DE102013202882A1

DE102013202882A1 - Verfahren zur Herstellung einer DC-geeigneten thermischen Schaltvorrichtung (S) zur Absicherung von einem oder mehreren elektronischen Bauteilen (EC).

Info

Publication number: DE102013202882A1
Application number: DE102013202882.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Meyer; Steffen Pförtner
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-08-21
Also published as: DE202013012412U1; CN105144329A; WO2014128247A1; CN105144329B

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer DC-geeigneten thermischen Schaltvorrichtung (S) zur Absicherung von einem oder mehreren elektrischen Bauteilen (EC), wobei die Schaltvorrichtung eine Haube (H) aufweist. Das Verfahren weist einen Schritt des Bestückens eines Trägers (P) mit dem einen oder mehreren elektrischen Bauteilen (EC), ein Schritt des Bestückens eines Schaltelementes (SE) auf dem Träger (P), und einen Schritt des Anbringens einer Haube (H), wobei die Haube (H) zumindest abschnittsweise eine Löschhilfe aufweist, auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer DC-geeigneten thermischen Schaltvorrichtung (S) zur Absicherung von einem oder mehreren elektronischen Bauteilen (EC).
Hintergrund der Erfindung
Die Überbeanspruchung von elektronischen Bauelementen kann dazu führen, dass die elektronischen Bauelemente außerhalb des Nennbetriebsbereiches betrieben werden.
Beispielsweise führt eine reduzierte Bauteilisolationsfestigkeit, z.B. einer Überspannungsschutzkomponente, zu einem Leistungsumsatz am (geschädigten) Bauteil zu einer Erwärmung, die einen unzulässigen Bereich erreichen kann.
Wird eine unzulässige Erwärmung des Bauteils nicht verhindert, so kann es auf Grund der unzulässigen Erwärmung zu einer direkten Gefährdung durch Entzündung des Bauteils selbst und/oder umgebenden Materialien kommen. Hierbei kann neben der eigentlichen Gefahr durch Feuer auch eine Entstehung von gefährlichen Rauchgasen beobachtet werden.
In der Vergangenheit wurde, um diesem Problem zu begegnen, insbesondere für den Fall von gasgefüllten Überspannungsableiter (ÜsAg), die Verwendung von Kurzschlussbügeln vorgeschlagen. Hierbei wird der Kurzschluss vorgespannt und mittels eines thermisch erweichbaren Materials zunächst gehalten. Tritt nun eine unzulässige Erwärmung auf, so erweicht das Material, z.B. ein Lot, und der vorgespannte Kurzschlussbügel kann nun unter Einfluss der Vorspannung in eine zweite Schaltposition wechseln, in der der Kurzschlussbügel das betreffende Bauteil kurzschließt, so dass das Bauteil nicht mehr durch einen Stromfluss weiter erwärmt werden kann.
Aus Funkenstrecken sowie der Hochspannungstechnik sind Schaltstrecken bekannt, die zur Lichtbogenlöschung/-kühlung räumlich begrenzende Löschkammern verwenden. Als Kammerwandmaterialen kommen Kunststoffe, Metalle oder Keramiken zum Einsatz. Nachteilig hieran ist jedoch, dass hierdurch große Bauräume benötigt werden.
Insbesondere für DC-Anwendungen ist die Bereitstellung solcher Schaltvorrichtungen eine Herausforderung. Dabei muss in Bezug auf entstehende Lichtbögen Sorge getragen werden. Es ist dabei festzustellen, dass Lichtbögen auch im Bereich von typischen MSR-Anwendungen bereits ein Problem darstellen.
Zwar wurden bereits Lösungen in der Vergangenheit derlei Vorrichtungen beschrieben, jedoch war es bisher nicht möglich diese kostengünstig herzustellen.
Zudem sind die Bauräume in aller Regel sehr beschränkt, so dass bisherige Vorrichtungen auf Grund Ihrer Größe kaum zur Anwendung kamen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, DC-geeignet Schaltvorrichtungen zur Absicherung von einem oder mehreren elektrischen Bauteilen mittels eines besonders kostengünstigen Herstellungsverfahrens zur Verfügung zu stellen, wobei die erhaltene Vorrichtung auf kleinen Bauräumen bereitgestellt wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zur Herstellung einer DC-geeigneten thermischen Schaltvorrichtung zur Absicherung von einem oder mehreren elektrischen Bauteilen, wobei die Schaltvorrichtung eine Haube aufweist. Das Verfahren weist einen Schritt des Bestückens eines Trägers mit dem einen oder mehreren elektrischen Bauteilen, ein Schritt des Bestückens eines Schaltelementes auf dem Träger, und einen Schritt des Anbringens einer Haube, wobei die Haube zumindest abschnittsweise eine Löschhilfe aufweist, auf.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen
1 einen ersten schematischen Seitenriss einer ersten beispielhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung in einem zu montierenden Zustand,
2 eine erste schematische Aufsicht der ersten beispielhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung in einem nicht ausgelösten Zustand,
3 eine zweite schematische Aufsicht der ersten beispielhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung in einem ausgelösten Zustand,
4 einen ersten schematischen Seitenriss einer zweiten beispielhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung in einem zu montierenden Zustand,
5 eine erste schematische Aufsicht der zweiten beispielhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung in einem nicht ausgelösten Zustand, und
6 eine zweite schematische Aufsicht der zweiten beispielhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung in einem ausgelösten Zustand.
Die 1, 2 und 3 zeigen eine erste beispielhafte Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten und 4, 5 und 6 eine zweite beispielhafte Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten.
