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Zugehörige Anmeldung
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der chinesischen Anmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
CN 201020298676.0 , eingereicht am 19. August 2010, deren Gesamtinhalt hier durch Rückbeziehung aufgenommen wird.
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft das technische Gebiet von Schaltungsschutzeinrichtungen, insbesondere eine Sicherheitseinheit, die in eine Leiterplatte integriert ist, sowie die Leiterplatte.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Der Schmelzdraht ist eine Schaltkreiseinheit, die häufig in einer Schaltungsschutzeinrichtung verwendet wird. Gemäß den Merkmalen von Schmelzdrahtprodukten können Schmelzdrähte unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise als ein träger Schmelzdraht, ein Schnellschmelzdraht, ein Explosionsschutz-Schmelzdraht, ein Schmelzdraht mit Schutz vor Lichtbogenbildung und Funkenentladung usw.. Bei üblichen Produkten werden jedoch am häufigsten universelle Schmelzdrähte verwendet, um einen Schaltungsschutz zu erreichen.
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Im Allgemeinen weist der universelle Schmelzdraht einen relativ geschlossenen Hohlraum auf, in dem über ein Stück Metalldraht zwei Elektroden miteinander verbunden sind; wenn der Strom zu hoch ist, schmilzt der Schmelzdraht in dem Hohlraum. Die Schmelzzeit des universellen Schmelzdrahts ist üblicherweise von mittlerer Dauer und sein Lichtbogenlöschverhalten und seine Explosionsschutzeigenschaften sind nicht herausragend. Den Ursachen für den häufigen Einsatz des universellen Schmelzdrahts in der Elektronikindustrie (insbesondere bei einer Niederspannungsanwendung und einer Anwendung mit geringem Leistungsbedarf) liegt die Berücksichtigung verschiedener Aspekte zugrunde. Es gibt jedoch zwei Hauptaspekte: Erstens können die universellen Schmelzdrähte bereits die Anforderungen der meisten Schaltungsschutzanwendungen erfüllen und zweitens sind die universellen Schmelzdrähte kostengünstig und sind technisch wenig anspruchsvoll.
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Universelle Schmelzdrähte sind dennoch für bestimmte Situationen nicht geeignet. Beispielsweise sind universelle Schmelzdrähte in einem hochintegrierten elektronischen Bauteil aufgrund der Anforderungen durch den beschränkten Platz für gewöhnlich nicht anwendbar. Im Allgemeinen wird unter diesen Bedingungen (beispielsweise auf einer Leiterplatte mit hochdichten Bauteilen) ein Schmelzdraht mit einer geringen Größe verwendet. Der kleine Schmelzdraht ist jedoch relativ teuer.
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Die Metalldrähte in dem Hohlraum der universellen Schmelzdrähte bestehen hauptsächlich aus einem Fritter (engl. coherer) (beispielsweise Kupferdraht/-drähten); das Grundprinzip besteht darin, Kupferdraht/-drähte zu verwenden, der/die einen relativ kleinen Durchmesser aufweist bzw. aufweisen, der/die anschließend in einem kleinen Hohlraum verschlossen wird bzw. werden, um wesentliche Funktionen von Schmelzdrähten zu erreichen, wobei Probleme wie Wärmeabgabe und Lichtbögen berücksichtigt werden.
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Es ist weiter festzuhalten, dass bei einer Leiterplatte (engl. printed circuit board (PCB)) im Allgemeinen eine Schicht eines Kupfermetallfilms unter Wärmeeinfluss auf ein isolierendes Trägermaterial geprägt wird und anschließend eine bestimmte Schaltung gebildet wird, indem die Schicht des Kupfermetallfilms, insbesondere teilweise, abgetragen wird.
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In Anbetracht des Vorstehenden und in Verbindung mit den Strukturmerkmalen der Leiterplatte selbst wird eine neuartige Sicherheitseinheit mit einem geringen Volumen vorgeschlagen.
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Kurzdarstellung
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Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, eine Sicherheitseinheit bereitzustellen, die einfach aufgebaut ist, ein kleines Volumen aufweist und kostengünstig ist.
