Verfahren zur Herstellung elektrischer Dickschichtsicherungen sowie nach diesem Verfahren hergestellte Dickschichtsicherungen

Abstract

 Es werden eine elektrische Dickschichtsicherung 10 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Sicherung beschrieben. Hierbei wird auf ein Substrat 12 zur Herstellung einer Widerstandsschicht 24 eine leitfähige Paste aufgedruckt. Zweckmäßigerweise wird auf dieses Substrat jedoch zunächst nach Art eines Podestes eine dielektrische Schicht 22 aufgebracht, auf die anschließend überlappend die Widerstandsschicht 24 aufgebracht wird. Auf diese Widerstandsschicht 24 werden zwei einen Abstand d voneinander aufweisende Elektroden 14, 16 aufgebracht, zwischen denen ein einen Dickschichtschmelzleiter bildender Steg der Widerstandsschicht 24 belassen ist. Die Stegbreite wird durch Lasern eingestellt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Dickschichtsicherungen mit jeweils einem zwischen zwei Elektroden angeordneten Dickschichtschmelzleiter, der zusammen mit den Elektroden auf einem Substrat aufgebracht ist. Die Erfindung betrifft ferner eine nach einem solchen Verfahren hergestellte Dickschichtsicherung.

[0002] Dickschichtsicherungen unterscheiden sich von den herkömmlichen Drahtsicherungen in erster Linie dadurch, daß der drahtförmige Schmelzleiter durch einen Dickschichtschmelzleiter ersetzt ist. Die Funktionsweise einer solchen Sicherung besteht auch weiterhin darin, bei einem Kurzschluß oder bei definierten Überstrombelastungen für eine galvanische Trennung zu sorgen.

[0003] Problematisch bei der Herstellung solcher Dickschichtsicherungen ist zunächst die Einhaltung der hinsichtlich der Sicherungscharakteristika vorgegebenen Toleranzen, wobei erschwerend hinzukommt, daß das tatsächliche Sicherungsverhalten nur dann unmittelbar an einer jeweiligen Dickschichtsicherung überprüfbar ist, wenn deren Zerstörung in Kauf genommen wird. Zudem sind die jeweils erzielten Sicherungscharakteristika in hohem Maße insbesondere von der Schichtdickenstreuung sowie der hinsichtlich der Breite des Dickschichtschmelzleiters auftretenden Streuungen abhängig. Die Einhaltung reproduzierbarer Sicherungscharakteristika ist demnach insbesondere dann nicht mehr ohne weiteres möglich, wenn kleinere Sicherungsstrukturen realisiert werden sollen.

[0004] Ziel der Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das inbesondere solche vorgebbaren Sicherungscharakteristika wie z.B. das Strom/Zeit-Verhalten auf einfache sowie beliebig reproduzierbare Weise innerhalb eines möglichst engen Toleranzbereiches realisierbar sind. Ferner soll eine auf diese Weise herstellbare, entsprechend vorgebbare Charakteristika aufweisende Dickschichtsicherung geschaffen werden.

[0005] Die Aufgabe wird beim erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß auf das Substrat durch Aufdrucken einer leitfähigen Paste eine Widerstandsschicht erzeugt wird, daß die beiden Elektroden mit Abstand zueinander vorzugsweise auf die Widerstandsschicht aufgebracht werden, und daß die quer zum Abstand der Elektroden gemessene Breite eines zwischen den Elektroden belassenen, den Dickschichtschmelzleiter bildenden Steges der Widerstandsschicht durch Lasern eingestellt wird, wobei vorzugsweise auf das Substrat zunächst nach Art eines Podestes eine dielektrische Schicht aufgebracht, und anschließend die das dielektrische Podest überlappende Widerstandsschicht erzeugt wird.

[0006] Nachdem die Stegbreite durch Lasern eingestellt wird, sind die jeweiligen Sicherungscharakteristika auch für relativ kleine Stegbreiten sehr exakt repoduzierbar. Durch das Lasern ist in jedem Falle eine präzise Strukturierung oder Formgebung des zwischen den beiden Elektroden liegenden Abschnittes der Widerstandsschicht möglich. Aufgrund der zwischen dem Substrat und der Widerstandsschicht zweckmäßigerweise vorgesehenen dielektrischen Zwischenschicht bzw. -schichten wird die störende Wärmeableitung zum Substrat hin wesentlich herabgesetzt, wobei infolge der nunmehr gegebenen flächenhaften Ableitung der Abwärme aus dem Sicherungssteg für die Sicherungscharakteristika, wie insbesondere das Strom/Zeit-Verhalten, in erster Linie die Stegbreite maßgeblich ist. Aufgrund der in überlappender Weise auf das dielektrische Podest aufgebrachten Widerstandsschicht sind die jeweiligen Dickenschwankungen zumindest im interessierenden Bereich zwischen den beiden Elektroden auf ein Minimum herabgesetzt. Dadurch, daß die Elektroden vorzugsweise auf die Widerstandsschicht aufgebracht sind, haben diese Elektroden keinerlei Einfluß auf die Herstellung dieser Schicht, wodurch die Erzielung eines möglichst gleichmäßigen Flächenwiderstandes zusätzlich erleichtert wird.

