DE102005019922A1 - Multilayer printed board for controller of electrical window lifter in motor vehicle has electrical resistance for measuring input power of electrical or electronic component - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Multilayerleiterplatte mit einem integrierten elektrischen Widerstand.The The invention relates to a multilayer printed circuit board with an integrated electrical resistance.
Leiterplatten werden häufig mit elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen bestückt, welche eine hohe Abwärme erzeugen, welche wiederum vom Bauelement, von der Leiterplatte und von benachbarten Bauelementen abgehalten und abgeführt werden muss, um das Bauelement selbst, die Leiterplatte oder die benachbarten Bauelemente nicht zu beschädigen.PCBs become common equipped with electrical and / or electronic components, which a high waste heat generate, which in turn from the device, from the circuit board and be kept away from adjacent components and removed must be to the component itself, the circuit board or the adjacent Do not damage components.
So ist beispielsweise aus DE-OS-27 43 647 bekannt derartige Bauelemente mit hoher Abwärme auf einer Metallplatte zu montieren, welche zur elektrischen Isolierung mit einer elektrisch isolierende Folie überzogen ist. Die Bauelemente sind auf der Metallplatte montiert, wobei aber die Isolierfolie der Wärmeableitung einen thermischen Widerstand entgegen setzt.So For example, from DE-OS 27 43 647 known such devices with high waste heat up to mount a metal plate, which for electrical insulation coated with an electrically insulating film. The components are mounted on the metal plate, but with the insulating film the heat dissipation opposes a thermal resistance.
Aus DE-A-38 29 117 ist eine weitere Leiterplatte bekannt, welche einen Metallkern aufweist, der von einem dielektrischen Werkstoff umhüllt ist. Der Metallkern ist so ausgebildet, dass über ihn die Verlustwärme von Bauelementen direkt abgeführt werden kann. Außerdem lässt sich eine definierte Lage des Metallkerns beim Spritzgießen erzeugen und so eine einwandfreie Verbindung der Umhüllung mit dem Metallkern gewährleisten.Out DE-A-38 29 117, a further printed circuit board is known which a Metal core which is enveloped by a dielectric material. The metal core is designed so that the heat loss from Components directly dissipated can be. Furthermore let yourself create a defined position of the metal core during injection molding and thus ensure a perfect connection of the enclosure with the metal core.
Aus DE-A-43 26 506 ist ein elektrisches Gerät mit einer die elektronische Schaltung tragende Leiterfolie bekannt, welche mit SMD-Leistungsbauelementen bestückt ist. Die Leiterfolie ist zur mechanischen Stabilisierung und zur Wärmeableitung der von den Leistungsbauelementen erzeugten Abwärme auf eine Trägerplatte aufgebracht. Unterhalb des Leistungsbauelementes ist auf der Leiterfolie eine lötfähige Randschicht ausgebildet, die eine großflächige Ausnehmung begrenzt. Diese Ausnehmung ist mit einer wärmeleitenden Masse aufgefüllt, so dass ein großflächiger Wärmetransport vom Leistungsbauelement zur Trägerplatte möglich ist.Out DE-A-43 26 506 is an electrical device with an electronic Circuit-carrying conductor foil known which with SMD power devices stocked is. The conductor foil is for mechanical stabilization and for heat dissipation the waste heat generated by the power components on a support plate applied. Below the power component is on the conductor foil a solderable surface layer formed, which has a large-scale recess limited. This recess is filled with a thermally conductive compound, so that a large-scale heat transfer from the power component to the carrier plate possible is.