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Um die vorstehenden oder weitere Aufgaben zu lösen, stellt die Erfindung die folgende technische Lösung bereit.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Sicherheitseinheit bereitgestellt, die in eine Leiterplatte integriert ist, umfassend:
erste Elektrodenanschlüsse;
einen Kupferdraht, der an beiden Enden jeweils mit den ersten Elektrodenanschlüssen verbunden ist;
einen isolierenden Lackfilm, der den Kupferdraht bedeckt;
einen Chip-Festwiderstand, der auf dem isolierenden Lackfilm angeordnet ist, und
zweite Elektrodenanschlüsse, die jeweils mit den beiden Enden des Chip-Festwiderstands verbunden sind,
wobei die ersten Elektrodenanschlüsse, die zweiten Elektrodenanschlüsse und der Kupferdraht auf einem Trägermaterial der Leiterplatte aufgebracht, insbesondere fest angedrückt, sind.
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Als bevorzugte technische Lösung ist ein Rand eines Kontaktabschnitts zwischen den ersten Elektrodenanschlüssen und dem Kupferdraht mit einem Seitenrand des Kupferdrahts so verbunden, dass sich die Form schrittweise verändert.
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Genauer gesagt kann der Rand des Kontaktabschnitts zwischen den ersten Elektrodenanschlüssen und dem Kupferdraht so ausgebildet sein, dass er eine sich schrittweise verändernde lineare Struktur aufweist; der Rand des Kontaktabschnitts zwischen den ersten Elektrodenanschlüssen und dem Kupferdraht kann auch so ausgebildet sein, dass er eine sich schrittweise verändernde Bogenstruktur aufweist; und der Seitenrand des Kupferdrahts und der Bogen sind tangential miteinander verbunden.
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Als bevorzugte technische Lösung werden die ersten Elektrodenanschlüsse, die zweiten Elektrodenanschlüsse, der Kupferdraht und eine Schaltung auf der gedruckten Leiterplatte (engl.: printed circuit board (PCB)) durch Bilden derselben Schicht eines Kupfermetallfilms, der das Trägermaterial bedeckt, geformt. Der isolierende Lackfilm und ein isolierender Lackfilm, der die Schaltung der Leiterplatte bedeckt, werden durch Bilden derselben Schicht eines isolierenden Lackfilms geformt. Die Form des isolierenden Lackfilms, insbesondere der Sicherheitseinheit, ist quadratisch. Die Seitenlänge des Quadrats ist dieselbe wie die Länge des Kupferdrahts.
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Genauer gesagt ist der Kupferdraht senkrecht zu dem Chip-Festwiderstand angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Leiterplatte bereitgestellt, die eine der zuvor erwähnten Sicherheitseinheiten umfasst.
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Die technische Wirkung der durch die Erfindung bereitgestellten Sicherheitseinheit besteht darin, dass sie einfach aufgebaut und kostengünstig ist und ein kleines Volumen aufweist, wodurch sie sich sehr gut für Leiterplatten mit dicht angeordneten Bauteilen eignet.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorstehenden und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind anhand der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen dieselben oder ähnliche Elemente mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind, besser zu verstehen.
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Es zeigen
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1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Sicherheitseinheit, die von der Erfindung bereitgestellt wird; und
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2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Sicherheitseinheit, die von der Erfindung bereitgestellt wird.
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Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
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Einige der vielen möglichen Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend beschrieben, um für ein grundlegendes Verständnis der Erfindung zu sorgen und nicht um die wesentlichen Punkte der Erfindung oder entscheidende Elemente zu benennen oder den beanspruchten Schutzumfang einzuschränken.
