DE102013205272A1 - Electronic module - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe (1), umfassend eine Leiterplatte (2), ein Hochstrombauelement, eine Hochstromleiterbahnsicherung (7) mit mehreren einzelnen als Leiterbahnen auf der Leiterplatte (2) ausgebildeten Sicherungen (5), wobei alle Sicherungen (5) der Hochstromleiterbahnsicherung (7) parallel geschaltet sind und das Hochstrombauelement mit einem gemeinsamen elektrischen Potential kontaktieren.The invention relates to an electronic assembly (1), comprising a printed circuit board (2), a high current component, a high current conductor fuse (7) with several individual fuses (5) designed as conductor tracks on the printed circuit board (2), all fuses (5) High current conductor fuse (7) are connected in parallel and contact the high current component with a common electrical potential.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe mit einem Hochstrombauelement und einer entsprechenden Hochstromsicherung. The present invention relates to an electronic assembly with a high current component and a corresponding high current fuse.

Bei Hochstromanwendungen werden im Stand der Technik herkömmliche Sicherungen, beispielsweise Drahtsicherungen, verwendet. Bei Hochstromanwendungen sind die Sicherungen relativ großbauend, da sie zum einen die hohen Ströme leiten müssen und zum anderen eine relativ große Oberfläche zur Abgabe der entstehenden Wärme bereitstellen müssen. In high current applications, conventional fuses, such as wire fuses, are used in the prior art. In high-current applications, the fuses are relatively large-scale because they have to conduct the high currents on the one hand and on the other hand have to provide a relatively large surface for discharging the heat generated.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 umfasst eine Hochstromleiterbahnsicherung. Die Hochstromleiterbahnsicherung setzt sich zusammen aus mehreren parallel geschalteten einzelnen Sicherungen. Jede der einzelnen Sicherungen wiederum ist eine Leiterbahn auf der Leiterplatte. Der Strom verteilt sich durch eine Parallelschaltung auf die mehreren als Leiterbahnen ausgebildeten Sicherungen. Für die Abgabe der Wärme ist also die Gesamtbreite aller Sicherungen ausschlaggebend. Die Gesamtbreite aller Sicherungen muss groß genug sein, um den gewünschten Arbeitsstrom zu leiten. Durch die Aufteilung des Stroms auf die einzelnen Sicherungen ist es möglich, die einzelne Sicherung so schmal zu bauen, dass die einzelne Sicherung bei überschreiten des Arbeitsstromes, also bei einem Fehlstrom, durchbrennt. Sobald eine der parallel geschalteten Sicherungen durchbrennt, verteilt sich der Strom auf die verbleibenden Sicherungen, so dass diese noch schneller erwärmt werden und ebenfalls durchbrennen. Die erfindungsgemäße Hochstromleiterbahnsicherung kann somit auch als Lawinen-Leiterbahnsicherung bezeichnet werden. Die Hochstromleiterbahnsicherung gemäß vorliegender Erfindung besteht lediglich aus einzelnen Sicherungen, die als Leiterbahnen auf der Leiterplatte ausgebildet sind. Dadurch ist die Hochstromleiterbahnsicherung äußerst kleinbauend und kostengünstig herstellbar. All diese Vorteile werden erreicht durch die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe, umfassend eine Leiterplatte, ein Hochstrombauelement und die auf der Leiterplatte integrierte Hochstromleiterbahnsicherung. Alle Sicherungen der Hochstromleiterbahnsicherung sind parallel zueinander geschaltet und kontaktieren somit das Hochstrombauelement mit einem gemeinsamen elektrischen Potential.The electronic assembly according to the invention with the features of claim 1 comprises a Hochstromleiterbahnsicherung. The Hochstromleiterbahnsicherung is composed of several parallel connected individual fuses. Each of the individual fuses in turn is a conductor track on the circuit board. The current is distributed through a parallel circuit on the multiple formed as traces fuses. For the delivery of heat so the total width of all fuses is crucial. The total width of all fuses must be large enough to pass the desired working current. By dividing the current to the individual fuses, it is possible to build the individual fuse so narrow that the individual fuse blows when the operating current, ie at a fault current, is exceeded. As soon as one of the parallel fuses blows, the current is distributed to the remaining fuses so that they are heated even faster and also burn out. The high-current conductor fuse according to the invention can thus also be referred to as avalanche conductor track fuse. The Hochstromleiterbahnsicherung according to the present invention consists only of individual fuses, which are formed as traces on the circuit board. As a result, the Hochstromleiterbahnsicherung is extremely kleinbauend and inexpensive to produce. All of these advantages are achieved by the electronic assembly according to the invention, comprising a printed circuit board, a high-current component and the high-current conductor track fuse integrated on the printed circuit board. All fuses of Hochstromleiterbahnsicherung are connected in parallel to each other and thus contact the high current component with a common electrical potential.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Hochstromleiterbahnsicherung zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, besonders vorzugsweise zumindest vier, als Leiterbahnen auf der Leiterplatte ausgebildete Sicherungen umfasst. Dadurch kann der Arbeitsstrom auf ausreichend viele einzelne Sicherungen verteilt werden. Die einzelne Sicherung wiederum kann mit einer geringen Breite und Länge ausgebildet werden, so dass ein Durchbrennen bei einem Fehlstrom sichergestellt ist.It is preferably provided that the Hochstromleiterbahnsicherung at least two, preferably at least three, more preferably at least four, formed as traces on the circuit board fuses comprises. As a result, the working current can be distributed to a sufficient number of individual fuses. The individual fuse in turn can be formed with a small width and length, so that a burn-through at a fault current is ensured.

