DE102014115588A1

DE102014115588A1 - Sicherungseinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Sicherungseinrichtung

Info

Publication number: DE102014115588A1
Application number: DE102014115588.2A
Authority: DE
Inventors: Rainer Stanglmeier; Michael Wortberg; Alfred Kerber
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: DE202014010528U1; DE102014115588B4

Abstract

Eine Sicherungseinrichtung (1) weist einen elektrisch isolierenden Träger (2), mindestens eine auf dem Träger (2) aufgebrachte erste Leiterbahn (3) und mindestens eine auf dem Träger (2) aufgebrachte zweite Leiterbahn (4) auf, welche Leiterbahnen (3, 4) durch mindestens eine jeweilige Materialverjüngung (5) voneinander beabstandet sind, wobei die Materialverjüngung (5) mittels eines ersten Metallkörpers (8) aus einem niedrigschmelzenden Metall gebrückt ist. Ein Verfahren dient zum Herstellen einer Sicherungseinrichtung (1). Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar in einem Kraftfahrzeug, z.B. einem Pkw, Lkw oder Motorrad, insbesondere zur elektrischen Sicherung eines Bordnetzes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherungseinrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Sicherungseinrichtung. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar in einem Kraftfahrzeug (Pkw, Lkw oder Motorrad), insbesondere zur elektrischen Sicherung eines Bordnetzes.
In heutigen Kfz-Bordnetzen werden elektrische Leitungen über Schmelzsicherungen gegen thermische Überlast geschützt. Allerdings ist die Charakteristik der Schmelzsicherungen eine andere als die der Leitungen. Dies liegt insbesondere daran, dass die Sicherung meist als eine Einschnürung ausgebildet ist, die eine geringere Wärmekapazität besitzt als die Leitung. Dadurch wird eine zu hohe Empfindlichkeit für dynamische Lastspitzen bewirkt, d.h., dass die Schmelzsicherung dafür zu flink auslöst. Auch kann eine Erwärmung der Einschnürung insbesondere durch kurzfristige Lastspitzen zu einer Alterung der Sicherung und zu einer folgenden möglichen Fehlauslösung führen. Je höher der Schmelzpunkt des Auslösebereichs der Sicherung ist, umso höher ist der Wärmeabfluss über die Kontakte. Dies führt dazu, dass solche Sicherungen für stationäre Überlasten eher zu träge reagieren. Damit die Sicherung bei dauerhaften oder stationären Überlasten auslöst, muss nämlich der Schmelzpunkt des Sicherungsmaterials erreicht werden, welcher bei bisher verwendeten Zinkstreifensicherungen ca. 400°C beträgt und bei Kupfer-basierten Sicherungen (z.B. sog. "J-Case-Sicherungen") über 1000°C. Da für hohe Temperaturen aber der Abfluss der Wärme in den Kontakt sehr groß ist, löst die Sicherung u.U. gar nicht aus. Um die Sicherung bei stationären Überlasten sicherer auslösen zu lassen, ist es bekannt, in einem Auslösebereich der Sicherung Zinn (Elementsymbol Sn) auf einen Leiter aus Kupfer (Elementsymbol Cu) aufzugeben, da Zinn einen geringen Schmelzpunkt aufweist, nämlich 231 °C. Mit Schmelzen des Zinns verbindet sich dieses mit dem darunterliegenden Kupferleiter lokal zu einer Cu/Sn-Legierung, welche einen geringeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist und folglich früher durchschmilzt. Jedoch ist eine solche Schmelzsicherung wenig alterungsbeständig, da die Bildung der Legierung bereits bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Zinns einsetzen kann.
DE 10 2006 008 720 A1 offenbart eine Sicherungsvorrichtung mit niedrigem Widerstand, die eine erste Zwischenisolationsschicht, eine zweite Zwischenisolationsschicht und eine freistehende Sicherungselementschicht aufweist, die unabhängig von der ersten Zwischenisolationsschicht und der zweiten Zwischenisolationsschicht ausgebildet ist. Die Sicherungselementschicht enthält eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche und eine Schmelzsicherungsverbindung, die sich zwischen ihnen erstreckt. Die erste Zwischenisolationsschicht und die zweite Zwischenisolationsschicht erstrecken sich an gegenüberliegenden Seiten der freistehenden Sicherungselementschicht und werden miteinander mit der Sicherungselementschicht dazwischen laminiert.
DE 698 18 011 T2 offenbart ein elektrisches Sicherungselement mit: einem flächigen Substrat mit einem Kernbereich und Kontaktbereichen, wobei die Kontaktbereiche benachbart zu Kanten des Substrates angeordnet sind; einem Schmelzleiter, der auf dem Substrat im Kernbereich angeordnet ist; und zumindest einem Widerstandsheizelement, das zum indirekten Beheizen des Schmelzleiters ebenfalls auf dem Substrat im Kernbereich angeordnet ist; wobei das Substrat aus einer Glaskeramik mit einer schlechten Wärmeleitung und einer thermischen Impedanz, die etwa der thermischen Impedanz einer Al₂O₃-Keramik entspricht, besteht.
WO 02/103735 A1 offenbart ein Sicherungsbauelement, das ein elektrisch isolierendes Substrat einer Oberseite, einen auf der Oberseite des Substrats aufgebrachten Dickschicht-Schmelzleiter und eine unmittelbar auf dem Dickschicht-Schmelzleiter und angrenzenden Bereichen der Oberseite des Substrats aufgebrachte Abdeckschicht aus einem elektrisch isolierenden Material guter Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Abdeckschicht enthält vorzugsweise ein Glas mit einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit von mehr als 2 W/(mK). Die Abdeckschicht weist vorzugsweise ein über einem Abschnitt des Schmelzleiters angeordnetes Fenster auf, wobei der in dem Fenster liegende Abschnitt des Schmelzleiters zumindest teilweise von einer lothaltigen Schicht bedeckt ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine alterungsbeständigere, bei kurzen Lastspitzen ausreichend träge auslösende und bei dauerhaften Überlasten ausreichend schnell auslösende elektrische Sicherung bereitzustellen. Diese Sicherung soll insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug (Pkw, Lkw oder Motorrad) vorteilhaft einsetzbar sein, insbesondere zur Sicherung eines Bordnetzes, aber auch zur Verwendung in luftgestützten Fahrzeugen wie einem Flugzeug oder einem Hubschrauber, auf Schiffen usw.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Sicherungseinrichtung, aufweisend einen elektrisch isolierenden Träger, mindestens eine auf dem Träger aufgebrachte erste Leiterbahn und mindestens eine auf dem Träger aufgebrachte zweite Leiterbahn, die durch mindestens eine jeweilige Materialverjüngung voneinander beabstandet, insbesondere voneinander getrennt, sind, wobei die jeweilige Materialverjüngung mittels eines ersten Metallkörpers aus einem niedrigschmelzenden Metall elektrisch gebrückt ist. Im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung kann unter einer Materialverjüngung nicht nur eine Stelle verstanden werden, an der das Material einen kleineren Querschnitt aufweist als anderswo, sondern vielmehr kann der Querschnitt auch null betragen, so dass die Materialverjüngung einer Unterbrechung zwischen zwei Materialteilen entsprechen kann.
