DE102016109962A1

DE102016109962A1 - Verfahren zum Herstellen einer Sicherungseinrichtung und Sicherungseinrichtung

Info

Publication number: DE102016109962A1
Application number: DE102016109962.7A
Authority: DE
Inventors: Rainer Stanglmeier; Matthias Jahn
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2017-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Sicherungseinrichtung (1), bei welchem jeweilige Leiterbahnen (2) mittels eines Schmelzleiters (9) elektrisch leitend miteinander verbunden werden, wobei an einander zugewandten Leiterbahnendabschnitten (6) der Leiterbahnen (2) jeweilige Aussparungen (5) hergestellt werden; jeweilige Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) derart an den Aussparungen (5) angeordnet werden, dass diese die Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) umschließen; die von den Aussparungen (5) umschlossenen Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) aufgeschmolzen und dadurch stoffschlüssig mit den Leitbahnendabschnitten (6) verbunden werden. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Sicherungseinrichtung (1), welche zumindest zwei Leiterbahnen (2) aufweist, die mittels eines Schmelzleiters (9) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Sicherungseinrichtung sowie eine Sicherungseinrichtung der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art.
Sicherungseinrichtungen in Form von Schmelzsicherungen sind an sich bekannt. Bei als Schmelzsicherung ausgebildeten Sicherungseinrichtungen wird durch das Abschmelzen eines Schmelzleiters ein Stromkreis unterbrochen, wenn die Stromstärke einen bestimmten Wert während einer ausreichenden Zeit überschreitet. Derartige Sicherungseinrichtungen werden beispielsweise mit elektrischen Leitungen eines Kfz-Bordnetzes kontaktiert, um derartige Kfz-Bordnetze vor Überlastungen zu schützen.
Eine als Schmelzsicherung ausgebildete Sicherungseinrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer derartigen Sicherungseinrichtung ist beispielsweise in der DE 198 57 299 A1 gezeigt. Zunächst wird ein Substrat aus Kupfer bereitgestellt, welches zwei dickwandige Abschnitte und einen dazwischenliegenden dünnwandigen Abschnitt aufweist. Im dünnwandigen Abschnitt werden Durchgangslöcher hergestellt, wobei anschließend in den hergestellten Durchgangslöchern ein Metall mit einem besonders niedrigen Schmelzpunkt eingesetzt und mit dem restlichen Substrat verschmolzen wird. Anschließend wird ein Teil des dünnwandigen Abschnitts, welcher zwischen den dickwandigen Abschnitten des Substrats liegt, derart herausgestanzt, dass die dickwandigen Abschnitte Kontakte bzw. Leiterbahnen ausbilden, welche durch das zuvor in die Durchgangslöcher eingebrachte Metall mit dem niedrigen Schmelzpunkt miteinander leitend verbunden sind.
Insbesondere bei im Kfz-Bereich, beispielsweise in Kfz-Bordnetzen, eingesetzten Sicherungseinrichtungen kann der Bauraum für derartige Sicherungseinrichtungen relativ beschränkt sein. Zum einen sollten derartige Sicherungseinrichtungen also relativ kompakt ausgebildet sein und zum anderen sollte zusätzlich aber auch zuverlässig sichergestellt werden können, dass derartige als Schmelzsicherung ausgebildete Sicherungseinrichtungen zuverlässig auslösen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Sicherungseinrichtung und eine Sicherungseinrichtung bereitzustellen, mittels welchen eine besonders zuverlässige Auslösung einer derartigen Sicherungseinrichtung bei gleichzeitig besonders kompakten Abmaßen der Sicherungseinrichtung ermöglicht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Sicherungseinrichtung sowie durch eine Sicherungseinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Sicherungseinrichtung werden jeweilige Leiterbahnen mittels eines Schmelzleiters elektrisch leitend miteinander verbunden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass an einander zugewandten Leiterbahnendabschnitten der Leiterbahnen jeweilige Aussparungen hergestellt werden. Jeweilige Längsenden des Schmelzleiters werden dabei derart an den Aussparungen angeordnet, dass diese die Längsenden des Schmelzleiters umschließen. Die von den Aussparungen umschlossenen Längsenden des Schmelzleiters werden anschließend aufgeschmolzen und dadurch stoffschlüssig mit den Leiterbahnendabschnitten verbunden.
