Ein Bauelement der eingangs genannten Art ist beispiels- weise ein Schmelzsicherungsbauelement in der Ausführung als Chipsicherung. Wenn der Stromfluß durch die Chipsicherung für eine vorgegebene Dauer einen Maximalwert überschreitet, kann es zu einem Abschalten der Sicherung, d. h. zu einem Durchtrennen eines Schmelzleiters kommen. Beginnend an der Trennstelle bildet sich in dem Sicherungsbauelement ein Lichtbogen aus, der einen fortgesetzten Stromfluß zwischen den Anschlüssen der Chipsicherung trotz des durchtrennten Schmelzleiters ermöglicht. Der Lichtbogen und der dadurch fortgesetzte Stromfluß sind unerwünscht. Insbesondere kann es im Kurzschlußfall bei sehr hohen, über den Lichtbogen transportierten Strömen zu unerwünschten Zerstörungen des Sicherungsbauelements und der umgebenden Schaltung kommen.

Deshalb ist zumindest eine Begrenzung des im Kurzschlußfall beim Abschalten über den Lichtbogen fließenden Stromes er- wünscht. Eine solche Strombegrenzung könnte beispielsweise durch einen in Reihe zu dem Sicherungsbauelement geschalte- ten Widerstand realisiert werden. Ein solcher Vorwiderstand wäre aber im normalen Betriebsfall bei intakter Sicherung störend, weil ein möglichst geringer Widerstand des Siche- rungsbauelement erwünscht ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bauelement zu schaffen, mit dem ein Sicherungsbauelement herstellbar ist, bei dem ein verringerter Stromfluß im Falle des Abschaltens

möglich ist, ohne die Betriebsparameter im normalen Betrieb (vor dem Abschalten) negativ zu beeinflussen.

Diese Aufgabe wird bei einem Bauelement der eingangs ge- nannten Art dadurch gelöst, daß in dem Bauelement ein Schal- tungselement so angeordnet ist, daß ein an der vorgegebenen Stelle erzeugter Lichtbogen derart auf das Schaltungselement einwirken kann, daß das Schaltungselement dabei seine elek- trischen Eigenschaften ändert.

Kerngedanke der Erfindung ist es, die beim Abschalten durch den Lichtbogen freiwerdende Energie derart zu nutzen, daß damit die elektrischen Eigenschaften eines Schaltungs- elements eines Bauelements in einer gewünschten Weise geän- dert werden, also das Bauelement umkonfiguriert wird. Im einfachsten Fall kann das Bauelement ein Zweipol mit zwei Anschlüssen sein, wobei die durch den Lichtbogen bewirkte Änderung der elektrischen Eigenschaften des Schaltungsele- ments zu einem geänderten Zweipolverhalten des Bauelements führt. Bei einer (nachfolgend nicht näher erörterten) alter- nativen Ausführungsform könnten der durch den Lichtbogen durchtrennte interne Leiterzug und das Schaltungselement, dessen elektrische Eigenschaften geändert werden, mit sepa- raten Anschlüssen des Bauelements verbunden sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bauelement ein Schichtbauelement, bei dem der Leiterzug und das Schal- tungselement aus strukturierten Schichten auf einem Substrat gebildet sind. Beispielsweise handelt es sich um Dick- schicht-Leitschichten und-Widerstandsschichten.

Das durch den Lichtbogen umkonfigurierte Schaltungsele- ment kann beispielsweise ein beliebiger Zweipol sein. Bei einer Ausführungsform ändert dieser Zweipol beim Einwirken des Lichtbogens seinen elektrischen Widerstand ; vorzugsweise wird der Widerstand erhöht. Bei einer anderen, bevorzugten Ausführungsform, ist das Schaltungselement ein zweiter Lei- terzug, der beim Einwirken des Lichtbogens durchtrennt wird.

Bei dieser Ausführungsform wird sozusagen zunächst der in-

terne Leiterzug unter Bildung des Lichtbogens durchtrennt und dann infolge dieses Lichtbogens der zweite Leiterzug ebenfalls durchtrennt. Um eine energetisch günstige Einwir- kung des Lichtbogens auf den zweiten Leiterzug zu ermögli- chen, kreuzt der zweite Leiterzug vorzugsweise den internen Leiterzug an der vorgegebenen Stelle, an der der interne Leiterzug unter Bildung des Lichtbogens durchtrennt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Bauelements ist da- durch gekennzeichnet, daß in dem Bauelement parallel zu dem zweiten Leiterzug, auf den der Lichtbogen einwirken kann, ein Widerstandselement geschaltet ist. Die so gebildete Par- allelschaltung hat vor der Einwirkung des Lichtbogens einen sehr geringen Widerstand und nach der Einwirkung des Licht- bogens den Widerstand des Widerstandselements allein. Vor- zugsweise ist diese Parallelschaltung aus Schaltungselement und Widerstandselement in Reihe zu dem internen Leiterzug, der unter Bildung des Lichtbogens durchtrennt wird, geschal- tet. Diese Reihenschaltung hat vor Ausbildung eines Lichtbo- gens einen sehr geringen Widerstand, nämlich den der Reihen- schaltung des internen Leiterzugs und des zweiten Leiter- zugs. Unter vorgegebenen Strom/Spannungsbedingungen an den Anschlüssen des Bauelements, beispielsweise dann, wenn ein hoher Strom fließt, wird der interne Leiterzug unter Bildung des Lichtbogens durchtrennt. Dabei wird der zweite Leiterzug ebenfalls durchtrennt. Infolgedessen wird das Widerstands- element in Reihe zu dem noch bestehenden Lichtbogen des in- ternen Leiterzugs geschaltet. Das Widerstandselement be- grenzt dann den Stromfluß durch den Lichtbogen.