Aus DE-A-195 32 992 ist eine einseitig bestückte Leiterplatte bekannt, auf deren Rückseite unter Einfügung einer Zwischenschicht eine Kühlplatte aufgebracht ist. Die Leiterplatte trägt zumindest ein thermisch hochbelastbares Bauelement. Die Auflagefläche dieses Bauelementes ist durch eine Wärmeleitbrücke in Form eines Metallkörpers oder Kupferbolzens mit der Kühlplatte verbunden. Der Metallkörper sitzt in einer Aussparung, die die Auflagefläche des Bauelementes durch die Zwischenschicht hindurch mit der Kühlplatte verbindet.Out DE-A-195 32 992 discloses a single-sided printed circuit board, on the back under insertion an intermediate layer applied to a cooling plate is. The circuit board carries at least one thermally highly resilient component. The bearing surface of this Component is by a Wärmeleitbrücke in shape a metal body or copper bolt with the cooling plate connected. The metal body sits in a recess that the bearing surface of the device by the intermediate layer connects to the cooling plate.
Aus DE-A-196 01 649 ist eine weitere Anordnung zur Verbesserung der Wärmeableitung bei elektrischen und elektronischen Bauelementen, bei der eine die Bauelemente tragende Leiterplatte über eine Isolationsschicht mit einer Metallplatte stoffschlüssig verbunden ist, bekannt. Im Bereich wenigstens eines Bauelements sind in die Leiterplatte und in die Isolationsschicht korrespondierende Öffnungen eingebracht. Die Metallplatte weist Erhebungen auf, deren Höhe etwa der Dicke der Leiterplatte und der Isolationsschicht entspricht oder diese auch geringfügig übersteigt. Die Erhebungen werden durch die Öffnungen hindurchgeführt.Out DE-A-196 01 649 is another arrangement for improving the heat dissipation in electrical and electronic components, in which one Component-carrying circuit board over an insulating layer cohesively with a metal plate connected, known. In the range of at least one component are introduced into the circuit board and in the insulating layer corresponding openings. The metal plate has elevations whose height is approximately the thickness of the circuit board and the insulation layer corresponds to or slightly exceeds this. The elevations are through the openings passed.
Schließlich ist aus DE-A-198 05 492 eine Leiterplatte bekannt, welche mit mindestens einem Wärme abgebenden elektronischen Bauelement bestückt ist. Im Weiteren ist sie mit einer der Wärmeabfuhr dienenden metallischen Platte versehen. Ein wärmeleitendes Verbindungselement ragt zwischen dem Bauelement und der metallischen Platte aus einer beidseitig mit Isolierfolie abgedeckten Kupferschicht heraus. Das Verbindungselement ist als integraler Bestandteil der Kupferschicht aus dieser herausgeätzt.Finally is from DE-A-198 05 492 discloses a printed circuit board, which with at least a heat issuing electronic component is populated. Further she is with one of the heat dissipation serving metallic plate provided. A thermally conductive connecting element protrudes between the component and the metallic plate of a on both sides covered with insulating copper layer out. The Connecting element is an integral part of the copper layer etched out of this.
Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist, dass auf Leiterplatten zunehmend Messanordungen integriert werden, welche beispielsweise eine Stromaufnahme eines elektrischen/elektronischen Bauelementes oder Bauteiles bestimmen sollen. Hierzu wird ein Messwiderstand verwendet, der aus temperaturstabilem Material hergestellt ist. Derartige Widerstände weisen über einem weiten Temperaturbereich einen konstanten Widerstandswert auf, so dass eine Widerstandsdrift durch Eigenerwärmung des Widerstands nicht berücksichtigt werden muss.adversely in the known prior art is that on printed circuit boards increasingly Messanordungen be integrated, which, for example a current consumption of an electrical / electronic component or components. For this purpose, a measuring resistor used, which is made of temperature-stable material. Such resistances show over a constant resistance over a wide temperature range, so that a resistance drift due to self-heating of the resistor is not considered must become.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Multilayerleiterplatte mit einem integrierten Widerstand und einer Anordnung zur Messung der Stromaufnahme eines elektrischen/elektronischen Bauelementes zu ermöglichen, wobei der Messwiderstand kostengünstig realisiert ist und dennoch eine Verfälschung der Messung wegen der Temperaturdrift des Messwiderstandes vermieden wird.task The invention is a multilayer printed circuit board with an integrated Resistor and an arrangement for measuring the current consumption of a allow electrical / electronic component, wherein the measuring resistor implemented cost-effectively is and still a falsification the measurement because of the temperature drift of the measuring resistor avoided becomes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der weiteren Beschreibung, der Figuren und der Unteransprüche.These The object is achieved by the Arrangement according to claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the Further description, the figures and the dependent claims.
