtung die Kontaktelemente 108 und 112 gebildet werden. Neben dem Impulswiderstand 100 können auf dem Substrat 116 weitere elektrische oder elektronische Bauelemente angeordnet und mit dem Impulswiderstand 100 verschaltet sein.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Oberfläche der Kontaktelemente 108 und 112 coplanar zu der Oberfläche des Substrats 116, das heißt es handelt sich bei den Kontaktelementen 108 und 112 um flächige Strukturen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Kontaktelemente 108 und 112 durch eine Strukturierung einer auf dem Substrat 116 befindlichen Kupferschicht gebildet werden.
Im Gegensatz dazu kann es sich bei den Kontaktelementen 110 und 114 um dreidimensionale leitfähige räumliche Strukturen handeln, die so ausgebildet sind, dass sie sowohl eine Oberfläche der Dickschicht 102 in dem jeweiligen Endbereich überdecken als auch jeweils eine seitliche Flanke der Dickschicht 102, um in vertikaler Richtung jeweils eine Kontaktierung mit dem entsprechenden unteren Kontaktelement herzustellen. Eine diesbezügliche Ausführungsform ist in der 2 entlang des Schnitts A-A der 1 gezeigt.
Das obere Kontaktelement 110 ist hier so ausgebildet, dass es in dem linken Endbereich 118 der Dickschicht 102 mit der Oberfläche der Dickschicht 102 kontaktiert, wobei das Kontaktelement 110 in diesem Endbereich 118 bei der hier betrachteten Ausführungsform coplanar zu dem Substrat 116 und dem Kontaktelement 108 ist.
Der Endbereich 118 der Dickschicht 102 wird durch einen Flankenbereich 120 abgeschlossen, in dem die Dickschicht 102 eine zunächst gekrümmte und dann vertikal nach unten verlaufende Flanke aufweist. Das obere Kontaktelement 110 ist schichtförmig auf diesem Flankenbereich 120 aufgebracht und erstreckt sich in Richtung auf die Oberfläche des Substrats 116 zumindest bis auf die Höhe der Oberseite des Kontaktelements 108, wie in der 2 dargestellt.
Das obere Kontaktelement 114 am anderen Ende der Dickschicht 102 ist analog dazu ausgebildet. Mit anderen Worten verläuft ein erster Abschnitt des Kontaktelements 114 in dem Endbereich 122 der Dickschicht 102 koplanar zu dem Substrat 116 und der Oberfläche des Kontaktelements 112. An dem rechten Ende bildet die Dickschicht 102 in dem Flankenbereich 124 eine bis auf das Substrat 116 abfallende Flanke entlang derer das obere Kontaktelement 114 zumindest bis zu der Höhe der Oberseite des Kontaktelements 112 verläuft.
Das obere Kontaktelement 110 und das untere Kontaktelement 108 sind elektrisch miteinander verbunden, um so einen ersten Kontakt an dem linken Ende der Dickschicht 102 zu schaffen; ebenso sind das obere Kontaktelement 114 und das untere Kontaktelement 112 miteinander elektrisch verbunden, um so einen zweiten Kontakt an dem rechten Ende der Dickschicht 102 zu schaffen.
Aufgrund der geometrischen Form der ersten und zweiten Kontakte werden effektive linke und rechte Kontaktflächen für die Dickschicht 102 geschaffen, welche in einem weiten Bereich für ein näherungsweise homogenes und laminares Strömungsfeld des durch die Dickschicht 102 fließenden elektrischen Stromes sorgt, wie durch die in der 2 gestrichelt dargestellten Stromlinien dargestellt ist.
Die elektrische Verbindung des unteren Kontaktelements 108 und des oberen Kontaktelements 110 erfolgt an einem Abschnitt des Kontaktelements 108, welches aus der Dickschicht 102 herausragt.
Dieser Abschnitt kann als eine Leiterbahn 126 ausgebildet sein, welche in einer Kontaktstelle 128 endet, wobei die Kontaktstelle 128 und die Leiterbahn 126 zu dem Kontaktelement 108 gehören, mit diesem eine Einheit bilden und zueinander koplanar sind. Das Kontaktelement 108 mit der Leiterbahn 126 und der Kontaktstelle 128 werden vorzugsweise durch Strukturierung einer auf dem Substrat 116 befindlichen Kupferschicht einer Dicke von beispielsweise 35 μm oder 20 μm gebildet.