Die letztgenannte Ausführungsform wird vorzugsweise als Sicherungsbauelement verwendet, wobei der interne Leiterzug unter Bildung eines Lichtbogens durchtrennt wird, sofern ein Strom durch den Leiterzug einen Höchstwert für eine zugehö- rige Höchstdauer überschreitet. Eine"Abschaltung" (Durch- trennung) kann bei unterschiedlichen Strömen erfolgen, wobei bei höheren Stromwerten eine geringere Stromflußdauer bis

zum Abschalten erforderlich ist. Ein solches Sicherungsbau- element hat den Vorzug, daß im Fall des Abschaltens mit ei- nem dabei entstehenden Lichtbogen ein Widerstand in den Strompfad geschaltet wird. Der Widerstand (d. h. das Wider- standselement) muß dabei unter Berücksichtigung der Verlust- leistung so ausgelegt sein, daß der Kurzschlußstrom auf ei- nen Bruchteil begrenzt wird, der eine wesentlich geringere Beanspruchung des Bauelements und der umgebenden Schaltung bewirkt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das zum zweiten Leiterzug parallel geschaltete Widerstandselement einen Widerstand zwischen 5Q und 20Q auf. Die Dimensionie- rung des Widerstandselements, sowohl hinsichtlich des ohm- schen Widerstands als auch seiner maximalen Verlustleistung, hängt vom Einsatzfall des Sicherungsbauelements, insbeson- dere vom Abschaltstrom und der maximal anliegenden Spannung ab.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Sicherungsbau- elements sind der interne und der zweite Leiterzug und das Widerstandselement aus strukturierten Schichten auf einem Substrat gebildet, wobei der interne Leiterzug über einem Abschnitt des zweiten Leiterzugs angeordnet und von diesem durch eine elektrisch isolierende Schicht getrennt ist. Bei- spielsweise kreuzt der interne Leiterzug den mit einer Iso- latorschicht überdeckten zweiten Leiterzug.

Vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen der Erfin- dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels nä- her beschrieben. In der Zeichnung zeigen : Figur 1A eine schematische Darstellung der wesentlichen Elemente des Layouts eines erfindungsgemäßen Sicherungsbau- elements in normalen Betrieb ; Figur 1B ein Schaltbild des Sicherungsbauelements gemäß Figur lA ;

Figur 2A eine schematische Darstellung der wesentlichen Elemente des Layouts des Sicherungsbauelements gemäß Figur 1A nach der Ausbildung eines Lichtbogens beim Durchtrennen des Sicherungsbauelements ; und Figur 2B ein Prinzipschaltbild des Sicherungsbauelements gemäß Figur 2A nach Ausbildung des Lichtbogens.

Figur 1A zeigt eine schematische Draufsicht auf die Oberseite eines Bauelements 1. Auf der Oberseite eines Sub- strats 2, beispielsweise eines A1203-Substrats oder eines anderen Keramiksubstrats, sind eine Reihe von Schichten (vorzugsweise in Dickschichttechnik) aufgebracht. Figur 1A stellt nur die für die Erfindung wesentlichen Schichten dar.

Neben den dargestellten Schichten können eine Reihe weiterer Schichten unter, zwischen oder über den dargestellten Schichten aufgebracht sein, beispielsweise Isolator-, Ab- deck-, Schutzschichten und Schichten, die die Wärmeableitung beeinflussen. Auf dem Substrat 2 ist zunächst eine erste leitfähige Schicht 5 aufgebracht und strukturiert, die neben den Anschlußflächen 6 und 7 einen quer zur Längsrichtung des Substrats 2 verlaufenden Leiterzug 8 umfaßt. Der Leiterzug 8 ist Teil einer U-förmigen Leiterzugschleife in der leitfähi- gen Schicht 5. Über der leitfähigen Schicht 5 ist eine Wi- derstandsschicht 9 aufgebracht, die so strukturiert ist, daß ein etwa rechteckiger Bereich der Widerstandsschicht die Schenkel der U-förmigen Leiterzugschleife an deren oberen Enden verbindet. D. h., zwischen der leitfähigen Schicht 5 und der Widerstandsschicht 9 ist ein elektrischer Kontakt hergestellt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel könnte die Widerstandsschicht 9 auch unter der leitfähigen Schicht 5 angeordnet sein. Durch diese Anordnung der struk- turierten Widerstandsschicht 9 und der strukturierten Leit- schicht 5 entsteht eine Parallelschaltung zwischen einem Wi- derstand und einer U-förmig ausgebildeten Leiterzugschleife, wobei ein Anschluß der Parallelschaltung direkt mit der Kon- taktfläche 6 verbunden ist.