So ergibt sich der Vorteil, dass das niedrigschmelzende Metall bzw. der daraus bestehende erste Metallkörper elektrisch in Reihe mit der zugehörigen ersten und zweiten Leiterbahn geschaltet ist und eine Auslösung der Sicherung durch Schmelzen des ersten Metallkörpers folglich besonders genau einstellbar ist. Auf eine Legierungsbildung mit den Leiterbahnen kommt es nicht mehr an. Insbesondere kann nun über die Masse des ersten Metallkörpers eine hohe Wärmekapazität bereitgestellt werden, welche einer Alterung durch kurze Stromspitzen vorbeugt und bei kurzen Stromspitzen träger reagierend einstellbar ist. Durch den niedrigen Schmelzpunkt des ersten Metallkörpers kann die Sicherung bei dauerhaften Überlasten schnell und sicher ansprechen. Durch den niedrigen Schmelzpunkt des ersten Metallkörpers ergibt sich der weitere Vorteil, dass auch temperaturempfindlichere Grundmaterialien des Trägers verwendbar sind. Die Verwendung eines Trägers ergibt den weiteren Vorteil, dass der erste Metallkörper aus dem niedrigschmelzenden und damit typischerweise weichen Metall keinen merklichen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, beispielsweise im Vergleich zu einer Verbindung zweier tragender Drähte über einen ersten Metallkörper.
Der Träger ist insbesondere ein plattenförmiger Träger. Er mag zusammen mit den Leiterbahnen eine Leiterplatte bilden. Der Träger mag einseitig oder beidseitig mit Leiterbanen belegt sein. Er mag die obige Anordnung mit dem mindestens einen ersten Metallkörper an einer oder an beiden Flachseiten aufweisen.
Die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn mögen gleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein, z.B. in Bezug auf ihr Material, ihre Dicke und/oder ihre Breite. Die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn mögen aus Kupfer bestehen. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Leiterbahn(en) eine Dicke zwischen 60 und 250 Mikrometer aufweisen, z.B. von ca. 70, 105, 125 oder 210 Mikrometern.
Die Dicke der Leiterbahnen mag sich dabei danach richten, für welchen Leitungsquerschnitt eine Sicherung ausgelegt sein soll. So werden für Leitungsquerschnitte von über 1,5 mm² typischerweise Leiterbahnen mit einer Dicke von 210 Mikrometern ausgewählt, um die Leiterbahnbreite und somit das Abmaß der Sicherung oder Sicherungseinrichtung möglichst klein halten zu können.
Das niedrigschmelzende Metall weist insbesondere einen Schmelzpunkt auf, welcher niedriger liegt als der Schmelzpunkt des Materials der Leiterbahnen. Das niedrigschmelzende Metall mag insbesondere Zinn oder eine zinnbasierte Legierung sein, beispielsweise eine Legierung mit einem überwiegenden Gewichtsanteil von Zinn mit Beimischungen von Kupfer, Blei, Silber, Bismut und/oder Antimon. Der Zinnanteil mag insbesondere mindestens 60 Gew.-%, insbesondere mindestens 65 Gew.-%, insbesondere mindestens 70 Gew.-%, insbesondere mindestens 80 Gew.-%, insbesondere mindestens 85 Gew.-% betragen. Durch die Wahl des niedrigschmelzenden Metalls lässt sich insbesondere eine Auslösecharakteristik für dauerhafte Überlasten anpassen. Das niedrigschmelzende Metall mag insbesondere Lötzinn sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Auch können Bismut-basierte Legierungen als das niedrigschmelzende Metall verwendet werden. Eine Bismut-basierte Legierung mag einen überwiegenden Anteil an Bismut aufweisen, insbesondere von 50 Gew.-% oder mehr.
Es ist eine Ausgestaltung, dass zumindest eine Materialverjüngung ein Spalt ist, durch welche die zugehörige erste Leiterbahn und zweite Leiterbahn voneinander elektrisch getrennt sind. Der beide Leiterbahnen kontaktierende und deshalb brückende mindestens eine erste Metallkörper stellt dann die einzige direkte elektrische Verbindung zwischen den beiden Leiterbahnen dar. Der durch die beiden Leiterbahnen fließende Strom fließt dann vollständig auch durch den mindestens einen ersten Metallkörper. So lässt sich eine besonders empfindliche Auslösung erreichen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass zumindest eine Materialverjüngung mindestens eine Leiterbahnverengung ist oder aufweist. Die zugehörige erste Leiterbahn und zweite Leiterbahn können dann auch als Leiterbahnabschnitte einer einzigen Leiterbahn verstanden werden, die durch einen verengten Zwischenabschnitt einstückig miteinander verbunden sind. Die Leiterbahnverengung brückt dann bzw. verbindet dann ebenfalls die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn elektrisch, und zwar zusätzlich zu dem mindestens einen ersten Metallkörper. Der mindestens eine erste Metallkörper ist folglich elektrisch parallel zu der mindestens einen Leiterbahnverengung angeordnet. Die Leiterbahnverengung ist so schmal, dass bei einer Stromspitze ein so hoher Strom auch durch den mindestens einen ersten Metallkörper fließt, dass eine sichere Auslösung ermöglicht wird. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass sich für kurze Stromspitzen ein trägeres Auslöseverhalten einstellen lässt. Eine Bildung einer Legierung des Metalls der Leiterbahnverengung mit dem niedrigschmelzenden Metall ist für die Auslösung nicht entscheidend. Der mindestens eine erste Metallkörper mag mit der Leiterbahnverengung in direktem Kontakt stehen, z.B. darauf befestigt sein.
Die Leiterbahnverengung ist insbesondere ein schmaler Steg. Dieser mag z.B. nicht mehr als die Hälfte der Breite einer der beiden Leiterbahnen aufweisen.