Bei der Erfindung wird ein beschriebener temperaturunabhängiger Widerstand, d.h. ein Widerstand der nur eine geringe und definierte Temperaturdrift seines elektrischen Widerstandes aufweist, und als Messwiderstand für den Stromfluß dient, durch mindestens einen gedruckten oder geätzten Widerstand auf der Leiterplatte ersetzt. Dieser Widerstand besteht, wie die Leiterbahnen der Leiterplatte, aus Kupfer und besitzt daher einen deutlich schlechteren Temperaturkoeffizienten, der sich in Form eines starken Temperaturdrifts aufgrund der Eigenerwärmung und der Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur äußert.In the invention, a described temperature-independent resistor, ie, a resistor which has only a small and defined temperature drift of its electrical resistance, and serves as a measuring resistor for the current flow, replaced by at least one printed or etched resistor on the circuit board. This resistance consists, like the printed circuit board, of copper and therefore has a significantly lower temperature coefficient, which manifests itself in the form of a strong temperature drift due to the self-heating and the dependence on the ambient temperature.
Zur Kompensation dieser Temperaturdrift des Wertes des elektrischen Widerstandes wird mit Hilfe einer Mikrocomputereinheit, insbesondere eines Mikrocontrollers, ein vorab definiertes Temperaturmodell dieses Widerstandes parallel errechnet. In vorzugsweiser Ausgestaltung der Erfindung ist die Mikrocomputereinheit, auf der Multilayerleiterplatte angeordnet. Die Errechnung erfolgt in Echtzeit. Das Ergebnis dieser Echtzeitberechung wird zur Kompensation der Temperaturdrift des Widerstandes herangezogen. Zugleich können über dieses Temperaturmodell und der Errechnung fertigungsbedingte Toleranzen des Widerstandes über einen automatischen Abgleich am Endtest abgeglichen werden. Eine entsprechende Berechnung über das Temperaturmodell bedingt aber einen speziellen Aufbau des Widerstands auf der Leiterplatte, was im Weiteren beschrieben wird.for Compensation of this temperature drift of the value of the electric Resistance is achieved with the help of a microcomputer unit, in particular a microcontroller, a predefined temperature model of this Resistance calculated in parallel. In a preferred embodiment the invention is the microcomputer unit, arranged on the multilayer printed circuit board. The calculation is done in real time. The result of this real-time calculation is used to compensate for the temperature drift of the resistor. At the same time, about this Temperature model and the calculation of production-related tolerances of resistance to adjust an automatic adjustment on the final test. A corresponding calculation over However, the temperature model requires a special structure of the resistor on the circuit board, which will be described below.
Der in der Multilayerleiterplatte integrierte elektrische Widerstand, im Weiteren mit Leiterplatten-Shunt bezeichnet, soll den bisherigen temperaturunabhängigen elektrischen Widerstand zur Messung der Stromaufnahme einer elektrischen Baugruppe bzw. eines Bauelemetes ersetzen. Daher muss der Leiterplatten-Shunt auch annähernd den gleichen elektrischen Widerstand und auch die gleiche Stromtragfähigkeit aufweisen. Um diese annähernd gleichen elektrischen Eigenschaften zu erreichen, wird die Breite des Leiterplatten-Shunt relativ schmal ausgeführt. Da dies aber die Stromtragfähigkeit herabsetzt und die Verlustleistung des Widerstandes erhöht, führt dies zu einer verstärkten Eigenerwärmung und somit zu einer verstärkten Widerstandsdrift des Leiterplatten-Shunt.Of the integrated in the multilayer PCB electrical resistance, hereinafter referred to as PCB shunt, the previous temperature-independent electrical resistance for measuring the current consumption of an electrical Replace module or component. Therefore, the circuit board shunt also approximate the same electrical resistance and also the same ampacity exhibit. To approximate these to achieve the same electrical properties, the width becomes the circuit board shunt running relatively narrow. But this is the current carrying capacity decreases and increases the power dissipation of the resistor, this leads to a reinforced self-heating and thus to an intensified Resistance drift of the PCB shunt.