Der Schmelzleiter weist dabei eine wesentlich niedrigere Schmelztemperatur auf als die Leiterbahnen. Dabei kann der Schmelzleiter zum Beispiel als Draht, insbesondere Rund- oder Flachdraht, ausgebildet sein. Zudem ist der Schmelzleiter vorzugsweise linear und ggf. flach, etwa durch (Walz-)Plattieren, ausgeformt. Die Leiterbahnen sind vorzugsweise aus Kupfer und der Schmelzleiter besteht aus einem elektrisch leitenden Material, welches eine wesentlich niedrigere Schmelztemperatur als Kupfer aufweist. Die Aussparungen an den einander zugewandten Leiterbahnendabschnitten werden vorzugsweise als Durchgangsöffnungen hergestellt. Die Aussparungen werden hinsichtlich ihrer Formgebung derart in den Leiterbahnendabschnitten hergestellt, dass diese im Wesentlichen der Form der Endabschnitte des Schmelzleiters entsprechen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Schmelzleiter besonders passgenau in die zuvor hergestellten Aussparungen der Leiterbahnendabschnitte eingebracht werden kann. Durch anschließendes Aufschmelzen des entsprechend angeordneten Schmelzleiters wird dieser stoffschlüssig und somit zuverlässig mit den Leiterbahnendabschnitten verbunden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also die Herstellung einer Sicherungseinrichtung ermöglicht, welche zwischen ihren Leiterbahnendabschnitten einen Schmelzleiter aufweist, der die beiden Leiterbahnendabschnitte elektrisch leitend miteinander verbindet. Dadurch, dass der Schmelzleiter in die Aussparungen in den Leiterbahnendabschnitten eingebracht und anschließend stoffschlüssig mit den Leiterbahnendabschnitten verbunden wird, kann eine sehr kompakte Bauweise der Sicherungseinrichtung bei gleichzeitig zuverlässiger Auslösekennlinie der Sicherungseinrichtung sichergestellt werden.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Leiterbahnen auf einem Trägerelement hergestellt und die Aussparungen sowohl an den Leiterbahnendabschnitten als auch an dem darunter angeordneten Trägerelement hergestellt werden. Mit anderen Worten wird vorzugsweise also eine trägerbasierte Schmelzsicherung hergestellt. Bei dem Trägerelement kann es sich beispielsweise um herkömmliches Leiterplattenmaterial in Form von FR-4 oder dergleichen handeln. Dadurch, dass die Leiterbahnen auf dem Trägerelement hergestellt werden, können insbesondere auch komplexere Formen bei den Leiterbahnen auf einfache Weise realisiert werden. Beispielsweise kann zunächst Kupfer auf das Trägerelement aufgebracht und anschließend ein Teil des aufgebrachten Kupfers vom Trägerelement weggeätzt werden, sodass die Leiterbahnen auf dem Trägerelement verbleiben. Nachdem die Leiterbahnen auf dem Trägerelement hergestellt worden sind, werden die Aussparungen sowohl an den Leiterbahnendabschnitten als auch an dem darunter angeordneten Trägerelement hergestellt, beispielsweise indem die Aussparungen sowohl aus den Leiterbahnendabschnitten als auch aus dem darunterliegenden Bereich des Trägerelements herausgestanzt werden. Mit anderen Worten ist also auch möglich, dass die Aussparungen Durchgangsöffnungen durch die Leiterbahnendabschnitte und durch das darunterliegende Trägerelement bilden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zumindest die am Trägerelement hergestellten Aussparungen mit einer metallischen Beschichtung versehen werden. Das Aufschmelzen und stoffschlüssige Verbinden des Schmelzleiters mit den Leiterbahnendabschnitten und dem Trägerelement wird dadurch erheblich begünstigt. Zudem ist es durch diese Maßnahme auch möglich, auf beiden Seiten des Trägerelements Leiterbahnen vorzusehen und diese auf besonders einfache Weise elektrisch leitend mit dem Schmelzleiter zu verbinden. Darüber hinaus wird die Wärmeleitung von den Leiterbahnen über die metallische Beschichtung bis hin zum Schmelzleiter durch die Beschichtung der Aussparungen begünstigt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass als die metallische Beschichtung Kupfer verwendet wird. An sich ist es vorteilhaft, wenn als die metallische Beschichtung dasselbe Material verwendet wird wie bei den Leiterbahnen. Das thermische Verhalten und die Stromleitfähigkeit der metallischen Beschichtung an den Aussparungen und der Leiterbahnen sind dadurch im Wesentlichen identisch, was sich unter anderem positiv auf die Auslöseeigenschaften der als Schmelzsicherung ausgebildeten Sicherungseinrichtung und somit auf ihre Schmelzkennlinie auswirkt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Schmelzleiter flach in den Aussparungen angeordnet und mit dem