[0007] Die Widerstandsschicht und/oder die dielektrische Schicht bzw. dielektrischen Schichten werden vorzugsweise im Siebdruckverfahren aufgebracht, wobei beim Aufbringen der Widerstandsschicht das Sieb auf dem dielektrischen Podest aufliegt, so daß sich praktisch dieselben Kräfteverhältnisse wie beim Drucken großer Flächen in deren Innenbereich einstellen. Nachdem die Elektroden nachträglich auf die Widerstandsschicht aufgebracht werden, sind durch diese bedingte Störungen des Rakel-Druckes in jedem Falle ausgeschlossen.

[0008] Zur Herstellung des Steges sind im einfachsten Fall zwei auf einer gemeinsamen Geraden liegende Laserschnitte durchzuführen. Um jedoch in Richtung des Elektrodenabstandes ein Mindestmaß an Ausprägung des Steges zu erhalten, was durch einen einfachen Laserschnitt nicht in jedem Falle gegeben ist, wird der betreffende Laser vorzugsweise über eine entsprechende Strecke hinweg auch in Längsrichtung des Steges verfahren und anschließend unter Bildung eines U-förmigen Schnittes zweckmäßigerweise parallel zum ersten Schnitt zurückgeführt. Ein solcher U-förmiger Laserschnitt kann wiederum auf beiden Stegseiten erfolgen, wobei die Steglänge von der in Stegrichtung erfolgten Verschiebung des Lasers sowie von der Laserspurbreite abhängt.

[0009] Bei einer besonders einfach durchzuführenden Variante des Verfahrens wird die durch Lasern der Widerstandsschicht erhaltene Stegbreite unmittelbar auf einen im voraus bestimmten Breitenwert eingestellt. Demnach ist eine absolute Strahlpositionierung vorgesehen, was beispielsweise durch einen geschlossenen Regelkreis realisierbar ist, dem der betreffende Sollwert für die Stegbreite vorgegeben wird. Hierbei wird der Flächenwiderstand der Widerstandsschicht im Stegbereich als konstant vorausgesetzt. Diese Variante ist insbesondere für größere Stegbreiten geeignet, die beispielsweise oberhalb 80 µm liegen.

[0010] Insbesondere für mittlere Stegbreiten, wie beispielsweise solche bis etwa 40 µm, erfolgt die Einstellung der durch Lasern der Widerstandsschicht erhaltenen Stegbreite zweckmäßigerweise über einen Widerstandsabgleich der Dickschichtsicherung. Es können somit beispielsweise Abgleichlaser mit direkten Regelungen für konstante Widerstände verwendet werden. Der Zielwert für den Widerstand kann entweder im voraus berechnet oder auch durch Versuche ermittelt werden.

[0011] Insbesondere für kleinere Stegbreiten wird die einzustellende Stegbreite und/oder der sich für diese ergebende Zielwiderstand einer jeweiligen Dickschichtsicherung vorzugsweise in Abhängigkeit vom für den Widerstandschichtsbereich zwischen den Elektroden gemessenen Flächenwiderstand bestimmt. Dieser kann während der Herstellung des Sicherungssteges beispielsweise dadurch ermittelt werden, daß die sich für unterschiedliche anfängliche Stegbreiten ergebenden Widerstände der jeweiligen Dickschichtsicherung gemessen werden und der Flächenwiderstand des zwischen den Elektroden verbleibenden Widerstandsschichtbereiches in Abhängigkeit von den anfänglichen unterschiedlichen Stegbreiten und den zugeordneten Widerstandsmeßwerten bestimmt wird.

[0012] Die erfindungsgemäße, insbesondere durch das beschriebene Verfahren herstellbare Dickschichtsicherung umfaßt einen zwischen zwei Elektroden angeordneten Dickschichtschmelzleiter, der zusammen mit den Elektroden auf einem Substrat aufgebracht ist, wobei auf dem Substrat vorzugsweise wenigstens eine dielektrische Schicht aufgebracht, die jeweils obenliegende Schicht podestartig aufgebaut und auf dieser podestartigen Schicht überlappend eine Widerstandsschicht angeordnet ist, der zwei einen Abstand voneinander aufweisende Elektroden zugeordnet sind, zwischen denen ein den Dickschichschmelzleiter bildender Steg der Widerstandsschicht belassen ist. Die beiden Elektroden sind zweckmäßigerweise auf der Widerstandsschicht aufgebracht.