Dadurch, dass sich das obere Kontaktelement 110 entlang der linken Flanke der Dickschicht 102 zumindest bis auf die Ebene der Oberfläche des Kontaktelements 108 erstreckt, wird ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktelement 110 und dem Kontaktelement 108 dort gebildet, wo die Leiterbahn 126 aus der Dickschicht 102 in Richtung auf die Kontaktstelle 128 hervortritt.
Dazu symmetrisch ist in gleicher Art und Weise der rechte Kontakt ausgebildet, wobei das untere Kontaktelement eine Leiterbahn 130 aufweist, die aus der Dickschicht 102 herausragt und in einer Kontaktstelle 132 endet.
Die Kontaktierung zwischen dem Kontaktelement 108 und dem Kontaktelement 110 erfolgt also in dem Kontaktbereich 134, wie in der 1 dargestellt und auf der gegenüberliegenden Seite erfolgt die Kontaktierung der Kontaktelemente 112 und 114 in dem Kontaktbereich 136, wie ebenfalls in der 1 dargestellt.
Das untere Kontaktelement 108 und/oder 112 können alternativ oder zusätzlich auch an anderen Stellen aus der Dickschicht 102 herausragen, wie in der 1 ebenfalls dargestellt, so dass die Kontaktbereiche 138 bzw. 140 gebildet werden, in denen ebenfalls eine elektrische Kontaktierung der jeweiligen unteren und oberen Kontaktelemente erfolgt.
Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, die sich von der Ausführungsform gemäß 2 dadurch unterscheidet, dass die Dickschicht 102 durch zwei aufeinander aufgebrachte Dickschichten 102' und 102'' gebildet wird.
Hierdurch resultiert eine Dickschicht mit einer besonders großen Schichtstärke, da sich die Schichtstärke der einzelnen Dickschichten 102' und 102'' aufaddieren.
In den Endbereichen 118 bzw. 122 sind auf der Oberfläche der oberen Dickschicht 102'' jeweils weitere obere Kontaktelemente 110'' bzw. 114'' ausgebildet, die sich auch über den jeweiligen Flankenbereich hinweg erstrecken, wobei in der 3 nur der linke Flankenbereich 120 gezeigt ist, um mit dem jeweils darunter befindlichen oberen Kontaktelement einen elektrischen Kontakt zu bilden, was in der 3 für das obere Kontaktelement 110' exemplarisch gezeigt ist. Der erste Kontakt 104 wird bei dieser Ausführungsform dann also durch das Kontaktelement 108 sowie die oberen Kontaktelemente 110' und 110'' gebildet; entsprechend verhält es sich für den zweiten Kontakt 106, der durch das untere Kontaktelement 112 sowie die oberen Kontaktelemente 114' und 114'' gebildet wird.
Zur Herstellung eines Impulswiderstands 100 gemäß den Ausführungsformen der 2 oder 3 wird so vorgegangen, dass zunächst das Substrat 116 zur Verfügung gestellt wird, welches mit einer Kupferschicht beschichtet ist. Bei dem Substrat 116 kann es sich zum Beispiel um einen Leiterplattenrohling oder den Rohling einer Leiterplattenzwischenschicht handeln. Das Substrat 116 wird dann einem Strukturierungsschritt unterworfen, um die Kontaktelemente 108 und 112 auszubilden. Anschließend wird auf das Substrat 116 die Dickschicht 102 aufgebracht, vorzugsweise durch ein Druckverfahren, wie zum Beispiel durch Siebdruck.