Trägerelement verlötet wird. Mit anderen Worten wird der Schmelzleiter also plan in den hergestellten Aussparungen angeordnet. Vorzugsweise bildet der Schmelzleiter eine gerade Verbindungslinie zwischen den beiden Leiterbahnendabschnitten, wobei die Längsenden des Schmelzleiters innerhalb der Aussparungen der Leiterbahnendabschnitte aufgenommen und stoffschlüssig mit diesen verbunden werden. Dadurch, dass der Schmelzleiter flach, also plan in den Aussparungen angeordnet und mit dem Trägerelement, vorzugsweise mit der metallischen Beschichtung an den Aussparungen des Trägerelements, verlötet wird, wird der Schmelzleiter besonders platzsparend innerhalb der Sicherungseinrichtung untergebracht. Der Schmelzleiter hat genügend Platz, um entsprechend notwendige Mindestabstände zu dem restlichen Trägerelement und zu einem Gehäuse der Sicherungseinrichtung einzuhalten. Außerdem kann der Schmelzleiter vorzuweisen in jeder Raumlage frei durchhängen und dann durch den Einfluss der Schwerkraft abreißen, ohne das als Platine dienende Trägerelement zu berühren.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Längsenden des Schmelzleiters so tief in den Aussparungen versenkt angeordnet werden, dass der Schmelzleiter die aus den Leiterbahnen und Trägerelement ausgebildete Leiterplatte in Querrichtung der Leiterplatte nicht überragt. Beispielsweise können die Längsenden des Schmelzleiters so tief in den Aussparungen versenkt angeordnet bzw. in diese hineingedrückt werden, dass der Schmelzleiter zumindest bündig mit den Leiterbahnen abschließt, diese also in Querrichtung der Leiterplatte nicht überragt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Längsenden des Schmelzleiters so tief in den Aussparungen versenkt werden, dass die Leiterbahnen in Querrichtung der Leiterplatte den Schmelzleiter etwas überragen. So oder so wird dadurch eine besonders kompakte Bauweise der Sicherungseinrichtung möglich, da die maximalen Querabmessungen der Sicherungseinrichtung nicht durch den eingebrachten Schmelzleiter beeinflusst werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Aussparungen als Presspassungen dimensioniert und die Längsenden des Schmelzleiters vor dem Aufschmelzen in die Aussparungen hineingepresst werden. Mit anderen Worten werden die Aussparungen also derart hergestellt, dass diese etwas enger sind als die Außenabmaße der Längsenden des Schmelzleiters, d.h., dass die Längsenden breiter sind als die Aussparungen. Durch das Hineinpressen der Längsenden des Schmelzleiters in die als Presspassungen dimensionierten Aussparungen erfolgt also eine Kaltverformung der Längsenden des Schmelzleiters, wodurch eine besonders zuverlässige Verbindung zwischen den Längsenden des Schmelzleiters und den Aussparungen hergestellt werden kann. Durch das Hineinpressen der Längsenden des Schmelzleiters wird also dessen Form an die Formgebung der Aussparungen angepasst, sodass die Längsenden des Schmelzleiters vollständig oder zumindest schon größtenteils flächig innerhalb der Aussparungen an entsprechenden Seiten bzw. Wandungen der Aussparungen anliegen. Beim anschließenden Aufschmelzen der Längsenden des Schmelzleiters können diese besonders zuverlässig stoffschlüssig mit den Leiterbahnendabschnitten und gegebenenfalls zusätzlich noch mit den beschichteten Aussparungen im Trägerelement verbunden werden. Alternativ ist es auch möglich, die Aussparungen geringfügig größer als die Längsenden des Schmelzleiters zu dimensionieren, also als Spielpassung, indem die Aussparungen etwas breiter als die Längsenden des Schmelzleiters dimensioniert werden. Dies hätte den Vorteil, dass sich das Einlegen des Schmelzleiters in die Aussparungen einfacher gestaltet, da nur wenig oder gar kein Kraftaufwand dafür notwendig ist. Zudem fallen in diesem Fall die Anforderungen an die Positionierungsgenauigkeit beim Anordnen der Schmelzleiterenden in den Aussparungen relativ gering aus. Vorzugsweise wird ein Gegenhalter unterhalb von den Aussparungen positioniert, wobei die in den Aussparungen angeordneten Längsenden des Schmelzleiters dann beispielsweise mittels eines Stempels auf den Gegenhalter gedrückt und dadurch kaltverformt werden. Infolgedessen breiten sich die Längsenden des Schmelzleiters aus und werden an die Wandungen der Aussparungen angelegt bzw. an diese angepresst. Vorzugweise wird unabhängig von der Art der Passung der Aussparungen immer ein Gegenhalter unterhalb von den Aussparungen angeordnet, bevor die Längsenden des Schmelzleiters in die Aussparungen gepresst bzw. gedrückt werden.