[0013] Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1

eine schematische Teilschnittdarstellung des Grundaufbaus einer Dickschichtsicherung,

Fig. 2

eine schematische Draufsicht auf die in Figur 1 gezeigte Dickschichtsicherung, wobei der zwischen den beiden Elektroden vorzusehende Sicherungssteg noch nicht realisiert ist,

Fig. 3

eine schematische Draufsicht eines durch seitliche Laserschnitte erhaltenen Sicherungssteges der Widerstandsschicht,

Fig. 4

eine perspektivische Darstellung des Stegbereiches,

Fig. 5

ein Strom/Zeit-Diagramm zur Darstellung der betreffenden Sicherungscharakteristika in Abhängigkeit von der Stegbreite,

Fig. 6

eine Draufsicht auf die unsymmetrische Minimalanordnung zur Ermittlung des Flächenwiderstandes mit eingezeichnetem Laser-Verfahrweg,

Fig. 7

eine rein schematische Darstellung der Schnittlinien bzw. Laser-Verfahrwege, wie sie sich für eine R_F-Bestimmung gemäß Figur 6 sowie die darauffolgende Herstellung des Sicherungssteges gemäß Figur 3 ergeben, wobei abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. 6 jedoch eine symmetrische Ausführung der Schnitte gewählt wurde, und

Fig. 8

eine Draufsicht der Dickschichtsicherung entsprechend den Figuren 2 und 7, wobei durch eine entsprechende Laserstrukturierung bereits ein Sicherungssteg realisiert ist, dessen Stegbreite in Abhängigkeit von dem zuvor ermittelten Flächenwiderstand eingestellt wurde.

[0014] Gemäß dem in Figur 1 gezeigten grundsätzlichen Aufbau einer Dickschichtsicherung 10 kann auf einem Substrat 12 podestartig zweckmäßigerweise eine dielektrische Schicht 22 aufgebracht sein. Im vorliegenden Fall ist eine weitere darunterliegende dielektrische Schicht 20 vorgesehen.

[0015] Über dem dielektrischen Podest 22 ist eine dieses großflächig überlappende Widerstandsschicht 24 angeordnet. Auf diese Widerstandsschicht 24 sind zwei einen Abstand d voneinander aufweisende Elektroden 14, 16 aufgebracht. Beide Elektroden 14, 16 sowie der benachbarte Bereich B der Widerstandsschicht 24 (vgl. z.B. Figuren 2 und 8) einschließlich des zwischen diesen Elektroden liegenden Widerstandsbereiches liegen oberhalb des dielektrischen Podestes 22.

[0016] Beim fertiggestellten Dickschichtwiderstand 10 ist zwischen den beiden Elektroden 14, 16, und damit in einem Bereich oberhalb des dielektrischen Podestes 22 ein den Dickschichtschmelzleiter bildender Sicherungssteg 26 der Widerstandsschicht 24 belassen (vgl. z.B. Figuren 3, 4, 7 und 8).

[0017] Der zwischen den beiden Elektroden 14, 16 liegende Sicherungssteg 26 kann eine Länge l aufweisen, die zumindest im wesentlichen dem Abstand d der beiden Elektroden 14, 16 entspricht (vgl. z.B. Figuren 3, 4). Diese Steglänge kann jedoch auch geringer als dieser Elektrodenabstand d sein, wie dies beispielsweise beim in den Figuren 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist.

[0018] Zur Herstellung einer solchen elektrischen Dickschichtsicherung wird zunächst die dielektrische Schicht 20, und anscbließend nach Art eines Podestes die dielektrische Schicht 22 aufgebracht. Grundsätzlich genügt jedoch auch eine einzige derartige Schicht 22, wobei bei größeren Auslöseströmen auf eine solche Schicht sogar völlig verzichtet werden kann.

[0019] Anschließend wird durch Aufdrucken einer leitfähigen Paste die das dielektrische Podest 22 großflächig überlappende Widerstandsschicht 24 erzeugt.

[0020] Auf diese Widerstandsschicht 24 werden dann die beiden Leitungen oder Elektroden 14, 16 aufgebracht, wobei zwischen diesen beiden Elektroden 14, 16 oberhalb des dielektrischen Podestes 22 der Abstand d belassen wird.

[0021] Die beiden dielektrischen Schichten 20, 22 sowie die diese großflächig überlappende Widerstandsschicht 24 werden jeweils im Siebdruckverfahren hergestellt.

[0022] Die quer zum Abstand der Elektroden 14, 16 gemessene Breite b_St (vgl. Figuren 3, 4, 7 und 8) des zwischen den Elektroden 14, 16 belassenen, den Dickschichtschmelzleiter bildenden Steges 26 der Widerstandsschicht 24 wird durch Lasern eingestellt. Hierbei wird die Widerstandsschicht 24 durch entsprechende Laserschnitte oder -cuts, die in den Figuren 3, 6 und 7 durch strichlinierte Pfade dargestellt sind, auf eine noch zu beschreibende Weise strukturiert.