Die Dickschicht 102 wird dabei so aufgebracht, dass sie sich zwischen den Kontaktelementen 108 und 112 und über diese hinweg erstreckt. Nachdem die Dickschicht 102 getrocknet ist, werden in einem weiteren Schritt die oberen Kontaktelemente 110 und 114 bzw. in der Ausführungsform der 3 die oberen Kontaktelemente 110' und 114' aufgebracht. Dies kann drucktechnisch erfolgen, wie zum Beispiel durch Siebdruck oder Tampodruck oder ein anderes Druckverfahren, was das Aufdrucken einer dreidimensionalen leitfähigen Struktur ermöglicht. Für den Aufdruck der oberen Kontaktelemente wird dabei beispielsweise eine leitfähige Paste verwendet, wie zum Beispiel eine Silberleitpaste.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 wird anschließend noch die Dickschicht 102'' aufgedruckt, auf die dann die weiteren oberen Kontaktelemente 110'' bzw. 114'' aufgedruckt werden.
Die 4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines nicht beanspruchten Impulswiderstands 100. Bei dieser Ausführungsform ist gegenüber dem Substrat 116 ein weiteres Substrat 142 angeordnet. Das Substrat 116 kann so wie bei den Ausführungsformen gemäß 1 bis 3 strukturiert sein. Das Substrat 142 kann eine identische Strukturierung aufweisen, das heißt auf dem Substrat 142 werden ein Kontaktelement 108' und ein Kontaktelement 112' gebildet.
Die Kontaktelemente 108 und 108'' werden außerhalb der Dickschicht 102 durch ein Via 146 verbunden, welches zum Beispiel die einander gegenüberliegenden Kontaktstellen 128 bzw. 128' der Kontaktelemente miteinander elektrisch verbindet, sodass hierdurch der Kontakt 104 gebildet wird. In dazu analoger Art und Weise kann auch der Kontakt 106 gebildet werden. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da das resultierende elektrische Strömungsfeld besonders homogen ist, wie in der 4 dargestellt.
Zur Herstellung des Impulswiderstands 100 in der Ausführungsform gemäß 4 kann so vorgegangen werden, dass zunächst die kupferbeschichteten Substrate 116 und 142 zur Realisierung der Kontaktelemente 108 und 112 bzw. 108' und 112' strukturiert werden. Auf das Substrat 116 wird dann die Dickschicht 102 aufgebracht und zwar so, wie das in der Ausführungsform gemäß 2 der Fall ist. Die Dickschicht wird dann getrocknet.
Vor dem Aushärten der Dickschicht wird das Substrat 142 mit den Kontaktelementen 108' und 112' nach unten Richtung auf das Substrat 116 gepresst, sodass die Kontaktelemente 108' und 112' ein Stück weit in die Dickschicht 102 eindringen und diese plastisch verformen. Anschließend werden die Vias 146, 148 zwischen den Substraten 116 und 142 hergestellt, um die Kontaktelemente 108 und 108' einerseits sowie 112 und 112' andererseits zur Realisierung der Kontakte 104 bzw. 106 elektrisch zu verbinden.
Bezugszeichenliste

100: Impulswiderstand
102, 102', 102'': Dickschicht
104: Kontakt
106: Kontakt
108, 108': unteres Kontaktelement
110, 110', 110'': oberes Kontaktelement
112, 112': unteres Kontaktelement
114, 114', 114'': oberes Kontaktelement
116: Substrat
118: Endbereich
120: Flankenbereich
122: Endbereich
124: Flankenbereich
126: Leiterbahn
128: Kontaktstelle
130: Leiterbahn
132: Kontaktstelle
134: Kontaktbereich
136: Kontaktbereich
138: Kontaktbereich
140: Kontaktbereich
142: Substrat
144: Längsrichtung
146: Via
148: Via

Claims