Um zu verhindern sich der Leiterplatten-Shunt bei hoher Strombelastung von der Platine ablöst und somit zerstört wird, ist der Leiterplatten-Shunt als Leiterbahn auf bzw. in einer der Mittellagen einer Multilayerleiterplatte realisiert. Auf diese Weise wird eine mögliche Ablösung des Leiterplatten-Shunt von der Multilayerleiterplatte bzw. einem der Layer der Multilayerleiterplatte verhindert. Vorteilhaft an dieser Anordnung des Leiterplatten-Shunt ist, dass die Herstellungstoleranzen der Multilayerleiterplatte auf den Innenlagen sich günstiger auswirken als auf den Außenlagen, was auf Grund der zusätzlichen Aufkupferung der Außenlagen der Fall ist.Around To prevent the PCB shunt at high current load detached from the board and thus destroyed is, is the circuit board shunt as a conductor on or in one realized the middle layers of a multilayer printed circuit board. In this way becomes a possible replacement of the circuit board shunt of the multilayer printed circuit board or one of Layer of multilayer PCB prevented. An advantage of this Arrangement of the circuit board shunt is that the manufacturing tolerances the multilayer printed circuit board on the inner layers cheaper impact as on the outside layers, which due to the additional Coppering of the outer layers the case is.
Der Leiterplatten-Shunt entwickelt aufgrund seines Widerstandswerts Verlustwärme, die zu einer Erhöhung seines Widerstandswerts führt. Daher ist der der so genannte „Hotspot" des Leiterplatten-Shunts thermisch an Kupferflächen, die auf die restlichen Lagen um den Leiterplatten-Shunt herum ausgeführt sind, angebunden. Diese Flächen über und unter dem Leiterplatten-Shunt dienen dabei als thermische Energiespeicher, welche ein zu schnelles Ansteigen der Widerstandstemperatur verhindern. Die thermische Anbindung wird mit so genannten Thermovias und kleinen Stegen von der Mitte des Leiterplatten-Shunts zu diesen Kühlflachen realisiert.Of the Circuit board shunt developed due to its resistance value Heat loss, which leads to an increase of its resistance value. Therefore, this is the so-called "hotspot" of the circuit board shunt thermally on copper surfaces, which are executed on the remaining layers around the circuit board shunt, tethered. These surfaces over and under the circuit board shunt serve as thermal energy storage, which is too fast increase prevent the resistance temperature. The thermal connection will with so-called thermovias and small bars from the middle of the circuit board shunt to these cooling surfaces realized.
Die temperaturabhängige Drift des Leiterplatten-Shunts gleicht die Mikrocomputereinheit rechnerisch aus. Hierzu errechnet die Mikrocomputereinheit aus dem gemessenen Strom die Temperaturerhöhung des Leiterplatten-Shunts gegenüber der Umgebungstemperatur. Die Umgebungstemperatur wird über einen externen Sensor ermittelt werden. Alternativ ist auch vorgesehen, die Temperatur des Leiterplatten-Shunts mit einem Temperatursensor direkt am Leiterplatten-Shunt zu erfassen. Mit der Temperatur des Leiterplatten-Shunts kann wiederum auf den Widerstandswert des Leiterplatten-Shunts geschlossen werden.The temperature-dependent Drift of the circuit board shunt equals the microcomputer unit computationally out. For this purpose, the microcomputer unit calculates from the measured Electricity the temperature increase the circuit board shunt opposite the ambient temperature. The ambient temperature is over a external sensor can be determined. Alternatively, it is also provided the temperature of the circuit board shunt with a temperature sensor directly on the circuit board shunt. With the temperature of Circuit board shunts in turn can affect the resistance of the circuit board shunt getting closed.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Mikrocomputereinheit als Mikrocontroller ausgestaltet.In An advantageous embodiment of the invention is the microcomputer unit designed as a microcontroller.