[0023] Bei der Durchführung dieser Laserschnitte kann die Stegbreite b_St beispielsweise unmittelbar auf einen im voraus bestimmten Breitenwert eingestellt werden (vgl. z.B. Figuren 3, 4).

[0024] Die Einstellung der durch Lasern der Widerstandsschicht 24 erhaltenen Stegbreite b_St kann jedoch auch über einen Widerstandsabgleich der Dickschichtsicherung erfolgen.

[0025] Schließlich kann die einzustellende Stegbreite b_St und/oder der sich für diese ergebende Zielwiderstand R_Z einer jeweiligen Dickschichtsicherung 10 auch in Abhängigkeit von dem für den Widerstandsschichtbereich zwischen den Elektroden 14, 16 gemessenen Flächenwiderstand R_F bestimmt werden (vgl. z.B. Figuren 6 bis 8).

[0026] Gemäß den Figuren 6, 7 und 8 ist hierbei beispielsweise vorgesehen, zur Ermittlung des Flächenwiderstandes die sich für unterschiedliche anfängliche Stegbreiten ergebenden Widerstände der Dickschichtsicherung zu messen und den Flächenwiderstand des zwischen den Elektroden verbleibenden Widerstandsschichtbereiches in Abhängigkeit von den anfänglichen unterschiedlichen Stegbreiten oder den entsprechenden Laserverfahrwegen sowie den zugeordneten Widerstandsmeßwerten zu bestimmen. Beim in den Figuren 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiel besitzen ferner die zur Bestimmung des Flächenwiderstands anfänglich erzeugten Stege eine größere Länge als der endgültige, den Dickschichtschmelzleiter bildende Steg.

[0027] Die miteinander ausgerichteten Elektroden 14, 16 besitzen dieselbe definierte Geometrie, d.h. insbesondere dieselbe Breite und einen konstanten Abstand d bewirkende, parallel zueinander verlaufende Längskanten. Durch die dargestellte Form der Elektroden ist insbesondere auch sichergestellt, daß zum Zeitpunkt der Vornahme einer Laserstrukturierung innerhalb des Flächenbereichs, in dem der Sicherungssteg realisiert werden soll, eine möglichst homogene elektrische Feldstärke erzeugt werden kann.

[0028] Die eingangs genannten Verfahrensschritte der Einstellung einer konstanten Stegbreite durch eine absolute Positionierung des Laserstrahles, einer Einstellung eines konstanten Stegwiderstandes sowie einer Einstellung einer individuellen Stegbreite, die in Abhängigkeit vom lokalen Flächenwiderstand im Bereich des herzustellenden Sicherungssteges berechnet wird, können auch miteinander kombiniert werden. So ist es beispielsweise möglich, durch eine Absolutpositionierung des Laserstrahles die Startwerte für die beiden anderen Verfahrensschritte einzustellen.

[0029] Um während der Laserstrukturierung ein tropfenartiges Aufschmelzen der Pasten im Stegbereich zu vermeiden, werden die Laserschnitte zweckmäßigerweise in Teilschnitte aufgeteilt, zwischen denen jeweils eine bestimmte Zeit lang abgewartet und der Laser abgeschaltet wird.

[0030] Bei den gezeigten Dickschichtsicherungen ist die Auslösezeit nicht von der Steglänge abhängig. Maßgeblich für die interessierenden Sicherungscharakteristika ist in erster Linie das Strom/Zeit-Verhalten, welches vorrangig durch die Stegbreite bestimmt ist.

[0031] Dies ergibt sich beispielsweise aus der folgenden Energiebilanz





wobei Q_E die in die Sicherung eingespeiste elektrische Energie beschreibt, die sich in die Nutzenergie Q_N, die zum Aufheizen des Sicherungssteges bis auf die Schmelztemperatur T_S sowie das anschließende Aufschmelzen erforderlich ist, sowie die Abwärme Q_A aufteilt, die während dieser Zeit zu dem aus Keramik bestehenden Substrat 12 hin abfließt.

[0032] Unterhalb einer kritischen Auslösestromstärke I_O kann sich ein Gleichgewicht zwischen der zugeführten elektrischen Energie und der abfließenden Wärmeenergie einstellen. Erst bei Stromwerten I > I_O wird die Schmelztemperatur T_S des Sicherungssteges erreicht, bei der dieser aufschmelzen kann, wodurch die galvanische Trennung eintritt.