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1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Sicherheitseinheit, die von der Erfindung bereitgestellt wird. In der Erfindung ist die Sicherheitseinheit in eine Leiterplatte (PCB) (nicht dargestellt) integriert. Wie in 1 dargestellt ist, umfasst die Sicherheitseinheit zwei erste Elektrodenanschlüsse 110 und einen Kupferdraht 200, wobei die beiden Enden des Kupferdrahts 200 jeweils mit den ersten Elektrodenanschlüssen 110 verbunden sind. In der praktischen Anwendung dienen die ersten Elektrodenanschlüsse 110 als Eingang und Ausgang für einen begrenzten oder abgesicherten Strom, sodass der begrenzte Strom (insbesondere begrenzt durch die Strombelastbarkeit des Kupferdrahts) durch den Kupferdraht fließt. Die Form des Kupferdrahts 200 kann insbesondere nach Parametern wie der Höhe der Strombelastbarkeit, der Trägheit usw. konstruiert werden. Wenn der Kupferdraht 200 zum Beispiel als lineare Form konstruiert ist, werden die Dicke H und die Breite W des Kupferdrahts 200 entsprechend den konkreten Anforderungen an den Parameter der Höhe der Strombelastbarkeit ausgestaltet und die Länge L des Kupferdrahts 200 wird entsprechend den Anforderungen an den Parameter der Trägheit ausgestaltet. Sowohl der Kupferdraht 200 als auch die ersten Elektrodenanschlüsse 110 werden von einem Kupfermetallfilm gebildet. Im Allgemeinen wird auch eine Schaltung, die durch Bilden eines Kupfermetallfilms gebildet wird, fest angedrückt, so dass die Schaltung auf der Leiterplatte befestigt ist. Der Kupferdraht 200, die ersten Elektrodenanschlüsse 110 und die Schaltung auf der Leiterplatte können deshalb vorzugsweise gebildet werden, indem dieselbe Schicht eines Kupfermetallfilm, der das Trägermaterial bedeckt, gebildet wird, wobei das konkrete Strukturierungsverfahren durch die Erfindung nicht eingeschränkt wird. Auf diese Weise werden auch der Kupferdraht 200 und die ersten Elektrodenanschlüsse 110 fest angedrückt, so dass sie auf dem Trägermaterial der Leiterplatte befestigt sind, ohne zusätzliche Verfahrensschritte zur Herstellung der Sicherheitseinheit, woraus sich niedrige Herstellungskosten ergeben.
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Unter Bezugnahme auf 1 weist die Schnittstelle zwischen dem Kupferdraht 200 und den ersten Elektrodenanschlüssen 110 nicht unbedingt eine sichtbare Grenze auf, wie in der Figur dargestellt ist. Im Allgemeinen sind der Kupferdraht 200 und die ersten Elektrodenanschlüssen 110 verbunden und bilden eine Einheit. Durch die Ausgestaltung der Form der ersten Elektrodenanschlüsse 110 ergibt sich ein allmählich verändernder Übergang der Form zwischen den ersten Elektrodenanschlüssen 110 und dem Kupferdraht 200. In dieser Ausführungsform ist der Rand des Kontaktabschnitts zwischen den ersten Elektrodenanschlüssen 110 und dem Kupferdraht 200 so angeordnet, dass er eine sich allmählich verändernde lineare Struktur aufweist, wie in der Figur dargestellt ist; das Verbindungsende der ersten Elektrodenanschlüsse 110 ist so angeordnet, dass es eine Trapezform aufweist, die kürzere obere Seite des Trapezes ist mit dem Kupferdraht 200 verbunden, sodass die ersten Elektrodenanschlüsse 110 und der Kupferdraht 200 so verbunden sind, dass sich die Form allmählich verändert. Wenn der begrenzte Strom von einem der ersten Elektrodenanschlüsse 110 in den Kupferdraht fließt, ändert sich die Stromdichte am Kontaktabschnitt nicht plötzlich, womit elektromagnetische Strahlung und Wärmestau, die durch eine plötzliche Stromänderung verursacht werden, vermieden werden.