Obwohl nachfolgend die Ausführungsformen teilweise getrennt behandelt werden, können die jeweiligen Eigenschaften durch Austausch und / oder Kombination geeignet für den jeweils gewünschten Anwendungsfall zusammengestellt werden.
Gemäß der Erfindung wird eine DC-geeignete thermische Schaltvorrichtung S zur Absicherung von einem oder mehreren elektronischen Bauteilen EC hergestellt.
Hierzu wird zunächst ein Träger P, z.B. eine Platine oder ein Leadframe aus geeignetem Material, mit einem oder mehreren elektrischen Bauteilen EC bestückt.
Weiterhin wird ein Schaltelement SE auf dem Träger P bestückt. Hierbei ist das Schaltelement SE beispielsweise wie gezeigt ein Anschluss an eines der bestückten elektrischen Bauelemente EC. Das andere Ende des Schaltelements SE ist mittels eines thermisch erweichbaren und elektrisch leitfähigen Haftvermittlers S, z.B. ein Lot oder Kleber, mit einem elektrischen Anschluss CT verbunden.
Obwohl die vorgenannten Bestückungsschritte sequentiell angeordnet sind, kann jede andere Abfolge oder gleichzeitige Abfolge je nach Zweckmäßigkeit vorgesehen sein.
Darüber hinaus wird eine Haube H angebracht, wobei die Haube H zumindest abschnittsweise eine Löschhilfe aufweist.
Beispielsweise kann die Haube H als ein Formteil in eine Bohrung B auf dem Träger P eingesteckt werden. Eine alternative Anbringungsmöglichkeit ist beispielhaft in den 4 bis 6 gezeigt. Hier wird die Haube H auf den Träger aufgeschoben.
Beispielsweise kann die Haube H mittels geeigneter Vorsprünge, welche an der Haube H angeformt sind, auf dem Träger P verrastet werden.
Andere, alternative oder zusätzliche, Anbringungsweisen, insbesondere eine Verlötung, sind jedoch hierdurch nicht ausgeschlossen. Insbesondere können die Anbringungsweisen mit anderen Verfahrensschritten, z.B. einer Verlötung der Bauteile EC kombiniert sein, um so das Herstellungsverfahren zeiteffizient und kostengünstig zu gestalten.
Eine solche Bestückung einer Haube H ist kostengünstig in den Fertigungsprozess integrierbar. Da die Haube H abschnittsweise eine Löschhilfe enthält, kann nun im Schaltfall ein entstehender Lichtbogen, der bei einer DC-Anwendung in aller Regel nicht ohne weiteres gelöscht werden kann, unterbrochen werden, wie im folgenden dargestellt werden wird.
Das Schaltelement SE ist, wie in 2 und 5 gezeigt, unter einer mechanischen Vorspannung F im Einsatz. Die Vorspannung F kann zum einen bereits zum Montagezeitpunkt des Schaltelementes vorhanden sein, oder aber erst zu einem späteren Zeitpunkt durch geeignete Maßnahmen, wie z.B. einem Aktivieren oder Biegen, erreicht werden.
Alternativ oder zusätzlich kann auch ein geeignetes externes Federelement vorgesehen sein.
Tritt im Fehlerfall eine unzulässige Erwärmung des elektrischen Bauelements EC auf, so erweicht der Haftvermittler S. Da das Schaltelement SE unter einer Vorspannung F montiert ist, löst sich nun das Schaltelement SE vom Anschluss CT ab. Es bildet sich dabei kurzfristig ein Lichtbogen. Der Lichtbogen führt zu einer Reaktion der Löschhilfe in der Haube H, die nun mittels Verdrängung und/oder Begasung zu einem Verlöschen des Lichtbogens und damit einer Abtrennung des elektrischen Bauelements EC führt. Dabei begrenzt die Haube H bereits zu Beginn den Raum des Lichtbogens. Dieser Zustand ist in 3 bzw. 6 gezeigt.
Die Haube H kann insbesondere durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden. Diese Herstellungsart ist besonders kostengünstig.
Beispielhafte elektrische Bauelemente EC, die mittels der erfindungsgemäß hergestellten DC-geeigneten thermischen Schaltvorrichtung S geschützt werden können, sind Überspannungsschutzgeräte/ableiter im allgemeinen und insbesondere Halbleiter, beispielsweise Suppressordioden bzw. Varistoren, gasgefüllte Überspannungsableiter, aber auch Widerstände.
Wie in 1 gezeigt ist die Vorrichtung im Montagezustand kraftfrei. Die Montage der Haube H auf einem Träger P kann durch einfaches Bestücken wie in 2 gezeigt erfolgen. Für den Lötprozess ist keine Fixierung oder ein Niederhalter erforderlich. Im Anschluss an die Montage und/oder den Lötprozess kann die Vorrichtung durch die gegenseitige Verrastung von Schaltelement und Federelement aktiviert werden.
Die Löschhilfe ist beispielsweise als Haube H ausgeführt. Die Löschhilfe kann z.B. aus POM (Polyoxymethylen) bestehen. Ein entstehender Schaltlichtbogen führt zu einer Dissoziation des Materials der Löschhilfe und trägt zur Kühlung des Lichtbogens bei.
Hierdurch wird eine höhere Lichtbogenspannung erzielt und eine Löschung des Stroms kann erfolgen.
In der Ausführungsform der 4 bis 6 wird das gleiche Funktionsprinzip verwendet.
Aufgrund der flachen Bauweise mit einer Verlagerung des Schaltelementes SE, im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Trägers P, ist diese Ausführungsform besonders für geringe Bauhöhen geeignet.
Durch die Verwendung eine Haube H, welche zumindest abschnittsweise eine Löschhilfe aufweist, ist es möglich kleine Bauräume zu gewährleisten.
Von besonderem Vorteil ist, dass die Montage der Haube H in einen Surface Mounted Herstellungsprozess integrierbar ist und somit besonders kostengünstig ist.
Durch die Erfindung wird insbesondere auch für DC-Anwendungen im Bereich von typischen MSR-Anwendungen eine kostengünstige und raumoptimierte Lösung bereitgestellt.
Bezugszeichenliste