[0033] Die Auslösezeit t ergibt sich aus folgender Beziehung:

b_St =

Stegbreite

d =

Dicke der Widerstandsschicht

A =

Materialkonstante

ρ_R =

spezifischer Widerstand

I =

Strom

B =

Materialkonstante

Für die einzustellende Stegbreite b_St ergibt sich somit die folgende Beziehung:


Im allgemeinen wird für die Dickschichtsicherung eine möglichst niederohmige Anordnung bevorzugt. Die für entsprechend kleine Auslöseströme erforderlichen kleinen Strukturen können durch entsprechende Laserschnitte relativ präzise hergestellt werden.

[0034] Die einfachst mögliche Sicherungsstruktur würde aus zwei auf einer Geraden aufeinander zulaufenden Laserschnitten bestehen. Um eventuelle Streuungen der Auslösezeit aufgrund undefinierter Stegbreiten auszuschließen, ist zweckmäßigerweise jedoch ein Mindestmaß an Ausprägung des Steges in Richtung des Elektrodenabstandes vorgesehen, was gemäß Figur 3 beispielsweise dadurch erreicht wird, daß in Y-Richtung bzw. in Richtung des Elektrodenabstandes der Laser vorzugsweise um die zweifache Laserspurbreite verschoben wird. Der Sicherungssteg 26 wird demnach durch auf den beiden Seiten vorgenommene U-förmige Laserschnitte erzeugt, wobei die Steglänge l durch die Y-Verschiebung sowie die Laserspurbreite bestimmt ist. Durch die Stegverlängerung ist unter anderem auch eine zuverlässige galvanische Trennung nach dem Aufschmelzen sichergestellt.

[0035] Entsprechend der oben angegebenen Beziehung ist die Auslösezeit t von der Schichtdicke d und dem spezifischen Pastenwiderstand ρ_R des Sicherungssteges abhängig. Diese Werte müssen demnach entweder als konstant vorausgesetzt oder individuell für jeden einzelnen Steg ermittelt werden.

[0036] Im Falle einer individuellen Bestimmung der genannten Größen für jeden einzelnen Steg können diese beispielsweise indirekt über eine Meßgröße erhalten werden, die sowohl Informationen über die Schichtstärke als auch solche über den spezifischen Widerstand umfaßt. Hierbei kommt insbesondere der Flächenwiderstand R_F in Frage, der durch die folgende Beziehung definiert ist:


wobei l und b₁ jeweils konstant ist.

[0037] Während die Auslösezeit t sowohl von der Materialkonstanten A als auch der Konstanten B abhängig ist, ist der Auslösestrom I_O lediglich von einer dieser beiden Konstanten, und zwar von der Konstanten B abhängig. Dies ergibt sich aus der folgenden Beziehung:


Aufgrund dieser Beziehung ist es möglich, den Auslösestrom I_O unabhängig von jeweiligen Schwankungen des spezifischen Pastenwiderstandes ρ_R und der Schichtdicke d konstant zu halten.

[0038] Die jeweiliegen Sicherungscharakteristika und hierbei insbesondere das jeweilige Strom/Zeit-Verhalten der Dickschichtsicherung sind nun auf verschiedene Weise einstellbar. So können beispielsweise eine konstante Stegbreite, ein konstanter Stegwiderstand oder ein konstanter Auslösestrom eingestellt werden.

[0039] In Figur 3 sind gestrichelt beispielsweise die Fahrwege eines jeweiligen Lasers dargestellt, die sich bei einer absoluten Strahlpositionierung zur Einstellung einer konstanten Stegbreite b_St ergeben. Diese wird durch zwei seitliche, U-förmige Laserschnitte erzielt, wobei der jeweilige Laser wiederum auch in Y-Richtung verschoben wird, um das für eine defimnierte Stegbreite erforderliche Mindestmaß an Stegausprägung zu erhalten.

[0040] Bevor die konstante Stegbreite durch eine entsprechende absolute Strahlpositionierung eingestellt wird, wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Stegbreite im voraus einmalig bestimmt. Dies kann beispielsweise durch Versuche geschehen oder durch eine Berechnung ausgehend von einem gewünschten Auslösestrom I_O, einem als konstant vorausgesetzten Flächenwiderstand sowie der ebenfalls als bekannt vorausgesetzten Konstanten B. Aufgrund der Erzeugung einer das dielektrische Podest uberlappenden Widerstandschicht kann zumindest im interessierenden Stegbereich der Pasten-Flächenwiderstand R_F problemlos auf einem nahezu konstanten Wert gehalten werden.

[0041] Bei dieser Einstellung einer konstanten Stegbreite durch eine absolute Strahlpositionierung wird ferner vorausgesetzt, daß die Schichtdicke d (vgl. z.B. Figur 4) weder innerhalb des Substratnutzens noch innerhalb einer Druckcharge variiert. Zwischen verschiedenen Druckchargen sollten möglichst auch keine Schwankungen des Pasten-Flächenwiderstandes R_F sowie des Druckverhaltens auftreten.