Es ist auch eine Weiterbildung, dass die Materialverjüngung mindestens ein die beiden Leiterbahnen direkt kontaktierendes und damit brückendes, elektrisch leitfähiges Verbindungselement aus nicht niedrigschmelzendem Material ist, z.B. ein Drahtstück mit geringem Durchmesser. Das nicht niedrigschmelzende Material weist einen signifikant höheren Schmelzpunkt auf als der erste Metallkörper. Das Verbindungselement mag z.B. aus dem Material der beiden Leiterbahnen bestehen, z.B. aus Metall, z.B. aus Kupfer, und mag z.B. aufgepresst, aufgeklebt oder aufgelötet sein. Das Verbindungselement mag eine zu der Leiterbahnverengung ähnliche Wirkung zeigen. Diese Weiterbildung mag auch als eine zu dem mindestens einen Metallkörper parallele elektrische Brückung einer Materialverjüngung in Form eines Spalts oder einer Leiterbahnverengung angesehen werden. Eine solche Betrachtungsweise mag insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Materialverjüngung als eine Materialverjüngung nur der Leiterbahn(en) oder einer Leiterbahnstruktur angesehen wird.
Es ist zudem noch eine Ausgestaltung, dass sich der erste Metallkörper auf eine freie Flachseite mindestens einer der beiden zugehörigen Leiterbahnen erstreckt. Dies ergibt den Vorteil, dass sich der erste Metallkörper beim Schmelzen durch Überlast über die zugehörigen Leiterbahnen besonders einfach ausbreiten kann. Dies wiederum ermöglicht ein verzugsfreies Unterbrechen bzw. Ansprechen der Sicherung, und zwar auch bei dauernder Überlast. Ein Grund dafür ist, dass dann, wenn der Schmelzpunkt des ersten Metallkörpers erreicht worden ist, sich dessen Material (z.B. getrieben durch die auf ihn einwirkende Schwerkraft und durch Adhäsionskräfte mit der Leiterbahn) auf der Leiterbahn ausbreitet, wodurch sich ein Querschnitt im Bereich der Materialverjüngung verringert, wodurch wiederum eine Stromdichte durch den ersten Metallkörper im Bereich der Materialverjüngung erhöht wird, was wiederum dessen Temperatur erhöht, die eine Viskosität des ersten Metallkörpers verringert, woraufhin dieser noch stärker auf der Leiterbahn zerfließt usw. Dieser Zyklus wird so lange durchgeführt, bis das niedrigschmelzende Material abgeflossen und/oder dort verdampft ist. Bei Vorliegen eines Spalts ist dadurch die Leitungsunterbrechung eingetreten. Bei paralleler Brückung durch nicht niedrigschmelzendes Material (beispielsweise aufgrund einer Leiterbahnverengung oder eines Verbindungselements) ist nach Entfernung des niedrigschmelzenden Materials die Stromstärke so hoch, dass das nicht niedrigschmelzende Material selbst wegschmilzt oder sogar verdampft.
Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass der erste Metallkörper ein praktisch vollständig aufgeschmolzener und dann wieder abgekühlter Metallkörper (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als "Metallpunkt" bezeichnet) ist.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der erste Metallkörper (z.B. ein Lotdepot) ein an der ersten und an der zweiten Leiterbahn nur angeschmolzener Metallkörper ist. Er mag insbesondere seine Ausgangsform zumindest weitgehend beibehalten.
Alternativ mag der erste Metallkörper an den beiden zugehörigen Leiterbahnen auf andere Weise befestigt sein, z.B. angelötet sein, aufgepresst sein und/oder aufgeklebt sein.
Der jeweilige erste Metallkörper mag also insbesondere die zugehörige erste Leiterbahn und zweite Leiterbahn durch direkten Kontakt elektrisch verbinden bzw. brücken. Alternativ mögen zwischen der ersten Leiterbahn und dem ersten Metallkörper und/oder zwischen der ersten Leiterbahn und dem ersten Metallkörper elektrisch leitfähige Zwischenelemente vorhanden sein.
Es ist eine Weiterbildung für den Fall eines Vorliegens eines Spalts, dass sich das niedrigschmelzende Metall bzw. der erste Metallpunkt nur in dem Spalt befindet und folglich nur die Stirnflächen der durch den Spalt getrennten Leiterbahnen kontaktiert. Dies ermöglicht einen besonders kompakten und materialsparenden Aufbau. Bei einer Überlast kann der erste Metallpunkt auf dem Träger abfließen und/oder verdampfen und dadurch eine Leitungsunterbrechung oder ein "Durchbrennen" bewirken.
Es ist auch eine Weiterbildung für den Fall eines Vorliegens eines Spalts, dass eine Spaltbreite mindestens 50 Mikrometer, insbesondere mindestens 100 Mikrometer, insbesondere mindestens 200 Mikrometer, insbesondere mindestens 300 Mikrometer, insbesondere mindestens 400 Mikrometer, insbesondere mindestens 500 Mikrometer, insbesondere mindestens 750 Mikrometer, insbesondere mindestens 1000 Mikrometer, insbesondere auch mehrere Millimeter, beträgt. Es ist noch eine Weiterbildung, dass eine Spaltbreite nicht mehr als fünf Millimeter, insbesondere nicht mehr als vier Millimeter, insbesondere nicht mehr als drei Millimeter, insbesondere nicht mehr als zwei Millimeter, insbesondere nicht mehr als einen Millimeter, insbesondere nicht mehr als 750 Mikrometer, insbesondere nicht mehr als 500 Mikrometer, insbesondere nicht mehr als 400 Mikrometer, insbesondere nicht mehr als 300 Mikrometer, insbesondere nicht mehr als 200 Mikrometer, insbesondere nicht mehr als 100 Mikrometer, aufweist. Besonders vorteilhaft hat sich eine Spaltbreite herausgestellt, die zwischen 100 und 500 Mikrometern beträgt, insbesondere ca. 300 Mikrometer.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass der erste Metallpunkt domartig geformt ist. Dieses Hervorstehen über eine Höhe bzw. Dicke ermöglicht sowohl eine besonders große Masse des niedrigschmelzenden Materials als auch eine für das Zerfließen unter der eigenen Schwerkraft vorteilhafte Höhe. Unter der domartigen Form mag insbesondere eine Form verstanden werden, welche einen umgedreht schalenartige Form aufweist, insbesondere eine kugelkalottenartige Grundform, insbesondere eine halbkugelartige Grundform. Die domartige Form mag auch als eine tropfen- oder linsenförmige Form bezeichnet werden. Die domartige Form mag insbesondere durch eine Oberflächenspannung des niedrigschmelzenden Materials bei einem Erstarren vorgegeben sein.