S: Schaltvorrichtung
EC: Elektrisches Bauteil
H: Haube
P: Träger
SE: Schaltelement
S: Haftvermittler
CT: Anschluss
B: Bohrung
F: Vorspannung

Claims

Verfahren zur Herstellung einer DC-geeigneten thermischen Schaltvorrichtung (S) zur Absicherung von einem oder mehreren elektrischen Bauteilen (EC), wobei die Schaltvorrichtung eine Haube (H) aufweist, aufweisend die Schritte: • Bestücken eines Trägers (P) mit dem einen oder mehreren elektrischen Bauteilen (EC), • Bestücken eines Schaltelementes (SE) auf dem Träger (P), • Anbringen einer Haube (H), wobei die Haube (H) zumindest abschnittsweise eine Löschhilfe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anbringens der Haube (H) eine Verrastung der Haube (H) auf dem Träger aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestückens des Trägers (P) mit dem einen oder mehreren elektrischen Bauteilen (EC) eine Verlötung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestückens des Trägers (P) mit dem Schaltelement (SE) eine Verlötung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin aufweisend den Schritt des Formens der Haube (H) mittels eines Spritzgießens.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anbringens der Haube (H) ein seitliches Aufschieben oder senkrechtes Aufstecken auf den Träger (P) aufweist.