[0042] In Figur 5 ist das typische Strom/Zeit-Verhalten der Dickschichtsicherung in Abhängigkeit von der jeweiligen Stegbreite b_St dargestellt, wobei die Auslöseströme I_O jeweils durch die vertikalen Abschnitte der verschiedenen Kurven definiert sind.

[0043] Dargestellt ist die Schmelzdauer oder Auslösezeit als Funktion des Überstromes. Hierbei verläuft die jeweilige Charakteristik in einem ersten Bereich bei kleinen Fehlerströmen und großer Schmelzdauer fast senkrecht zur Stromachse. In diesem Bereich führen bereits kleinste Stromänderungen zu einer relativen großen Variation der Schmelzdauer. In einem zweiten Bereich sind die jeweiligen Kurven stark gekrümmt. Anschließend gehen diese Kurven in einem dritten Bereich in eine Horizontale über. Der Grund dafür besteht unter anderem darin, daß in diesem dritten Bereich die Wärmeableitung an die Umgebung vernachlässigt werden kann.

[0044] Anhand von Figur 6 ist erkennbar, wie der Laser verfahren werden muß, um für eine jeweilige Dickschichtsicherung den individuellen Flächenwiderstand R_F des Stegbereiches zu bestimmen.

[0045] Hierbei wird der Laser zunächst soweit verfahren, daß sich eine anfängliche Stegbreite b ergibt. Für diese anfängliche Stegbreite b wird der Gesamtwiderstand R₁ der Gesamtanordnung gemessen. Anschließend wird ein weiterer Laserschnitt durchgeführt, wonach die Stegbreite b₁ erhalten wird, für die ebenfalls wiederum der Gesamtwiderstand R₂ der Anordnung gemessen wird. Die Spurbreite des Lasers ist B_Sp.

[0046] Nach der ersten Widerstandsmessung wird der Laser um die Strecke B₂ in X-Richtung verschoben. Der jeweils von Mitte zu Mitte gemessene Abstand der beidseitigen, in Längsrichtung des Steges vorgesehenen Laser-Verfahrwege beträgt anfänglich B und anschließend B₁, wobei





gilt.

[0047] Entsprechend läßt sich die anfängliche Stegbreite b wie folgt darstellen:





Der anfänglich erhaltene Steg mit der Breite b weist einen Stegwiderstand auf, der durch zwei zueinander parallel geschaltete Widerstände R_X1 und R_X2 dargestellt werden kann. Für den sich nach der Laserverschiebung B₂ ergebenden Steg mit der Breite b₁ ergibt sich ein Stegwiderstand R_X1, was bedeutet, daß durch diesen Hilfsschnitt der parallele Hilfswiderstand R_X2 entfernt wurde. Die Steglänge l wird hierbei konstant gehalten. Mit L ist die Verfahrstrecke des Lasers in Längsrichtung des Steges bezeichnet.

[0048] Die gemessenen Gesamtwiderstände R₁, R₂ sind nun nicht nur durch die jeweiligen Stegwiderstände, sondern zusätzlich auch noch durch dazu in Serie liegende Widerstände bestimmt, die beispielsweise die Leiterwiderstände sowie die Übergangswiderstände im Bereich der Leiteranbindungen umfassen. Der jeweils in Serie zu den Stegwiderständen R_X1, R_X2 liegende serielle Widerstand R_S läßt sich für

R_X2 durch die folgenden Beziehungen eleminieren:








Der gesuchte Flächenwiderstand R_F für den relevanten Stegbereich der Widerstandsschicht ergibt sich demnach aus den folgenden Beziehungen:


In Abhängigkeit von den beiden gemessenen Gesamtwiderständen, den Breiten b₁, b₂ der beiden zunächst zueinander parallel liegenden Stege und der Summenbreite b läßt sich der Stegwiderstand R_X1 für den nach der Laserverschiebung B₂ erhaltenen Steg der Breite b₁ wie folgt darstellen:


Übertragen auf die Steuergrößen für die Laser-Verfahrwege bedeutet dies:


woraus folgt:


Demnach kann der Flächenwiderstand für den interessierenden Stegbereich im Verlauf der ohnehin vorzunehmenden Laserstrukturierung bestimmt werden, indem bei zwei unterschiedlichen Stegbreiten die Gesamtwiderstände gemessen werden und aus den erhaltenen Widerstandswerten sowie der betreffenden Laser-Verfahrwege der Wert des Flächenwiderstandes berechnet wird.

[0049] Der insbesondere auf diese Weise ermittelte Flächenwiderstand kann nun zur Berechnung der einzustellenden Stegbreite und/oder auch zur Berechnung eines sich für diese Stegbreite ergebenden Zielwiderstandes einer jeweiligen Dickschichtsicherung herangezogen werden.