Außerdem ist die Mikrocomputereinheit in der Lage die Fertigungstoleranzen des Leiterplatten-Shunts bei einem automatischen Endtest der Multilayerleiterplatte abzugleichen. Somit können auch die bei jeder Fertigung vorliegenden Fertigungstoleranzen berücksichtigt werden und deren Einfluss über die Mikrocomputereinheit kompensiert werden.Besides that is the microcomputer unit capable of manufacturing tolerances of the PCB shunts in an automatic final test of the multilayer PCB match. Thus, too takes into account the manufacturing tolerances involved in each production and their influence over the microcomputer unit are compensated.
Im Weiteren wird zur besseren Verständlichkeit der Erfindung diese anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand einer Multilayerleiterplatte für ein Steuergerät zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, insbesondere an einem Steuergerät eines elektrischen Fensterhebers für ein Kraftfahrzeug, dargestellt.in the Further will be for better understanding the invention this with reference to a specific embodiment with reference to a Multilayer PCB for a control unit For use in a motor vehicle, in particular on a control unit of an electrical Windows for a motor vehicle, shown.
Es zeigt:It shows:
Aus
Alle
Layer weisen jeweils an ihren Stirnseiten Kühlflächen
Im
Weiteren sind die auf den Layern
Auf
dem Zwischenlayer II
Vorteilhaft
ist weiterhin, dass die Herstellungstoleranzen der Layer
Der
elektrische Widerstand
In
einer besonderen Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Breite
des elektrischen Widerstandes
Zur
Vermeidung von Messfehlern, der elektrische Widerstand
In
Die
Drift des Widerstandswertes des elektrischen Widerstands
Die
Mikrocomputereinheit
Um
eine geringe Abweichung des tatsächlichen
Widerstandswertes und des errechneten Widerstandswertes zu erhalten,
ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ein Look-Up Table mit den Änderungen
des Widerstandswertes des elektrischen Widerstandes
Die
Berechnung der Veränderung
des Widerstandswertes des elektrischen Widerstands
In
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mittels
der Mikrocomputereinheit
- 11
- Sense Anschlüssescythe connections
- 22
- Toplayertoplayer
- 33
- Bottomlayerbottom layer
- 44
- Zwischenlayer Ibetween layer I
- 55
- Zwischenlayer IIbetween layer II
- 66
- Kühlflächencooling surfaces
- 77
- ThermoviasThermovias
- 88th
- Leiterplatten-ShuntPCB shunt
- 99
- thermische Anbindungthermal connection
- 2020
- MikrocomputereinheitMicrocomputer unit
- 2121
- KfZ-DatenbusMotor vehicle data bus
- 2222
- Temperatursignaltemperature signal
- 2323
- korrigierter Stromcorrected electricity
- 2424
- Temperatur Leiterplatten-Shunt berechnentemperature Calculate printed circuit shunt
- 2525
- gemessenen Strom korrigierenmeasured Correct current
- 2626
- Strommessungcurrent measurement
- 3131
- Temperatursensortemperature sensor
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Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE200510019922 DE102005019922A1 (en) | 2005-04-27 | 2005-04-27 | Multilayer printed board for controller of electrical window lifter in motor vehicle has electrical resistance for measuring input power of electrical or electronic component |
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Publications (1)
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