Das Hochstrombauelement und die Hochstromleiterbahnsicherung sind vorzugsweise für einen Arbeitsstrom von mindestens 30 A, vorzugsweise mindestens 50 A, besonders vorzugsweise mindestens 100 A, ausgelegt. Entsprechend dieses Arbeitsstromes werden die Anzahl der einzelnen Sicherungen, die Breite der einzelnen Sicherung und die Länge der einzelnen Sicherung gewählt. The high-current component and the high-current conductor fuse are preferably designed for a working current of at least 30 A, preferably at least 50 A, particularly preferably at least 100 A. According to this working current, the number of individual fuses, the width of each fuse and the length of each fuse are selected.

Vorzugsweise sind die einzelnen Sicherungen auf der Leiterbahn sternförmig angeordnet. Die sternförmig angeordneten Sicherungen laufen insbesondere zu einem mittigen Punkt zusammen. Beispielsweise bei der Verwendung von vier einzelnen Sicherungen sind die sternförmig angeordneten Leiterbahnen jeweils mit einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet. Alternativ zur sternförmigen Anordnung ist vorgesehen, die einzelnen Sicherungen nebeneinander mit, insbesondere parallel zueinander, auf der Leiterbahn anzuordnen. Preferably, the individual fuses are arranged in a star shape on the conductor track. The star-shaped fuses converge in particular to a central point. For example, when using four individual fuses, the star-shaped conductor tracks are each aligned at an angle of 90 ° to each other. As an alternative to the star-shaped arrangement, the individual fuses are arranged side by side with one another, in particular parallel to one another, on the conductor track.

Die Hochstromleiterbahnsicherung ist vorzugsweise als Thermal Pad auf der Leiterplatte ausgebildet. Das Thermal Pad wird auch als Wärmefalle bezeichnet. Durch die Integrierung der Hochstromleiterbahnsicherung in das Thermal Pad ist ein äußerst platzsparender Aufbau auf der Leiterplatte gegeben. The Hochstromleiterbahnsicherung is preferably formed as a thermal pad on the circuit board. The thermal pad is also referred to as a heat trap. The integration of the high-current conductor fuse into the thermal pad results in an extremely space-saving design on the printed circuit board.