Der erste Metallkörper, insbesondere der erste Metallpunkt, steht vorzugsweise allgemein über die davon kontaktierten Leiterbahnen hinaus. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass der erste Metallkörper eine Dicke zwischen 0,4 mm und 0,8 mm aufweist, insbesondere zwischen 0,5 mm und 0,7 mm, insbesondere von ca. 0,6 mm. Es hat sich zudem als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass der erste Metallkörper eine Dicke aufweist, die dreimal bis fünfmal so dick ist wie eine Dicke mindestens einer kontaktierten Leiterbahn, insbesondere zumindest ungefähr viermal so dick ist.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass sich auf mindestens einer der beiden Zuleitungen in der Nähe des ersten Metallkörpers mindestens ein zweiter Metallkörper, insbesondere Metallpunkt, befindet, vorteilhafterweise ebenfalls aus einem niedrigschmelzenden Metall, besonders vorteilhaft aus dem gleichen niedrigschmelzenden Metall. Dadurch wird eine thermische Trägheit des ersten Metallkörpers bei kurzzeitigen Lastspitzen weiter erhöht, da der mindestens eine zweite Metallkörper einen Anteil der sonst in den ersten Metallkörper übergehenden Wärme aufnehmen kann. Dies erhöht eine Trägheit bei kurzzeitigen Lastspitzen und bewirkt ein späteres Auslösen, während der mindestens eine zweite Metallkörper praktisch keine Auswirkung auf ein Verhalten des ersten Metallkörpers bei dauerhaften Überlasten aufweist. Der mindestens eine zweite Metallkörper ist dabei über die gemeinsam kontaktierte Leiterbahn mit dem ersten Metallkörper thermisch verbunden (die Leiterbahn dient also als eine thermische Brücke).
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens ein Flüssigmetall-Abzugselement für den ersten Metallkörper an dem Träger angeordnet ist, insbesondere auch auf einer Leiterbahn. Unter einem Flüssigmetall-Abzugselement wird insbesondere ein Element verstanden, das in der Lage ist, seine Oberfläche benetzendes, flüssiges Metall in das Element zu ziehen. Dies mag auch als "Aufsaugen" oder "Absaugen" bezeichnet werden und mag beispielsweise durch Kapillarkräfte erreicht werden, denen das flüssige Metall ausgesetzt ist. Das Flüssigmetall-Abzugselement bewirkt, dass ein zumindest teilweise geschmolzener erster Metallkörper besonders sicher und schnell von der Materialverjüngung abgezogen werden kann.
In einer alternativen Ausgestaltung mag mindestens ein Flüssigmetall-Abzugselement auf dem Träger zwischen einer jeweiligen Leiterbahn und dem ersten Metallkörper angeordnet sein und sie (d.h., die Leiterbahn und den ersten Metallkörper) kontaktieren. Dies ermöglicht eine besonders effektive Absaugung oder Entfernung des durch eine Überlast geschmolzenen ersten Metallkörpers.
Das Flüssigmetall-Abzugselement mag beispielsweise eine Entlötlitze sein.
Es ist eine Ausgestaltung davon, dass das mindestens eine Flüssigmetall-Abzugselement den ersten Metallkörper kontaktiert. So kann ein besonders schneller Abzug bzw. ein besonders schnelles Auslösen des schmelzenden ersten Metallkörpers erreicht werden.
Es ist eine alternative Ausgestaltung davon, dass das mindestens eine Flüssigmetall-Abzugselement zu dem ersten Metallkörper beabstandet ist. So kann ein Abzug des niedrigschmelzenden Metalls verzögert werden, bis der schmelzende erste Metallkörper zu dem Flüssigmetall-Abzugselement geflossen ist.
Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass der Träger eine Bohrung oder ein durchgängiges Loch im Bereich der Materialverjüngung, insbesondere des Spalts, aufweist (die Bohrung also in dem Bereich der Materialverjüngung, insbesondere in den Spalt, mündet). Dadurch kann das Material des ersten Metallkörpers bei Überlast auch durch die Bohrung abfließen, was ein sicheres Auslösen weiter unterstützt. Die Bohrung mag insbesondere mit niedrigschmelzendem Metall gefüllt sein, was ein Aufbringen des ersten Metallkörpers erleichtert. Das in der Bohrung befindliche niedrigschmelzendem Metall mag dem Metall des ersten Metallkörpers entsprechen.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass zumindest die zweiten Metallkörper auf verbreiterten Bereichen der jeweiligen Leiterbahnen angeordnet sind, welche verbreiterten Bereiche auch mindestens eine jeweilige Materialverjüngung, insbesondere einen jeweiligen Spalt, begrenzen können. Allgemein mag ein verbreiterter Bereich ein Bereich der Leiterbahn (insbesondere angrenzend an oder in der Nähe der Materialverjüngung) sein, welcher für die Aufnahme von Metallkörpern geometrisch ausgeprägt ist. Die Bereiche können insbesondere an die Materialverjüngung angrenzende Endbereiche sein. So können ein großflächiger Kontakt und damit ein effektiver Wärmeübergang von dem zweiten Metallkörper zu der Leiterbahn auch bei ansonsten geringer Breite der Leiterbahn erreicht werden.
Die verbreiterten Bereiche der ersten Leiterbahn und der zweiten Leiterbahn können gleich oder unterschiedlich geformt sein.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass der elektrisch isolierende Träger ein übliches Leiterplattenmaterial wie FR4 als sein Grundmaterial aufweist. Dies senkt Kosten und verhindert eine Wärmeabfuhr über die – typischerweise schlecht wärmeleitende – Leiterplatte. Die im Vergleich zu einer Keramik bei in etwa gleicher Wärmekapazität wesentlich schlechtere Wärmeleitung des Trägermaterials ist beispielsweise für die Einstellung einer angepassten Kennlinie günstig. Ein solcher Träger auf herkömmlichem Leiterplatten-Grundmaterial wie FR4 lässt sich aufgrund der niedrigen Schmelztemperatur des ersten Metallkörpers verwenden, da z.B. FR4 bis ca. 300 °C nutzbar ist. Allgemein mag dann ein nicht-keramischer Träger verwendet werden, der einen hohen Glaspunkt von z.B. mehr als 180 °C und/oder eine hohe Zerstörtemperatur von mehr als 300 °C aufweist.