[0050] Auch für die Einstellung eines konstanten Stegwiderstandes kommt es wiederum darauf an, einen geometrisch möglichst klar definierten Sicherungssteg zu realisieren. Vorzugsweise werden hierzu wiederum Laserschnitte durchgeführt, wie dies beispielsweise im Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben worden ist. Hierbei ist die Steglänge l eine vorgegebene Größe.

[0051] Bei einem solchen Abgleich auf einen konstanten Widerstand R wird der Quotient ρ_R/b_Std konstant gehalten, was insbesondere bei einer konstanten Größe ρ_R ein konstantes Produkt b_Std bedeutet. Sowohl die Strom/Zeit-Charakteristik

(I) als auch der Auslösestrom I_O bleiben somit abhängig von Schwankungen der Schichtdicke d und des spezifischen Pastenwiderstandes ρ_R. Eine Streuung dieser Größen kann jedoch durch das beschriebene Herstellungsverfahren zumindest innerhalb enger Grenzen gehalten werden.

[0052] Anstatt den Zielwiderstand im voraus zu berechnen, kann dieser auch durch Versuche ermittelt werden.

[0053] Beim in den Figuren 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt ein Abgleich auf einen konstanten Auslösestrom I_O, wobei auf die Beziehung


zugegriffen wird und im Verlauf der durchgeführten Laserstrukturierung auf die zuvor beschriebene Weise der Flächenwiderstand R_F bestimmt wird, um aus diesem wiederum einen Zielwiderstand R_z für den endgültigen Abgleich zu berechnen.

[0054] Demnach wird zunächst ein der jeweiligen Dickschichtsicherung zugeordneter individueller Flächenwiderstand R_F bestimmt, woraus nach Vorgabe eines konstanten Auslösestromes I_O eine individuelle Stegbreite b_St berechnet wird. Anschliessend wird der Wert für die individuelle Stegbreite in einen individuellen Zielwert R_z für den durch Lasern zu bewirkenden Widerstandsabgleich umgesetzt.

[0055] Um den Zielwert R_z exakt ermitteln zu können, müssen wiederum die parasitären seriellen Zuleitungs- und Kontaktübergangswiderstände genau bekannt sein. Um diese Zuleitungsund Kontaktübergangswiderstände entsprechend berücksichtigen zu können, werden zwei zusätzliche Laserschnitte durchgeführt, wie dies im Zusammenhang mit Figur 6 bereits beschrieben worden ist. Aus den für die beiden unterschiedlichen Stegbreiten gemessenen Gesamtwiderständen R₁, R₂ kann dann sowohl der durch die Zuleitungs- und Kontaktübergangswiderstände bestimmte serielle Widerstand R_S als auch der Flächenwiderstand

individuell für jeden Steg bestimmt werden.

[0056] Die Steglänge l ist zweckmäßigerweise durch das Layout der Leiterbahnanbindung vorgegeben.

[0057] Zunächst wird auf beiden Seiten des herzustellenden Steges ein erster Laserschnitt S1 ausgeführt, der zu einer anfänglichen Stegbreite entsprechend der Breite der Elektroden 14, 16 führt. Für diese anfängliche Stegbreite ergibt sich ein von Mitte zu Mitte gemessener Abstand B der jeweiligen Laserfahrwege S1. Für den auf diese Weise erhaltenen anfänglichen Steg wird der Gesamtwiderstand R₁ gemessen.

[0058] Anschließend wird von einer oder von beiden Seiten des Steges aus ein zweiter Laserschnitt S2 ausgeführt, der zu einer Verschmälerung des Steges um B₂ führt und ebenso wie der erste Schnitt S1 einen U-förmigen Verlauf aufweist. Für beide Schnitte S1 und S2 ergibt sich jeweils eine Steglänge l, die annähernd gleich dem Abstand zwischen den beiden Elektroden 14, 16 ist. Für den jetzt erhaltenen Steg, für den sich ein von Mitte zu Mitte gemessener Abstand B₁ der beiden Laserfahrwege S2 ergibt, wird wiederum der Gesamtwiderstand R₂ der Anordnung gemessen.

[0059] Ausgehend von den beiden gemessenen Gesamtwiderstandswerten kann dann anhand der Beziehungen V der durch die Zuleitungs- und Kontaktübergangswiderstände bestimmte serielle Widerstand R_S ermittelt werden. Ferner kann aus der Beziehung X der individuelle Flächenwiderstand R_F bestimmt werden. Anschließend wird anhand der Beziehung XI die individuelle Stegbreite b_St bestimmt, aus der über die folgende Beziehung der betreffende Zielwiderstand R_Z berechnet werden kann:





mit


mit K: Geometriefaktor (Stromdichteverteilung)
Anschließend wird beispielsweise auf der linken Seite des herzustellenden Steges 26 ein weiterer Laserschnitt S3.1 hergestellt, der bereits die endgültige Steglänge l_St festlegt, die kleiner als die Länge l gleich dem Abstand zwischen den beiden Elektroden 14, 16 sein kann. Mit diesem auf der linken Seite durchgeführten Laserschnitt S 3.1 kann vorzugsweise eine im voraus bestimmte Stegbreite eingestellt werden.