Die Ausbildung der Hochstromleiterbahnsicherung als Thermal Pad wird insbesondere wie folgt beschrieben: Auf der Leiterplatte ist eine großflächige Leiterschicht, beispielsweise aus Kupfer oder Gold, ausgebildet. Das Thermal Pad bildet in der großflächigen Leiterschicht einen Lötpunkt oder eine Bohrung für Einpresspins. Der Lötpunkt oder die Bohrung ist lediglich über die mehreren als Leiterbahnen ausgebildeten Sicherungen mit der großflächigen Leiterschicht kontaktiert. Die einzelnen Leiterbahnen der Sicherungen sind dabei insbesondere sternförmig angeordnet, so dass sich zwischen benachbarten Sicherungen nichtleitende Kreissegmente ergeben. Die als Thermal Pad ausgebildete Hochstromleiterbahnsicherung umfasst insbesondere zwei, drei, vier, fünf oder mehr einzelne Sicherungen, je nach verfügbarem Platz und Betriebsstrom.The design of the high-current conductor safety device as a thermal pad is described in particular as follows: On the printed circuit board, a large-area conductor layer, for example made of copper or gold, is formed. The thermal pad forms a soldering point or a hole for press-fit pins in the large-area conductor layer. The soldering point or the hole is only contacted via the plurality of fuses formed as strip conductors with the large-area conductor layer. The individual tracks of the fuses are arranged in particular star-shaped, so that arise between adjacent fuses non-conductive circle segments. The trained as a thermal pad Hochstromleiterbahnsicherung includes in particular two, three, four, five or more individual fuses, depending on the available space and operating current.

Die einzelnen Sicherungen weisen eine Länge und eine Breite auf, wobei die Länge vorzugsweise zumindest das Vierfache der Breite beträgt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Länge das zumindest Sechsfache, besonders vorzugsweise zumindest das Achtfache, der Breite beträgt. Die Länge ist bevorzugt größer als die Breite, um ein Delaminieren der Leiterbahn von der Leiterplatte zu begünstigen. Dieses Delaminieren tritt auf, kurz bevor die Sicherung durchbrennt.The individual fuses have a length and a width, wherein the length is preferably at least four times the width. In particular, it is provided that the length is at least six times, more preferably at least eight times, the width. The length is preferably greater than the width to promote delamination of the trace from the circuit board. This delamination occurs just before the fuse blows.

Das Hochstrombauelement ist vorzugsweise direkt auf der Leiterplatte kontaktiert. Insbesondere wird das Hochstrombauelement über den Lötpunkt oder die Bohrung des Thermal Pads kontaktiert. Die Kontaktierung ist bevorzugt auch für SMD-Hochstrombauelemente oder für eine Kupferschiene ausgebildet. The high current component is preferably contacted directly on the circuit board. In particular, the high-current component is contacted via the soldering point or the bore of the thermal pad. The contacting is preferably also designed for SMD high-current components or for a copper rail.

Alternativ dazu ist es möglich, das Hochstrombauelement als Peripherie an die Leiterplatte anzuschließen.Alternatively, it is possible to connect the high current component as a peripheral to the circuit board.

Bevorzugt ist das Hochstrombauelement als ein Stromwandler ausgebildet.Preferably, the high current component is designed as a current transformer.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 eine erfindungsgemäße elektronische Baugruppe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 an electronic assembly according to the invention according to a first embodiment,

2 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 2 a schematic view of the electronic assembly according to the invention according to the first embodiment,

3 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und 3 a schematic view of the electronic assembly according to the invention according to a second embodiment, and

4 eine erfindungsgemäße elektronische Baugruppe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. 4 an inventive electronic assembly according to a third embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Im Folgenden werden anhand der 1 bis 4 drei Ausführungsbeispiele einer elektronischen Baugruppe 1 beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen.The following are based on the 1 to 4 three embodiments of an electronic module 1 described. Identical or functionally identical components are provided with the same reference numerals in all embodiments.