Es ist eine alternative Weiterbildung, dass der elektrisch isolierende Träger Keramik als sein Grundmaterial aufweist. Keramik ist besonders temperaturbeständig und kann z.B. auch mit ersten Metallkörpern verwendet werden, die eine Schmelztemperatur von mehr als 250 °C aufweisen. Die Keramik mag z.B. eine Aluminiumoxid-Keramik sein. Insbesondere bei einer doppelseitigen Belegung der Keramik mit einer metallischen Beschichtung mag z.B. eine DCB("Direct Copper Bonded ")-Struktur verwendet werden. Bei dieser mag insbesondere ein Träger aus Aluminiumoxid-Keramik einseitig oder beidseitig mit mindestens einer Kupferfolie laminiert sein. Leiterbahnen können z.B. durch Ätzen ausgeprägt werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass der plattenförmige Keramikträger eine Dicke zwischen 0,25 mm und 1 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 0,75 mm, aufweist. Seine lateralen Abmessungen mögen z.B. jeweils zwischen 15 mm und 40 mm liegen, z.B. in Form eines Rechtecks mit Kantenlängen von ca. 20 mm und ca. 35 mm.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass mindestens eine Leiterbahn mehr als eine Materialverjüngung, insbesondere mehr als einen Spalt, begrenzt. So lassen sich beispielsweise mehrere unabhängig voneinander arbeitende Sicherungen auf dem gleichen Träger bereitstellen, was einen besonders kompakten Aufbau ermöglicht. Auch lassen sich auf dem gleichen Träger mehrere Sicherungen bereitstellen, die eine gemeinsame Stromleitung nutzen (was im Folgenden auch als "Multifuse" bezeichnet wird.
Auf dem Träger mag also eine gleiche oder eine unterschiedliche Zahl erster und zweiter Leiterbahnen vorhanden sein, die eine jeweilige Materialverjüngung, insbesondere einen jeweiligen Spalt, begrenzen. Es ist eine Ausgestaltung davon, dass genau eine erste Leiterbahn und mehrere zweite Leiterbahnen vorhanden sind und mehrere Materialverjüngungen, insbesondere Spalte, zwischen der ersten Leiterbahn und einer jeweiligen zweiten Leiterbahn durch jeweilige erste Metallkörper gebrückt sind.
Unterschiedliche zweite Leiterbahnen können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein, z.B. eine unterschiedliche Breite, Dicke und/oder Form aufweisen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Sicherungseinrichtung wie oben beschrieben, wobei ein elektrisch isolierender Träger bereitgestellt wird, auf dem mindestens eine erste Leiterbahn und mindestens eine zweite Leiterbahn aufgebracht sind, welche durch eine jeweilige Materialverjüngung, insbesondere Spalt, voneinander beabstandet, insbesondere voneinander getrennt, sind, Lötstopplack so auf den Träger aufgebracht wird, dass die Materialverjüngung und ein jeweils an die Materialverjüngung angrenzender Abschnitt der beiden Leiterbahnen freibleibt, niedrigschmelzendes Metall in diese erste Freibleibung eingebracht wird, um einen ersten Metallpunkt zu bilden, und nach Abkühlen des ersten Metallpunkts der Lötstopplack entfernt wird.
Durch dieses Verfahren wird eine genaue Positionierung und Formgebung der ersten Freibleibung und damit des ersten Metallpunkts ermöglicht, welcher sich bei seiner Aufbringung nur bis zu dem Lötstopplack ausbreiten bzw. fließen kann.
Die erste Freibleibung oder Aussparung in dem Lötstopplack umfasst also zumindest den freibleibenden Abschnitt der Leiterbahnen einschließlich der Materialverjüngung dazwischen. Die erste Freibleibung kann beliebig geformt sein, z.B. kreisförmig, oval, eckig, freiförmig usw.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Lötstopplack so auf den Träger aufgebracht wird, dass mindestens eine von der ersten Freibleibung durch den Lötstopplack getrennte zweite Freibleibung auf zumindest einer der Leiterbahnen erzeugt wird, und niedrigschmelzendes Metall in die mindestens eine zweite Freibleibung eingebracht wird, um einen jeweiligen zweiten Metallpunkt zu bilden. So wird auch eine genaue Positionierung und Form des zweiten Metallpunkts ermöglicht.
Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass als Lötstopplack abziehbarer Lötstopplack verwendet wird. Dieser ist besonders einfach aufbringbar und wieder entfernbar. Jedoch mag der Lötstopplack z.B. auch durch eine mechanische, chemische und/oder thermische Bearbeitung, beispielsweise mittels Laserablation usw., entfernt werden.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass niedrigschmelzendes Metall in Form eines vorgeformten Lotdepots (auch als Lotformteil oder "Solder-Preform" bezeichnet) in die jeweilige Freibleibung eingebracht und dort aufgeschmolzen wird. Das Aufschmelzen kann z.B. in einem Ofen, insbesondere Reflow-Ofen, durchgeführt werden. Die Verwendung vorgeformter Lotdepots weist den Vorteil auf, dass diese automatisierbar gehandhabt werden können, z.B. mittels einer Bestückmaschine, und dass so eine sehr genau definierte Masse an niedrigschmelzendem Metall deponiert werden kann.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
1 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt aus einer noch nicht fertigen Sicherungseinrichtung;
2 zeigt in Draufsicht den Ausschnitt aus 1 mit der nun fertigen Sicherungseinrichtung;
3A bis 3D zeigen als Schnittdarstellung in Seitenansicht anhand eines Ausschnitts mehrere Schritte zum Herstellen einer Sicherheitseinrichtung;
4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht anhand eines Ausschnitts eine Sicherheitseinrichtung bei Überlast;
5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht anhand eines Ausschnitts eine weitere Sicherheitseinrichtung;
6 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht anhand eines Ausschnitts noch eine weitere Sicherheitseinrichtung;
7 zeigt in Draufsicht noch eine weitere Sicherheitseinrichtung und
8 zeigt in Draufsicht noch eine weitere Sicherheitseinrichtung.
1 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt aus einer noch nicht fertigen Sicherungseinrichtung 1. In diesem Zustand zeigt die Sicherungseinrichtung 1 einen plattenförmigen, elektrisch isolierenden Träger 2 aus herkömmlichem Leiterplattenmaterial, hier beispielsweise aus FR4. Der Träger 2 mag einseitig oder beidseitig metallbeschichtet sein. An der hier ausschnittsweise gezeigten Vorderseite des Trägers 2 liegen mindestens eine erste Leiterbahn 3 und mindestens eine zweite Leiterbahn 4 auf, die z.B. mäanderförmig verlaufen können. Die Leiterbahnen 3, 4 sind durch eine Materialverjüngung in Form eines dünnen Spalts 5 voneinander getrennt. Der Spalt 5 mag eine Spaltbreite b von ca. 300 Mikrometern aufweisen. Im Bereich des Spalts 5 weisen die Leiterbahnen 3, 4 jeweils verbreiterte Endbereiche 6 bzw. 7 auf. Die Leiterbahnen 3, 4 bestehen aus Kupfer mit einer Dicke von ca. 0,125 mm.