Vorzugsweise werden die Längsenden des Schmelzleiters mittels eines Stempels in die Aussparungen hineingepresst. Dadurch können die Längsenden des Schmelzleiters auf besonders einfache Weise in die Aussparungen eingebracht und an entsprechende Wandungen der Aussparungen angelegt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Aussparungen derart hergestellt werden, dass die Leiterbahnendabschnitte und/oder das Trägerelement die Aussparungen jeweils von drei Seiten umgeben. Beispielsweise können die Aussparungen derart hergestellt werden, dass diese in einer Draufsicht auf die Leiterplatte eine Art U-förmige Aussparung bilden, sodass die Leiterbahnendabschnitte von jeweils drei Seiten der Aussparungen umschlossenen werden. Andere Formgebungen der Aussparungen sind aber ebenfalls möglich, wobei wie bereits erwähnt die Aussparungen hinsichtlich ihrer Formgebung vorzugsweise an die Formgebung der Längsenden des Schmelzleiters angepasst sind, also quasi eine Negativform der Längsenden des Schmelzleiters bilden. Dadurch können die Längsenden des Schmelzleiters auf besonders zuverlässige Weise in die zuvor hergestellten Aussparungen eingepasst bzw. eingepresst werden, um die Längsenden des Schmelzleiters mit den Aussparungen schon einmal mechanisch zu kontaktieren, bevor die Längsenden des Schmelzleiters aufgeschmolzen werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Schmelzleiter aus einem Zinndraht, zum Beispiel einem Rund- oder Flachdraht, abgelängt wird. Der Zinndraht kann beispielsweise in Form eines Endlosmaterials bereitgestellt werden, wobei der gerade jeweils erforderliche Schmelzleiter aus diesem Zinndraht abgelängt also von diesem abgetrennt wird. Dadurch kann der Schmelzleiter auf besonders einfache und kostengünstige Weise bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Schmelzleiter derart hergestellt wird, dass dieser einen aus einem Flussmittel hergestellten Kern einschließt, vorzugsweise vollständig umschließt. Mit anderen Worten wird also ein Zinndraht mit innenliegendem Flussmittel verwendet. Durch das im Schmelzleiter vorhandene Flussmittel kann verhindert werden, dass das eigentliche Schmelzleitermaterial während des Aufschmelzens der Längsenden des Schmelzleiters durch den in der Umgebungsluft enthaltenen Sauerstoff oxidiert wird. Ferner kann durch das Flussmittel auch verhindert werden, dass der Schmelzleiter während des Betriebs, insbesondere wenn der Schmelzleiter durch einen entsprechenden Stromfluss erwärmt wird, oxidiert wird. Statt eines massiven Zinndrahts mit oberflächlich aufgebrachtem Flussmittel wird also vorzugsweise ein Zinndraht mit einer innenliegenden Seele aus Flussmittel verwendet, wobei es sich bei dem Flussmittel beispielsweise um handelsübliches Lötzinn handeln kann. Das innenliegende Flussmittel ist vor Umgebungseinflüssen geschützt und kann auch nicht abbröckeln oder anderweitig verloren gehen. Wenn der Schmelzleiter beginnt, sich zu verflüssigen, also aufzuschmelzen, dann hat sich bereits zuvor das innenliegende Flussmittel verflüssigt und brodelt somit im Inneren des Schmelzleiters, baut einen entsprechenden Innendruck auf und reißt mechanisch das durch An- oder Aufschmelzen teigige oder bereits flüssige Material des Schmelzleiters samt Oxidschicht auf, wodurch der Schmelzleiter bestimmungsgemäß unterbrochen wird. Ferner kann es auch noch vorgesehen sein, dass neben dem Flussmittel auch andere Füllmaterialien im Inneren des Schmelzleiters vorgesehen werden, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als der Schmelzleiter aufweisen. Die Funktion des Schmelzleiters kann auch bei größeren Leitungs- und somit Zinndrahtquerschnitten sichergestellt werden. Insbesondere kann ein besonders zuverlässiger und sicherer Betrieb des Schmelzleiters auch über längere Produktlebensdauern sichergestellt werden, da das Flussmittel vor Umwelteinflüssen abgeschirmt ist und zudem nicht vom Schmelzleiter abgetrennt werden kann. Darüber hinaus ergibt sich eine besonders einfache und somit günstige Fertigung des Schmelzleiters selbst, da nicht nachträglich erst der Schmelzleiter mit einem Flussmittel benetzt werden muss.