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Wie weiter in 1 dargestellt ist, umfasst die Sicherheitseinheit einen isolierenden Lackfilm 300, der den Kupferdraht bedeckt. In dem Fall, wenn eine bestimmte Stromgrenze im Kupferdraht überschritten wird, lässt nämlich der Großteil der Wärme, die durch einen hohen Strom erzeugt wird, den Kupferdraht 200 unverzüglich schmelzen und es kann zu einer Explosion und zum Verdampfen oder Vergasen kommen. Der isolierende Lackfilm 300 wird somit verwendet, um Kupferdampf und Funkensprühen zu vermeiden, die verursacht werden, wenn der Kupferdraht 200 bei einem hohen Strom sofort explodiert. Selbstverständlich kann die isolierende Eigenschaft des isolierenden Lackfilms 300 auch verwendet werden, um zu verhindern, dass der Kupferdraht elektrisch mit anderen Bauteilen als den ersten Elektrodenanschlüssen 110 (z. B. den anderen Bauteilen auf der Leiterplatte) verbunden wird. In dieser Ausführungsform ist die Form des isolierenden Lackfilms 300 quadratisch ausgelegt. Die Seitenlänge des Quadrats ist im Wesentlichen dieselbe wie die Länge des Kupferdrahts, um den Kupferdraht 200 vollständig zu bedecken. Da die Leiterplatte während der Herstellung der Leiterplatte im Allgemeinen ebenfalls mit einer Schicht eines isolierenden Lackfilms auf deren Schaltung bedeckt wird, werden der isolierende Lackfilm 300 und der isolierende Lackfilm, der die Schaltung auf der Leiterplatte bedeckt, durch Bilden derselben Schicht eines isolierenden Lackfilms geformt. Damit werden die Herstellungskosten der Sicherheitseinheit gesenkt.
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Wie weiter in 1 dargestellt ist, umfasst die Sicherheitseinheit einen Chip-Festwiderstand 400, der auf dem isolierenden Lackfilm 300 angeordnet ist, und zwei zweite Elektrodenanschlüsse 120, die entsprechend mit zwei Enden des Chip-Festwiderstands 400 verbunden sind. Vorzugsweise sind die beiden zweiten Elektrodenanschlüsse 120 entsprechend auf zwei Seiten des Kupferdrahts 200 angeordnet, sodass der Chip-Festwiderstand 400 senkrecht zu dem Kupferdraht 200 verbindend angeordnet ist. Die zweiten Elektrodenanschlüsse 120 werden ebenfalls fest angedrückt, so dass sie auf dem Trägermaterial (nicht dargestellt) der Leiterplatte befestigt sind. Die zweiten Elektrodenanschlüsse 120 können durch Bilden gleichzeitig mit den ersten Elektrodenanschlüssen 110 und dem Kupferdraht 200 geformt werden. Der Kupferdraht 200, die ersten Elektrodenanschlüsse 110, die zweiten Elektrodenanschlüsse 120 und die Schaltung auf der Leiterplatte werden vorzugsweise durch Bilden derselben Schicht des Kupfermetallfilms, der das Trägermaterial bedeckt, geformt. Das konkrete Strukturierungsverfahren wird durch die Erfindung nicht eingeschränkt. Es sind somit keine zusätzlichen Verfahrensschritte zur Herstellung der Sicherheitseinheit erforderlich, woraus sich niedrige Herstellungskosten ergeben.
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Der Chip-Festwiderstand 400 kann den Kupferdraht 200 indirekt bedecken, da er auf dem isolierenden Lackfilm 300 angeordnet ist. Der Chip-Festwiderstand 400 ist so ausgebildet, dass er rechteckig geformt ist. Die beiden Enden in der Längsrichtung des Chip-Festwiderstands 400 liegen teilweise auf den zweiten Elektrodenanschlüssen 120. In dieser Ausführungsform ist die Abmessung des Rechtecks in Richtung der Breite (d. h. der Längsrichtung des Kupferdrahts) geringer als die Abmessung des isolierenden Lackfilms 300. Ebenso lässt in dem Fall, wenn eine bestimmte Stromgrenze im Kupferdraht 200 überschritten wird, der Großteil der Wärme, der durch einen hohen Strom erzeugt wird, den Kupferdraht 200 unverzüglich schmelzen und es kann zu einer Explosion und zum Verdampfen/Vergasen kommen. Der Chip-Festwiderstand 400 kann ferner verwendet werden, um Kupferdampf und Funkensprühen zu vermeiden, die verursacht werden, wenn der Kupferdraht 200 bei einem hohen Strom unmittelbar explodiert.
