ПЛЕНОЧНЫЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК H01H85/44 H01H85/06 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для защиты электронных приборов в интегральном исполнении от перегрузок в низковольтных слаботочных цепях постоянного и переменного тока.

Известны пленочные предохранители для защиты электронных приборов в слаботочных цепях, в которых на диэлектрическое основание наносится пленка из различных металлов, например пленка титана и платины с последующим фотолитографическим травлением. Известен пленочный предохранитель (а.с. 537406 МПК H 01 H 85/06), в котором на диэлектрическое основание методом вакуумного осаждения через маски или фотолитографией формируется плавкая вставка из двух слоев, обладающих различными температурными коэффициентами сопротивления (ТКС).

Недостатком такого предохранителя является то, что такой предохранитель обладает слабым быстродействием из-за того, что при перегрузках сначала перегорает один слой, а затем второй.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является пленочный предохранитель а.с. 1629926 МПК H 01 H 85/06, содержащий изолирующую органическую подложку, на которую нанесена пленка расплавляемого материала и токопроводящие пленочные проводники с более высокой проводимостью, чем расплавляемый материал. Недостатком прототипа является то, что в качестве расплавляемого материала он содержит пленку из индия, толщина пленки оксида индия достигает 1000 За счет того, что при напылении используется смесь аргон - кислород, повторяемость параметров пленки низкая, что снижает выход годных, а масса плавкой вставки достаточно велика, что ведет к снижению быстродействия.

Недостатком является также применение органической подложки. За счет ее низкой теплопроводности должно бы было увеличиться быстродействие, однако высокая температура испарения металлического проводника приводит к обугливанию органической подложки и возникновению вторичной проводимости через угольную пленку (предохранитель не срабатывает).

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик и упрощение технологии изготовления.

На чертеже изображено поперечное сечение предлагаемого пленочного предохранителя.

Пленочный предохранитель содержит ситалловую подложку 1, пленку расплавляемого материала 2 из сплава Ni-Fe (пермаллоя), токопроводящие контакты из пленок Cr-Cu-Cr 3, защитный, слой 4 из SiO₂ (неорганика), выводы 5.

Изолирующая подложка в пленочном предохранителе выполнена из термостойкого неорганического материала, например керамики или ситалла. Это обеспечивает решение задачи исключения появления угольной пленки после срабатывания предохранителя. Применение в качестве расплавляемого материала сплава NiFe, обосновано тем, что Ni - 80% обеспечивает стабильность эксплуатационных параметров пленочного предохранителя и препятствует окислению, а Fe - 20% - дает необходимое электрическое сопротивление, определяя ток срабатывания. Использование трехслойных контактных площадок обусловлено тем, что Cr (первый слой) обеспечивает высокую адгезию медной пленки с подложкой, Cu (второй слой) - электрическую проводимость, Cr (наружный слой) служит как буферный слой для предотвращения растворения медной пленки при пайке внешних выводов оловянно-свинцовыми припоями.

Пример. На подложку 1 (чертеж) из ситалла толщиной 0,6 мм нанесена пленка 2 Ni-Fe с процентным содержанием сплава Ni 80%, Fe 20% и толщиной до 500 Эти эксплуатационные параметры соответствуют току срабатывания 20 мА при сопротивлении пленочного предохранителя 75...80 Ом. Толщина пленки 2 определяется временем и интенсивностью ионного пучка, что позволяет получать пленочные предохранители с заданными эксплуатационными параметрами (ток срабатывания).

На пленку 2 двумя мишенями Cr и Cu в три слоя (Cr-Cu-Cr) напылены контактные площадки 3 суммарной толщиной 2 - 3 мкм. Ионным распылением нанесен защитный слой 4 толщиной 2 мкм SiO₂. Пленочная структура залита эпоксидным компаундом для получения необходимых геометрических размеров.

Работает пленочный предохранитель следующим образом. При увеличении тока через слой Ni-Fe (в случае перегрузки или короткого замыкания) в цепи происходит увеличение температуры тонкой пленки Ni-Fe, а т.к. этот сплав имеет положительный температурный коэффициент сопротивления (ТКС), то увеличивается ее электрическое сопротивление и, соответственно, выделяющаяся в ней тепловая энергия. Процесс приобретает характер цепной реакции, что обеспечивает быстрое плавление пленки NiFe, т.е. срабатывание предохранителя.

По сравнению с известными предлагаемый предохранитель обеспечивает следующие положительные свойства:
- уменьшена стоимость предохранителя за счет устранения дорогостоящих металлов, и применения более простой технологии;
- повышено быстродействие за счет уменьшения испаряемой массы и положительного температурного коэффициента сопротивления проводника;
- обеспечена стабильность и повторяемость параметров предохранителя в слаботочных цепях низкого напряжения.

Применение ионного распыления мишени Ni-Fe позволяет получать высокую точность нанесения расплавляемого материала пленочного предохранителя, а применение сплава Ni-Fe - высокую стабильность срабатывания при малых токах и низких напряжениях.

Использование подложки, например, из керамики или ситалла исключает появление угольной пленки, образовывающейся при расплавлении пленочного предохранителя в случае использования органической подложки, и исключает возникновение вторичной проводимости. Подложка из ситалла и защитный слой из SiO₂, имеющие близкий температурный коэффициент линейного расширения, препятствуют возникновению механических напряжений в проводящем слое.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для защиты электронных приборов в интегральном исполнении от перегрузок в низковольтных слаботочных цепях постоянного и переменного тока. Пленочный предохранитель состоит из изолирующей подложки, на которой расположена пленка расплавляемого материала из Ni-Fe и токопроводящие контакты из пленок Сг-Си-Сг. Токопроводящие контакты выполнены из материала с более высокой проводимостью, чем пленочный расплавляемый материал, а расплавляемый материал выполнен из пленки пермаллоя. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик пленочного предохранителя и упрощение технологии. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пленочный предохранитель, содержащий изолирующую подложку, на которой расположен расплавляемый материал в виде тонкой пленки и контактные площадки с проводимостью более высокой, чем у расплавляемого материала, отличающийся тем, что в качестве расплавляемого материала используется сплав Ni-Fe при толщине не более 500 а контактные площадки выполнены трехслойными Cr-Cu-Cr. 2. Предохранитель по п.1, отличающийся тем, что подложка выполнена из термостойкого неорганического материала, например керамики или ситалла.