[0060] Anschließend wird auf der rechten Stegseite ein weiterer Laserschnitt S 3.2 unter Einhaltung derselben Steglänge l_St hergestellt, der anhand eines Abgleiches mit dem Zielwiderstand R_Z durchgeführt wird.

[0061] Bei der zur Herstellung der Widerstandsschicht verwendeten leitfähigen Paste kann es sich um eine Widerstandspaste oder auch um eine Leiterbahnpaste handeln.

[0062] Bei sämtlichen Ausführungsvarianten kann die Dickschichtsicherung anschließend mit einer Abdeckung versehen werden.

[0063] Es wird somit ein in Dickschicht-Technologie herstellbares Sicherungselement mit irreversibler Sicherungsfunktion geschaffen, welches ohne Einbußen hinsichlich der jeweiligen Sicherungscharakteristika in Miniaturform Preiswert herstellbar, in Dickschicht-Hybride integrierbar sowie als Chip-Bauelement realisierbar ist. Der jeweilige Auslösestrom ist mit einem Höchstmaß an Genauigkeit einstellbar. Durch den speziellen Grundaufbau werden insbesondere Schichtdickenstreuungen auf ein Minimum herabgesetzt. Aufgrund der durchgeführten Laserstrukturierung sind selbst äußerst schmale Stege mit einem Höchstmaß an Genauigkeit herstellbar, so daß bei gleichmäßiger Schichtdicke insbesondere auch kleinere Widerstandswerte der Sicherungen realisierbar sind.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung elektrischer Dickschichtsicherungen mit jeweils einem zwischen zwei Elektroden angeordneten Dickschichtschmelzleiter, der zusammen mit den Elektroden auf einem Substrat aufgebracht ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf das Substrat durch Aufdrucken einer leitfähigen Paste eine Widerstandsschicht erzeugt wird, daß die beiden Elektroden mit Abstand zueinander vorzugsweise auf die Widerstandsschicht aufgebracht werden, und daß die quer zum Abstand der Elektroden gemessene Breite eines zwischen den Elektroden belassenen, den Dickschichtschmelzleiter bildenden Steges der Widerstandsschicht durch Lasern eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf das Substrat zunächst nach Art eines Podestes eine dielektrische Schicht aufgebracht wird, und daß anschließend die das dielektrische Podest überlappende Widerstandsschicht erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandsschicht im Siebdruckverfahren aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dielektrische Schicht bzw. die dielektrischen Schichten im Siebdruckverfahren aufgebracht werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung des Steges die Widerstandsschicht durch Laserschnitte entsprechend strukturiert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steglänge zumindest im wesentlichen gleich dem Elektrodenabstand gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die durch Lasern der Widerstandsschicht erhaltene Stegbreite unmittelbar auf einen im voraus bestimmten Breitenwert eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstellung der durch Lasern der Widerstandsschicht erhaltenen Stegbreite über einen Widerstandsabgleich der Dickschichtsicherung erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzustellende Stegbreite und/oder der sich für diese ergebende Zielwiderstand einer jeweiligen Dickschichtsicherung in Abhängigkeit vom für den Widerstandsschichtbereich zwischen den Elektroden berechneten Flächenwiderstand bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ermittlung des Flächenwiderstandes die sich für unterschiedliche anfängliche Stegbreiten ergebenden Widerstände einer jeweiligen Dickschichtsicherung gemessen werden und daß der Flächenwiderstand des zwischen den Elektroden verbleibenden Widerstandsschichtbereiches in Abhängigkeit von den anfänglichen unterschiedlichen Stegbreiten und den zugeordneten Widerstandsmeßwerten bestimmt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite des rechteckförmigen Steges durch Lasern der Widerstandsschicht zunächst entsprechend der Breite der vorzugsweise dieselbe geometrische Form aufweisenden Elektroden eingestellt wird.

12. Dickschichtsicherung mit einem zwischen zwei Elektroden (14, 16) angeordneten Dickschichtschmelzleiter (26), der zusammen mit den Elektroden (14, 16) auf einem Substrat (12) aufgebracht ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Substrat (12) vorzugsweise wenigstens eine dielektrische Schicht (20, 22) aufgebracht, die jeweils obenliegende Schicht podestartig aufgebaut und auf dieser podestartigen Schicht überlappend eine Widerstandsschicht (24) angeordnet ist, der zwei einen Abstand (d) voneinander aufweisende Elektroden (14, 16) zugeordnet sind, zwischen denen ein den Dickschichtschmelzleiter bildender Steg (26) der Widerstandsschicht (24) belassen ist.

Zeichnung