Gemäß 1 umfasst die elektronische Baugruppe 1 eine Leiterplatte 2. Die Leiterplatte 2 ist mit einer großflächigen Leiterschicht 3 versehen. Auf der Leiterplatte 2 befindet sich ein mittiger Lötpunkt 4. Der Lötpunkt 4 ist lediglich über vier Sicherungen 5 mit der großflächigen Leiterschicht 3 elektrisch leitend verbunden. Die vier Sicherungen 5 sind jeweils als auf der Leiterplatte 2 ausgebildete Leiterbahnen gestaltet. Die einzelnen Sicherungen 5 sind durch nichtleitende Anteile 6 in Form von Kreissegmenten voneinander beabstandet.According to 1 includes the electronic assembly 1 a circuit board 2 , The circuit board 2 is with a large-scale conductor layer 3 Mistake. On the circuit board 2 there is a central soldering point 4 , The soldering point 4 is just over four backups 5 with the large-scale conductor layer 3 electrically connected. The four fuses 5 are each as on the circuit board 2 designed tracks designed. The individual backups 5 are by non-executive interests 6 spaced apart in the form of circle segments.

Die Leiterbahnen der einzelnen Sicherungen 5 weisen jeweils eine Länge 9 und eine Breite 10 auf. Die Länge 9 ist dabei wesentlich größer als die Breite 10. The tracks of the individual fuses 5 each have a length 9 and a width 10 on. The length 9 is much larger than the width 10 ,

Die vier Sicherungen 5 bilden eine als Thermal Pad ausgebildete Hochstromleiterbahnsicherung 7 auf der Leiterplatte 2. The four fuses 5 form a designed as a thermal pad Hochstromleiterbahnsicherung 7 on the circuit board 2 ,

Der Lötpunkt 4 und die großflächige Leiterschicht 3 bilden jeweils einen Anschluss 8. Über einen der beiden Anschlüsse 8 wird ein nicht dargestelltes Hochstrombauelement elektrisch leitend kontaktiert. The soldering point 4 and the large-scale conductor layer 3 each form a connection 8th , About one of the two connections 8th an unillustrated high current component is contacted electrically conductive.

2 zeigt in schematischer Ansicht das Schaltbild zu 1. 2 shows a schematic view of the circuit diagram 1 ,

3 zeigt die elektronische Baugruppe 1 in schematischer Ansicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Wie das zweite Ausführungsbeispiel zeigt, müssen die einzelnen Sicherungen 5 der Hochstromleiterbahnsicherung 7 nicht zwingend sternförmig angeordnet werden. Entscheidend ist, dass über die einzelnen Sicherungen 5 ein Hochstrombauelement an einem der Anschlüsse 8 mit einem gemeinsamen Potential kontaktierbar ist. Dadurch verteilt sich der auftretende Arbeitsstrom über die verwendeten Sicherungen 5. Sobald eine der Sicherungen 5 durchbrennt, erhöht sich der Strom in den verbleibenden Sicherungen 5. Dadurch brennt eine Sicherung 5 nach der anderen durch. 3 shows the electronic assembly 1 in a schematic view according to a second embodiment. As the second embodiment shows, the individual fuses must 5 the Hochstromleiterbahnsicherung 7 not necessarily arranged in a star shape. What matters is that about the individual backups 5 a high current component on one of the connections 8th can be contacted with a common potential. As a result, the working current occurring spreads over the fuses used 5 , Once one of the fuses 5 burns, the current increases in the remaining fuses 5 , As a result, a fuse is burning 5 by the other.

Das Lötpad 4 im ersten Ausführungsbeispiel dient zum Anschluss gedrahteter Bauteile oder einer Kupferschiene. Alternativ kann das Lötpad 4 auch als eine Bohrung für Einpresspins oder für eine SMD Anwendung ausgebildet werden.The solder pad 4 in the first embodiment is used to connect wired components or a copper rail. Alternatively, the solder pad 4 Also be designed as a hole for Einpresspins or for a SMD application.

4 zeigt eine Ausbildung der elektronischen Baugruppe 1 für eine SMD Anwendung. Hier ist das Lötpad 4 über acht Sicherungen 5 mit großflächige Leiterschicht 3 verbunden. 4 shows a design of the electronic module 1 for an SMD application. Here is the solder pad 4 over eight fuses 5 with large conductor layer 3 connected.