2 zeigt den Ausschnitt aus 1 mit der nun fertigen Sicherungseinrichtung 1. Im Gegensatz zu 1 ist nun ein erster Metallkörper in Form eines aufgeschmolzenen ersten Metallpunkts 8 aus Lötzinn auf den Spalt 5 und auf die freien Flachseiten oder Oberseiten der beiden Leiterbahnen 3, 4 in der Nähe des Spalts 5 aufgebracht worden. Der erste Metallpunkt 8 brückt also die beiden Leiterbahnen 3, 4 elektrisch.
Auf den verbreiterten Endbereichen 6 bzw. 7 der Leiterbahnen 3 und 4 befinden sich nun jeweils auch zweite Metallkörper in Form aufgeschmolzener zweiter Metallpunkte 9 bzw. 10 aus Lötzinn. Die Metallpunkte 9 und 10 sind so nah an dem ersten Metallpunkt 8 angeordnet, dass sie über die Leiterbahnen 3 bzw. 4 in einem thermischen Kontakt stehen.
Bei einer kurzzeitigen Überlast werden die zweiten Metallpunkte 9 und 10 durch den durch die Leiterbahnen 3 und 4 fließenden Strom nicht wesentlich erwärmt. Hingegen wird der erste Metallpunkt 8, der elektrisch in Reihe mit den Leiterbahnen 3 und 4 geschaltet ist, durch den Stromfluss erwärmt. Die in dem ersten Metallpunkt 8 erzeugt Wärme kann über die Leiterbahnen 3 und 4 zu den zweiten Metallpunkten 9 bzw. 10 abfließen, die als zusätzliche Wärmekapazitäten dienen. Durch die zweiten Metallpunkte 9 bzw. 10 kann folglich die Temperatur in dem ersten Metallpunkt 8 bei kurzzeitiger Überlast etwas abgesenkt werden, so dass eine trägere Auslösung erfolgt. Die Auslösung dieser Sicherungseinrichtung 1 wird genauer weiter unten im Zusammenhang mit 4 erläutert.
Bei langandauernden, aber vergleichsweise geringen Überlasten tragen die zweiten Metallpunkte 9 bzw. 10 jedoch nicht oder nicht wesentlich zur Verschiebung des Auslösezeitpunkts bei, da sich die Sicherungseinrichtung 1 dann praktisch im thermischen Gleichgewicht befindet.
3A bis 3D zeigen als Schnittdarstellung in Seitenansicht anhand eines Ausschnitts mehrere Schritte zum Herstellen einer Sicherheitseinrichtung, z.B. der Sicherheitseinrichtung 1.
In 3A wird eine Leiterplatte 2 bis 4 mit einem zu 1 analogen Aufbau bereitgestellt. Dabei sind die Leiterbahnen 3 und 4 beide an einer Vorderseite des FR4-Trägers angebracht. Eine mögliche Metallisierung der Rückseite ist nicht dargestellt. Die Leiterbahnen 3 und 4 sind teilweise mit Lötstopplack 11 belegt. Jedoch ist ein Bereich (im Folgenden als "erste Freibleibung" 12 bezeichnet) freigeblieben oder freigelegt worden, der zumindest einen Teil des Spalts 5 und einen jeweiligen an den Spalt 5 angrenzenden Abschnitt der Leiterbahnen 3 und 4 einnimmt. Die Verwendung des Lötstopplacks 11 weist unter anderem den Vorteil auf, dass eine sehr genau geformte und positionierte erste Freibleibung 12 erzeugt werden kann.
In einem folgenden, in 3B gezeigten Schritt, wird ein vorgeformtes Lotdepot 13 aus Lötzinn in die erste Freibleibung 12 eingelegt, z.B. auf den Spalt. Die Verwendung vorgeformter Lotdepots 13 weist den Vorteil auf, dass diese automatisierbar gehandhabt werden können, z.B. mittels einer Bestückmaschine, und dass so eine sehr genau definierte Masse an Lötzinn in die erste Freibleibung 12 eingebracht werden kann.
Wie in 3C gezeigt, kann folgend das Lotdepot 13 z.B. mittels eines Reflowprozesses geschmolzen werden. Dabei zerfließt das vorher z.B. würfelförmig bereitgestellte Lotdepot 13 bis zu der durch den Lötstopplack 11 erzeugten Rand der ersten Freibleibung 12. Durch die genaue Abmessung der ersten Freibleibung 12 und die genau definierte Masse des Lötzinns des Lotdepots 13 bildet sich ein domartig geformter erster Metallpunkt 8 mit gut bekannten Ausmaßen. Beispielsweise mag ein Durchmesser durch die erste Freibleibung 12 bestimmt sein. Eine Dicke des ersten Metallpunkts 8 von beispielsweise ca. 0,6 mm lässt sich dann durch Wahl der Masse des Lotdepots 13 genau einstellen. Der Spalt 5 ist dabei ebenfalls durch das Lötzinn gefüllt. Die domartige Form der freien Oberfläche des Lötzinns ist durch die Kohäsion des Lötzinns vorgegeben.
Nach Abkühlen des ersten Metallpunkts 8 wird der Lötstopplack 11 entfernt, was in 3D gezeigt ist. Für ein einfaches Entfernen des Lötstopplacks 11 mag beispielsweise abziehbarer Lötstopplack verwendet werden.
Die in den 3A bis 3D gezeigte Vorgehensweise mag analog zur Bereitstellung der in diesen Figuren nicht dargestellten zweiten Metallpunkte 9 und 10 verwendet werden, wobei dann jedoch kein Spalt 5 genötigt wird, sondern die Metallpunkte 9 und 10 auf einer jeweiligen Leiterbahn 3 bzw. 4 bereitgestellt werden. Die zur Herstellung der zweiten Metallpunkte 9 und 10 erzeugte zweiten Freibleibungen (o. Abb.) sind durch den Lötstopplack 11 von der ersten Freibleibung 12 beabstandet. Die erste Freibleibung 12 und die zweiten Freibleibungen mögen eine gleiche oder eine unterschiedliche Form aufweisen. Die Bereitstellung der Metallpunkte 8 bis 10 mag parallel bzw. in den gleichen Verfahrensschritten durchgeführt werden.