Widerstand (100) zur Verwendung als Impulswiderstand zur Ableitung von Spannungsimpulsen, insbesondere von Hochspannungsimpulsen mit einer auf einem Substrat (116) aufgebrachten Dickschicht (102), mit einem ersten Kontakt (104) und einem zweiten Kontakt (106) zur elektrischen Kontaktierung der Dickschicht, wobei der erste Kontakt (104) und der zweite Kontakt (106) in einer Längsrichtung (144) der Dickschicht (102) voneinander beabstandet sind, und wobei der erste Kontakt (104) erste (108) und zweite (110) Kontaktelemente aufweist, die voneinander in Dickenrichtung der Dickschicht (102) beabstandet sind, und wobei der zweite Kontakt (106) erste (112) und zweite (114) Kontaktelemente aufweist, die voneinander in Dickenrichtung der Dickschicht (102) beabstandet sind, wobei die ersten (108) und zweiten (110) Kontaktelemente des ersten Kontakts (104) außerhalb der Dickschicht (102) in zumindest einem Kontaktbereich (134, 138) elektrisch miteinander kontaktiert sind, wobei die ersten (112) und zweiten (114) Kontaktelemente des zweiten Kontakts (106) außerhalb der Dickschicht (102) in zumindest einem Kontaktbereich (136, 140) elektrisch miteinander kontaktiert sind, wobei sich zwischen den ersten (108; 112) und zweiten (110; 114) Kontaktelementen die Dickschicht (102) befindet, wobei sich die ersten Kontaktelemente (108; 112) auf dem Substrat (116) aufgebracht sind und die Dickschicht (102) so auf dem Substrat (116) aufgebracht ist, dass sie sich über die ersten Kontaktelemente (108; 112) hinweg erstreckt, wobei die ersten Kontaktelemente (108; 112) durch eine strukturierte Kupferbeschichtung gebildet sind, und wobei die zweiten (110; 114) Kontaktelemente jeweils durch eine gedruckte leitfähige dreidimensionale Struktur gebildet sind.
Widerstand (100) nach Anspruch 1, wobei auf der Oberfläche der Dickschicht (102) die zweiten Kontaktelemente (110; 114) angeordnet sind, wobei die ersten Kontaktelemente (108; 112) aus der Dickschicht (102) herausragen und sich die zweiten Kontaktelemente (110; 114) jeweils über einen Flankenbereich (120, 124) in dem die Dickschicht (102) eine zunächst gekrümmte und dann vertikal nach unten verlaufende Flanke aufweist der Dickschicht (102) herum erstrecken, um die jeweiligen ersten Kontaktelementen (108; 112) außerhalb der Dickschicht (102) miteinander elektrisch zu kontaktieren.
Widerstand (100) nach Anspruch 2, wobei ein Endbereich (118, 122) der Dickschicht (102) durch einen Flankenbereich (120, 124) abgeschlossen wird, wobei das obere Kontaktelement (110, 114) schichtförmig auf den Flankenbereich aufgebracht ist und sich in Richtung auf die Oberfläche des Substrats (116) zumindest bis auf die Höhe der Oberseite des ersten Kontaktelements (108, 112) erstreckt.
Widerstand (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die elektrische Kontaktierung der zweiten Kontaktelemente (110; 114) mit den jeweiligen ersten Kontaktelementen in der Ebene der Oberseite der ersten Kontaktelemente (108; 112) erfolgt.
Widerstand (100) nach Anspruch 4, mit einer oder mehreren weiteren übereinander angeordneten Dickschichten (102', 102''), auf denen sich jeweils weitere zweite Kontaktelemente (110'; 110''; 114'; 114'') befinden, wobei jedes weitere zweite Kontaktelement (110', 110'', 114', 114'') über die Flanke der jeweiligen weiteren Dickschicht (102', 102'') so weit erstrecken, dass mit dem darunterliegenden zweiten Kontaktelement (110', 114') ein elektrischer Kontakt gebildet ist.
Leiterplatte, auf der zumindest ein Widerstand (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Elektrisches oder elektronisches Gerät mit einem Widerstand (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Elektrisches oder elektronisches Gerät mit einer Leiterplatte nach Anspruch
Gerät nach Anspruch 7 oder 8, wobei es sich um einen Fehlerstromschutzschalter handelt, wobei der Fehlerstromschutzschalter zum Ableiten eines Fehlerstroms über den Widerstand (100) ausgebildet ist.
Gerät nach Anspruch 7 oder 8, wobei es sich um einen Defibrillator handelt und der Widerstand (100) als Schutzwiderstand zum Schutz des Bedienpersonals des Defibrillator gegen einen elektrischen Stromschlag geschaltet ist.