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In dieser Ausführungsform sind zudem die Form der zweiten Elektrodenanschlüsse 120 und die der ersten Elektrodenanschlüsse 110 im Wesentlichen identisch. Dies soll jedoch keine Einschränkung sein. Der isolierende Lackfilm 300 befindet sich in einem mittleren Bereich, umgeben von den ersten Elektrodenanschlüssen 110 und den zweiten Elektrodenanschlüssen 120.
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Anhand des Vorstehenden ist festzuhalten, dass die Sicherheitseinheit gut in die Leiterplatte integriert und gleichzeitig während des Herstellungsverfahrens der Leiterplatte gebildet werden kann. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie einfach aufgebaut und kostengünstig ist und ein kleines Volumen aufweist, wodurch sie sich sehr gut für Leiterplatten mit dicht angeordneten Bauteilen eignet.
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2 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Sicherheitseinheit, die von der Erfindung bereitgestellt wird. Beim Vergleich der Sicherheitseinheit der Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, mit der Sicherheitseinheit der Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, kann festgestellt werden, dass der Hauptunterschied in der Abweichung der Ausgestaltung der Form der ersten Elektrodenanschlüsse 110 besteht. Ebenso ist in dieser Ausführungsform, um elektromagnetische Strahlung und Wärmestau, die durch eine plötzliche Stromänderung verursacht werden, zu vermeiden, der Rand des Kontaktabschnitts zwischen den ersten Elektrodenanschlüssen 110 und dem Kupferdraht 200 mit dem Seitenrand des Kupferdrahts 200 so verbunden, dass sich die Form allmählich verändert. In dieser Ausführungsform ist der Rand des Kontaktabschnitts zwischen den ersten Elektrodenanschlüssen 110 und dem Kupferdraht 200 so angeordnet, dass er eine sich allmählich verändernde Bogenstruktur aufweist, wie in 2 dargestellt ist, und der Seitenrand des Kupferdrahts 200 ist innen tangential zum Bogen ausgerichtet. Übereinstimmende Aspekte zwischen der Sicherheitseinheit der Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, und der der Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, werden nicht ausführlich erörtert.
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Es ist festzuhalten, dass obwohl lediglich zwei Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, um die sich allmählich verändernde Art und Weise der Verbindung zwischen den ersten Elektrodenanschlüssen 110 und dem Kupferdraht 200 zu beschreiben, der Fachmann je nach konkreter Situation andere Formen der sich schrittweise verändernden Art und Weise der Verbindung vorsehen kann, die ebenfalls in den Geist und Umfang der Erfindung fallen.
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Die Erfindung stellt auch eine Leiterplatte bereit, in die eine oder mehrere der zuvor beschriebenen Sicherheitseinheiten integriert ist bzw. sind. Die Sicherheitseinheit arbeitet so, dass sie einen Stromschutz bietet und wenig Raumvolumen benötigt. Wenn verschiedene Chips oder Bauteile auf die Leiterplatte gelötet werden, um ein Schaltkreissystem zu bilden, werden die Kosten gesenkt und Raumvolumen für das System eingespart.
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Bei den vorstehenden Ausführungsformen werden hauptsächlich die erfindungsgemäße Sicherheitseinheit und die Leiterplatte erörtert. Obwohl lediglich einige Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, ist für einen Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung in vielen anderen Formen umgesetzt werden kann, ohne dass vom Geist und Umfang der Erfindung abgewichen wird. Das beschriebene Beispiel und die beschriebene Ausführungsform werden deshalb als veranschaulichend und nicht als einschränkend angesehen. Die Erfindung kann verschiedene Abwandlungen und Entsprechungen umfassen, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
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Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 110
- Elektrodenanschlüsse
- 120
- Elektrodenanschlüsse
- 200
- Kupferdraht
- 300
- Lackfilm
- 400
- Chip-Festwiderstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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