4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht anhand eines Ausschnitts ein Auslösen einer Sicherheitseinrichtung, z.B. der Sicherheitseinrichtung 1, bei Überlast. Hier sind auch die in der Nähe des ersten Metallpunkts 8 aufgebrachten zweiten Metallpunkte 9 und 10 ausschnittsweise dargestellt.
Bei Überlast fließt ein so großer elektrischer Strom durch den ersten Metallpunkt 8, dass sich dieser bis über seinen Schmelzpunkt (z.B. von 231 °C) hinaus erwärmt und so schmilzt. Mit dem Schmelzen breitet sich der erste Metallpunkt 8 über die bisher noch nicht davon benetzte oder kontaktierte Oberfläche der Leiterbahnen 3 und 4 aus und zerfließt also. Zu dem Zerfließen trägt erstens die Schwerkraft des ersten Metallpunkt 8 bei, dessen Höhe durch den nun entfernten Lötstopplack 11 festgelegt war. Zweitens wirken das Kupfer der Leiterbahnen 3 und 4 und das Lötzinn des ersten Metallpunkts 8 adhäsiv aufeinander, so dass die Leiterbahnen 3 und 4 den ersten Metallpunkt 8 'auseinanderziehen' bzw. das Lötzinn über das Kupfer kriecht. Drittens kann der erste Metallpunkt 8 von den ggf. auch zerfließenden zweiten Metallpunkten 9 und 10 kohäsiv angezogen werden, wodurch sich die Metallpunkte 8 (teilweise) und 9 bzw. 8 (teilweise) und 10 vereinigen. Insgesamt wird durch das Zerfließen bewirkt, dass sich ein Strömungsquerschnitt des dann zumindest teilweise flüssigen ersten Metallpunkts 8 verringert, wodurch sich eine Stromdichte durch den ersten Metallpunkt 8 im Bereich des Spalts 5 noch weiter erhöht, was eine Temperatur noch weiter heraufsetzt, wodurch wiederum die obigen Effekte noch weiter verstärkt werden usw. Am Ende dieses sich selbst verstärkenden Ablaufs ist das Lötzinn des ersten Metallpunkts 8 auch aus dem Spalt 5 herausgeflossen und/oder ist zumindest im Bereich des Spalts 5 verdampft (nicht dargestellt). Folglich kommt es zu einer Leitungsunterbrechung zwischen der ersten Leiterbahn 3 und der zweiten Leiterbahn 4, was einem Auslösen der Sicherungseinrichtung 1 entspricht.
5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht anhand eines Ausschnitts eine weitere Sicherungseinrichtung 14. Bei dieser ist in einem Zwischenraum 21 zwischen einer ersten Leiterbahn 15 und einem ersten Metallpunkt 16 sowie zwischen einer zweiten Leiterbahn 17 und dem ersten Metallpunkt 16 jeweils ein Flüssigmetall-Abzugselement in Form einer Entlötlitze 18 bzw. 19 angeordnet. Also sind in einem Spalt zwischen der ersten Leiterbahn 15 und der zweiten Leiterbahn 17 die Entlötlitzen 18 und 19 und in einem Spalt dazwischen der erste Metallpunkt 16 angeordnet.
Folglich fließt der elektrische Strom in Reihe durch die erste Leiterbahn 15, die Entlötlitze 18, den ersten Metallpunkt 16, die Entlötlitze 19 und die zweite Leiterbahn 17, oder umgekehrt. Schmilzt der erste Metallpunkt 16 bei einer Überlast, wird das flüssige Metall, z.B. Lötzinn, in die Entlötlitzen 18 und 19 eingezogen, z.B. durch den Kapillareffekt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Entfernung des Materials des ersten Metallpunkts 16 aus dem Spalt 5 zum sicheren Auslösen der Sicherheitseinrichtung 14 auch dann ermöglicht, wenn sich, wie dargestellt, der erste Metallpunkt 16 im Wesentlichen ganz in dem Spalt 5 befindet und somit praktisch nur Stirnflächen 20 der Leiterbahnen 15 und 17 kontaktiert. Die Entlötlitzen 18 und 19 sind flexibel, so dass durch ihre Biegung eine große Formenvielfalt umsetzbar ist. Die Entlötlitzen 18 und 19 können als Teile (z. B. Endstücke) der ersten bzw. der zweiten Leiterbahn oder als dazu unterschiedliche Komponenten angesehen werden.
In diesem Ausführungsbeispiel als auch in den anderen Ausführungsbeispielen mag der Träger unterhalb des Spalts 5 eine durchgehende Bohrung 29 aufweisen, die z.B. mit Lötzinn 30 gefüllt ist. Bei Überlast schmilzt auch das in der Bohrung 29 befindliche Lötzinn 30, so dass das Lötzinn des ersten Metallpunkts 16 alternativ oder zusätzlich durch die Bohrung 29 abfließen kann.
6 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht anhand eines Ausschnitts noch eine weitere Sicherungseinrichtung 22. Die Sicherheitseinrichtung 22 ist ähnlich zu der in 3D gezeigten Sicherheitseinrichtung 1, wobei nun auf die Leiterbahnen 3 und 4 jeweils ein Flüssigmetall-Abzugselement für den ersten Metallpunkt 8 in Form einer Entlötlitze 23 aufgebracht ist. Die Entlötlitzen liegen auf dem ersten Metallpunkt 8 auf und kontaktieren ihn daher. Die Entlötlitzen 23 bewirken den gleichen Effekt wie die Entlötlitzen 18 und 19, sind aber einfacher aufzubringen. Auf die zweiten Metallpunkte 9 und 10 mag dann verzichtet werden.
7 zeigt in Draufsicht noch eine weitere Sicherungseinrichtung 24. Hier weisen der Träger 2 und die Leiterbahnen 3 und 4 den gleichen Aufbau auf wie bei der Sicherheitseinrichtung 1, wobei sich nun jedoch ein erster Metallpunkt 25 direkt und ganz in dem Spalt 5 zwischen der ersten Leiterbahn 3 und der zweiten Leiterbahn 4 befindet. Auf die verbreiterten Endbereiche 6 und 7 sowie auf die zweiten Metallpunkte 9 und 10 mag verzichtet werden.