Über der leitfähigen Schicht 5 wird eine (in Figur la nicht dargestellte) elektrisch isolierende Schicht und auf dieser Isolatorschicht wenigstens eine weitere strukturierte Leitschicht 3 aufgebracht. Die weitere Leitschicht 3 ist so strukturiert, daß sie einen Leiterzugstreifen bildet, der an seinem einen Ende die Kontaktfläche 7 überlappt und an sei- nem anderen Ende den U-förmigen Leiterzug überlappt. In bei- den Überlappungsbereichen ist ein Fenster in der zwischen der Leitschicht 5 und der wenigstens einen weiteren Leit- schicht 3 angeordneten Isolatorschicht ausgebildet, so daß an diesen Stellen Kontakte zwischen der Leitschicht 5 und der Leitschicht 3 hergestellt werden können. Der Kontakt der Leitschicht 3 zu der darunter angeordneten Leitschicht 5 im U-förmigen Leiterzugbereich befindet sich an demjenigen Ende der U-förmigen Leiterzugschleife, das den nicht mit der Kon- taktfläche 6 verbundenen Knoten der Parallelschaltung von Widerstandsschicht 9 und U-förmiger Leiterzugschleife bil- det. Darüber hinaus kreuzt ein Abschnitt 4 der wenigstens einen weiteren Leitschicht 3 den Leiterzug 8. Der den Lei- terzug 8 kreuzende Abschnitt 4 der Leitschicht 3 ist durch die Isolatorschicht von dem Leiterzug 8 getrennt. Darüber hinaus ist der Abschnitt 4 der wenigstens einen Leitschicht 3 als Schmelzleiterelement ausgebildet, beispielsweise (wie es in Figur 1A dargestellt ist) von geringerer Breite als der Rest des in der Leitschicht 3 gebildeten Leiterzugs. Der das Schmelzleiterelement bildende Abschnitt 4 in der wenig- stens einen Leitschicht 3 kann beispielsweise einen Silber enthaltenden Dickschichtleiter und zusätzlich eine darauf aufgebrachte Lotschicht enthalten.

Figur 1B zeigt ein Schaltbild der in Figur 1A schema- tisch dargestellten Anordnung. Die Kontaktflächen 6 und 7 entsprechen den Anschlüssen 16 bzw. 17. Die U-förmige Lei- terzugschleife in der Leitschicht 5 entspricht der Kurz- schlußverbindung 18. Das in der Widerstandsschicht 9 ausge- bildete Widerstandselement entspricht dem Widerstand R 19.

Das in der wenigstens einen zweiten Leitschicht 3 im Ab- schnitt 4 ausgebildete Schmelzleiterelement entspricht dem Schmelzleiterelement 14 in Figur 1B.

Im normalen Betrieb, bei dem die das Bauelement 1 durch- fließenden Ströme ausreichend gering sind, so daß das Schmelzleiterelement 14 intakt bleibt, fließt der Strom im wesentlichen über die Kurzschlußverbindung 18 und das Schmelzleiterelement 14 zwischen den Anschlüssen 16 und 17.

Das Bauelement 1 hat einen geringen ohmschen Widerstand.

Wenn der Stromfluß durch das Bauelement 1 eine bestimmte Stromstärke für eine vorgegebene Zeitdauer überschreitet, wird das Schmelzleiterelement 14, d. h. der Abschnitt 4 in der Leitschicht 3, durchtrennt. Der Vorgang des Durchtren- nens (Abschaltens) hängt vom Aufbau des Schmelzleiterele- ments ab. Wenn beispielsweise eine Silberpartikel enthal- tende Leitschicht 3 an einer vorgegebenen Stelle von einer Lotschicht (die Zinn und Blei enthält) überdeckt ist und wenn das Fließen des Stromes ein Aufheizen des Bauelements bewirkt, so wird die Leitschicht aufgrund eines komplexen Vorgangs durchtrennt, der mit dem Schmelzen des Lotmetalls, dem Eindiffundieren des Metalls in die Silberschicht, der Erhöhung des spezifischen Widerstands der Leitschicht, der lokalen Aufheizung und dem Verdampfen des Leitschicht ein- hergeht. In anderen Fällen, bei denen das Schmelzleiterele- ment lediglich eine Leitschicht enthält, wird der Vorgang des Durchtrennens vorrangig vom Verdampfen des Leitschicht- materials infolge lokaler Erhitzung bestimmt. In jedem Fall kommt es zu einer lokalen Durchtrennung der Leitschicht 3 im Abschnitt 4, wobei sich an der Trennstelle ein Lichtbogen ausbildet, mit dessen Hilfe ein fortgesetzter Stromfluß bei durchtrennter Leitbahn ermöglicht wird. Der Lichtbogen be- wirkt ein weiteres Verdampfen der an den beiden Enden des Lichtbogens befindlichen Leitschichtbereiche der Schicht 3, wobei sich die verbleibenden Enden der Leitschicht, zwischen