Claims (10)

Elektronische Baugruppe (1), umfassend – eine Leiterplatte (2), – ein Hochstrombauelement, – eine Hochstromleiterbahnsicherung (7) mit mehreren einzelnen als Leiterbahnen auf der Leiterplatte (2) ausgebildeten Sicherungen (5), – wobei alle Sicherungen (5) der Hochstromleiterbahnsicherung (7) parallel geschaltet sind und das Hochstrombauelement mit einem gemeinsamen elektrischen Potential kontaktieren.Electronic assembly ( 1 ), comprising - a printed circuit board ( 2 ), - a high-current component, - a high-current conductor fuse ( 7 ) with several individual printed conductors on the printed circuit board ( 2 ) trained fuses ( 5 ), - where all backups ( 5 ) of the Hochstromleiterbahnsicherung ( 7 ) are connected in parallel and Contact the high current device with a common electrical potential. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochstromleiterbahnsicherung (7) zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, besonders vorzugsweise zumindest vier, als Leiterbahnen auf der Leiterplatte (2) ausgebildete Sicherungen (5) umfasst.Electronic assembly according to claim 1, characterized in that the Hochstromleiterbahnsicherung ( 7 ) at least two, preferably at least three, particularly preferably at least four, as conductor tracks on the printed circuit board ( 2 ) trained fuses ( 5 ). Elektronische Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochstrombauteil und die Hochstromleiterbahnsicherung (7) für einen Arbeitsstrom von mindestens 30A, vorzugsweise mindestens 50A, besonders vorzugsweise mindestens 100A, ausgelegt sind.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the high-current component and the Hochstromleiterbahnsicherung ( 7 ) are designed for a working current of at least 30A, preferably at least 50A, particularly preferably at least 100A. Elektronische Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Sicherungen (5) auf der Leiterbahn sternförmig angeordnet sind.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the plurality of fuses ( 5 ) are arranged in a star shape on the conductor track. Elektronische Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochstromleiterbahnsicherung (7) als Thermal Pad auf der Leiterplatte (2) ausgebildet ist.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the Hochstromleiterbahnsicherung ( 7 ) as a thermal pad on the circuit board ( 2 ) is trained. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine großflächige Leiterschicht (3) auf der Leiterplatte (2), wobei das Thermal Pad in der großflächigen Leiterschicht (3) einen Lötpunkt (4) oder eine Bohrung für Einpresspins darstellt, der/die nur über die mehreren als Leiterbahn(en) ausgebildeten Sicherungen (5) mit der großflächigen Leiterschicht (3) kontaktiert ist.Electronic assembly according to claim 5, characterized by a large-area conductor layer ( 3 ) on the printed circuit board ( 2 ), wherein the thermal pad in the large-area conductor layer ( 3 ) a soldering point ( 4 ) or a hole for Einpastepins, the / only on the plurality of formed as a conductor (s) fuses ( 5 ) with the large-area conductor layer ( 3 ) is contacted. Elektronische Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Sicherung (5) eine Länge (9) und eine Breite (10) aufweisen, wobei die Länge (9) zumindest dass 4-fache, vorzugsweise zumindest das 6-fache, besonders vorzugsweise zumindest das 8-fache, der Breite (10) beträgt.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the individual fuse ( 5 ) a length ( 9 ) and a width ( 10 ), the length ( 9 ) at least 4 times, preferably at least 6 times, more preferably at least 8 times, the width ( 10 ) is. Elektronische Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochstrombauelement direkt auf der Leiterplatte (2) kontaktiert ist.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the high-current component directly on the printed circuit board ( 2 ) is contacted. Elektronische Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochstrombauelement als Peripherie an die Leiterplatte (2) angeschlossen ist.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the high-current component as periphery to the circuit board ( 2 ) connected. Elektronische Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochstrombauelement ein Stromwandler ist.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the high-current component is a current transformer.
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WO2024160663A1 (en) 2023-02-01 2024-08-08 BSH Hausgeräte GmbH Fuse device

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