8 zeigt in Draufsicht noch eine weitere Sicherungseinrichtung 26. Diese weist mehrere auf einem gemeinsamen Träger 2 aufgebrachte Sicherungsbereiche auf, was auch als "Multifuse" bezeichnet werden kann. Dazu grenzt eine einzige erste Leiterbahn 27 an mehrere, nicht direkt miteinander elektrisch verbundene zweite Leiterbahnen 28 und begrenzt folglich mehrere Spalte 5. Die zweiten Leiterbahnen 28 mögen einzeln oder gruppenweise gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein, z.B. in Bezug auf ihre Breite und/oder Form. Die erste Leiterbahn 27 und eine jeweilige zweite Leiterbahn 28 mögen insbesondere gemäß einem oder mehrerer der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele oder anderer Weiterbildungen ausgestaltet sein, z.B. ähnlich zu der Sicherungseinrichtung 1, und zwar mit einem jeweiligen ersten Metallpunkt 8, 16 oder 25 und mit oder ohne die zweiten Metallpunkte 9 und 10 (nicht dargestellt).
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
So mögen Merkmale der gezeigten Ausführungsbeispiele additiv oder alternativ verwendet werden. Beispielsweise mag eine "Multifuse"-Sicherungseinrichtung mit Entlötlitzen verwendet werden usw.
Auch mögen anstelle von aufgeschmolzenen Metallpunkten andere Metallkörper aus niedrigschmelzendem Metall verwendet werden, z.B. an den Leiterbahnen nur angeschmolzene Lotdepots. So kann auf einen Einsatz von Lötstopplack verzichtet werden.
Ferner mag der Spalt auch durch einen nicht niedrigschmelzenden Metallkörper bzw. ein nicht niedrigschmelzendes Metallvolumen gebrückt sein, beispielsweise durch eine Materialverjüngung in Form einer Leiterbahnverengung oder durch ein Verbindungselement, z.B. aus Kupfer oder Silber.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste

1: Sicherungseinrichtung
2: Träger
3: Erste Leiterbahn
4: Zweite Leiterbahn
5: Spalt
6: Verbreiterter Endbereich
7: Verbreiterter Endbereich
8: Erster Metallpunkt
9: Zweiter Metallpunkt
10: Zweiter Metallpunkt
11: Lötstopplack
12: Erste Freibleibung
13: Lotdepot
14: Sicherungseinrichtung
15: Erste Leiterbahn
16: Erster Metallpunkt
17: Zweite Leiterbahn
18: Entlötlitze
19: Entlötlitze
20: Stirnfläche
21: Zwischenraum
22: Sicherungseinrichtung
23: Entlötlitze
24: Sicherungseinrichtung
25: Erster Metallpunkt
26: Sicherungseinrichtung
27: Erste Leiterbahn
28: Zweite Leiterbahn
29: Bohrung
30: Lötzinn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006008720 A1 [0003]
DE 69818011 T2 [0004]
WO 02/103735 A1 [0005]

Claims

Sicherungseinrichtung (1; 14; 22; 24; 26), aufweisend – einen elektrisch isolierenden Träger (2), – mindestens eine auf dem Träger (2) aufgebrachte erste Leiterbahn (3; 15; 27) und mindestens eine auf dem Träger (2) aufgebrachte zweite Leiterbahn (4; 17; 28), die durch mindestens eine jeweilige Materialverjüngung (5; 21) voneinander beabstandet sind, – wobei die Materialverjüngung (5; 21) mittels eines ersten Metallkörpers (8; 16; 25) aus einem niedrigschmelzenden Metall gebrückt ist.
Sicherungseinrichtung (1; 22; 26) nach Anspruch 1, wobei zumindest eine Materialverjüngung (5) ein Spalt ist.
Sicherungseinrichtung (1; 22; 26) nach Anspruch 1, wobei zumindest eine Materialverjüngung (5) eine Leiterbahnverengung ist.
Sicherungseinrichtung (1; 22; 26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der erste Metallkörper (8) auf eine freie Flachseite mindestens einer der beiden zugehörigen Leiterbahnen (3, 4; 27, 28) erstreckt.
Sicherungseinrichtung (1; 22; 26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Metallkörper (8) ein angeschmolzener oder aufgeschmolzener Metallkörper ist.
Sicherungseinrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (2) eine durchgehende Bohrung (29) im Bereich der Materialverjüngung (5) aufweist.
Sicherungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich auf mindestens einer der beiden Zuleitungen in der Nähe des ersten Metallkörpers (8) mindestens ein zweiter Metallkörper (9, 10) aus dem gleichen niedrigschmelzenden Metall befindet.
Sicherungseinrichtung (14; 22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Flüssigmetall-Abzugselement (18, 19; 23) für den ersten Metallkörper (16; 8) an dem Träger (2) oder an einer Leiterbahn (3, 4) angeordnet ist.
Sicherungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die zweiten Metallkörper (9, 10) auf verbreiterten Bereichen (6, 7) der jeweiligen Leiterbahnen (3, 4) angeordnet sind, die auch mindestens eine jeweilige Materialverjüngung(5) begrenzen.
Sicherungseinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Leiterbahn (27) mehr als eine Materialverjüngung (5) begrenzt.
Sicherungseinrichtung (26) nach Anspruch 10, wobei genau eine erste Leiterbahn (27) und mehrere zweite Leiterbahnen (28) vorhanden sind und mehrere Materialverjüngungen (5) zwischen der ersten Leiterbahn (27) und einer jeweiligen zweiten Leiterbahn (28) durch jeweilige erste Metallkörper (8; 16; 25) gebrückt sind.
Verfahren zum Herstellen einer Sicherungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – ein elektrisch isolierender Träger (2) bereitgestellt wird, auf dem mindestens eine erste Leiterbahn (3) und mindestens eine zweite Leiterbahn (4) aufgebracht sind, welche durch eine jeweilige Materialverjüngung (5) voneinander beabstandet sind, – Lötstopplack (11) so auf den Träger (2) aufgebracht wird, dass die Materialverjüngung (5) und ein jeweils an die Materialverjüngung (5) angrenzender Abschnitt der beiden Leiterbahnen (3, 4) freibleibt, – niedrigschmelzendes Metall (13) in diese erste Freibleibung (12) eingebracht wird, um einen ersten Metallpunkt (8) zu bilden, und – nach Abkühlen des ersten Metallpunkts (8) der Lötstopplack (11) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem – der Lötstopplack (11) so auf den Träger (2) aufgebracht wird, dass mindestens eine von der ersten Freibleibung (12) durch den Lötstopplack (11) getrennte zweite Freibleibung auf zumindest einer der Leiterbahnen (3, 4) erzeugt wird, und – niedrigschmelzendes Metall (13) in die mindestens eine zweite Freibleibung eingebracht wird, um einen jeweiligen zweiten Metallpunkt (9, 10) zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, bei dem niedrigschmelzendes Metall in Form eines vorgeformten Lotdepots (13) in die jeweilige Freibleibung (12) eingebracht und dort aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem als Lötstopplack (11) abziehbarer Lötstopplack verwendet wird.