denen der Lichtbogen ausgebildet ist, weiter voneinander entfernen, wobei sich der Lichtbogen verlängert.

In den Figuren 2A und 2B ist schematisch das in Figur 1A gezeigte Sicherungsbauelement 1 bzw. die in Figur 1B darge- stellte Schaltung für den Fall dargestellt, daß sich ein Lichtbogen 10 im Bereich des durchtrennten Abschnitts 4 der Leitschicht ausgebildet hat. Während der Lichtbogen 10 das Material des Abschnitts 4 verdampft, führt die Energie des Lichtbogens gleichzeitig zu einem Verdampfen des Materials der darunterliegenden Isolatorschicht und eines Teils des unter der Isolatorschicht liegenden Materials der Leit- schicht 5 im Leiterzug 8. Durch Einwirken des Lichtbogens 10 wird der Leiterzug 8 schließlich durchtrennt. Die Dicke der Isolatorschicht zwischen Leitschicht 3 und Leitschicht 5 im Bereich des Leiterzugs 8 muß dabei so gewählt werden, daß sie einerseits eine ausreichende elektrische Isolation zur Verfügung stellt, andererseits möglichst dünn ist, um ein Einwirken eines möglichst hohen Anteils der Lichtbogenenergie auf die Leitschicht 5 des Leiterzugs 8 zu ermöglichen. Außerdem muß die Kombination aus Leitschicht 5 (im Leiterzugbereich 8) und Isolatorschicht so ausgebildet sein, daß ein Zünden eines Lichtbogens zwischen dem mit dem Anschluß 6 verbundenen Abschnitt des unterbrochenen Leiterzugs 8 und dem mit dem Anschluß 7 verbundenen Abschnitt der Leitschicht 3 vermieden wird. Dies kann durch eine geeignete Layoutgestaltung und Isolatorschichtdicke erreicht werden.

Figur 2B zeigt das Schaltbild, das sich ergibt, wenn der Lichtbogen 10 gezündet ist und der Leiterzug 8 bereits durchtrennt ist. Die zum Widerstand 19 parallel geschaltete Kurzschlußverbindung 18 ist durchtrennt, so daß zwischen den Anschlüssen 16 und 17 der Widerstand R19 in Reihe zu dem Lichtbogen 10 geschaltet ist. Der Widerstand R begrenzt so- mit den über dem Lichtbogen 10 fließenden Strom. Die Dimen- sionierung des Widerstands 19, sowohl hinsichtlich des sich

ergebenden ohmschen Widerstands R als auch hinsichtlich der Stromaufnahmefähigkeit (maximale Verlustleistung) hängt von mehreren Faktoren ab, die von der zwischen den Kontakten 16 und 17 maximal anliegenden Spannung und dem gewünschten Ma- ximalstrom (Kurzschlußstrom) abhängen. Bei einer Ausfüh- rungsform könnte R einen Widerstand zwischen 5 Q und 20 Q, beispielsweise 10 Q, haben.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche alter- native Ausführungsformen denkbar.

Bei der Verwendung des Bauelements als Sicherungsbauele- ment könnte (bei an sich gleichem Schaltbild) das in Figur 1A dargestellte Layout erheblich abgewandelt werden. Auch die Reihenfolge der Schichtaufbringung könnte geändert sein.

Beispielsweise könnte der Leiterzug 8 parallel zu dem Ab- schnitt 4 des Leiterzugs 3 angeordnet sein oder bei einem U- förmigen Verlauf des Leiterzugs 8 den Abschnitt 4 zweimal kreuzen. Bei einer alternativen Ausführungsform könnte die Energie des Lichtbogens auch genutzt werden, um eine auf dem Substrat 2 aufgebrachte Schicht zu modifizieren, ohne sie zu verdampfen. Beispielsweise könnte die Einwirkung des Licht- bogens eine Erhöhung des Schichtwiderstands bewirken, bei- spielsweise durch Legierungseffekte.