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zum Aufschmelzen der Längsenden des Schmelzleiters dieser indirekt erwärmt wird, indem Wärme in die Leiterbahnen eingebracht wird. Vorzugsweise wird dicht neben dem Schmelzleiter an den Leiterbahnen Wärme eingebracht, und zwar so dosiert, dass der Schmelzleiter anschmilzt, aber nicht vollständig durchschmilzt. Beispielsweise kann die zum Aufschmelzen der Längsenden des Schmelzleiters erforderliche Wärmeenergie mittels eines Lötkolbens oder auch mittels eines Lasers eingebracht werden, indem der Lötkolben oder der Laser auf die Leiterbahnendabschnitte gerichtet wird, welche die Aussparungen umschließen, in welchen die Enden des Schmelzleiters aufgenommen sind. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die Leiterbahnen einen wesentlich höheren Schmelzpunkt aufweisen als der Schmelzleiter selbst, sodass die Aufschmelzung der Längsenden des Schmelzleiters auf diese Art und Weise wesentlich besser kontrolliert werden kann. Dadurch kann verhindert werden, dass der Schmelzleiter auf unerwünschte Weise vollständig durchschmilzt, was durchaus passieren könnte, wenn die zum Aufschmelzen des Schmelzleiters notwendige Wärmeenergie direkt am Schmelzleiter eingebracht werden würde. Aufgrund des höheren Schmelzpunktes der Leiterbahnen kann also bei der Wärmeeinbringung in die Leiterbahnen eine besonders einfache Prozessführung zum Aufschmelzen der Schmelzleiterenden ermöglicht werden. Insbesondere können die Leiterbahnen dadurch auch einen Teil der in diese eingebrachten Wärme puffern, wodurch sich die Prozessführung beim Aufschmelzen der Schmelzleiterenden vereinfacht.
Die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung umfasst zumindest zwei Leiterbahnen, welche mittels eines Schmelzleiters elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die Leiterbahnen sind dabei auf einem Trägerelement angeordnet, wobei einander zugewandte Leiterbahnendabschnitte der Leiterbahnen sowie das darunter angeordnete Trägerelement Aussparungen aufweisen, welche jeweilige Längsenden des Schmelzleiters umschließen. Die Längsenden des Schmelzleiters sind im Bereich der Aussparungen stoffschlüssig mit den Leiterbahnendabschnitten verbunden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung anzusehen. Vorzugsweise ist der Schmelzleiter linear ausgeformt und zumindest im Wesentlichen plan zu den Leiterbahnen ausgerichtet oder in einer Richtung quer zur Haupterstreckungsebene der Leiterbahnen nach innen versetzt angeordnet, sodass die Sicherungseinrichtung in dieser Querrichtung, also quer zur Haupterstreckungsebene der Leiterbahnen, besonders schmal ausgebildet sein kann. Vorzugsweise ist der Schmelzleiter in Form einer Art geraden Verbindungslinie ausgebildet, welche die Leiterbahnendabschnitte miteinander verbindet. Die Abmaße der Sicherungseinrichtung in Querrichtung werden somit nicht oder kaum durch den Schmelzleiter bestimmt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung sieht vor, dass zwischen den Leiterbahnendabschnitten eine als Freiraum für den Schmelzleiter dienende Durchgangsöffnung im Trägerelement ausgebildet ist, an welche die Aussparungen angrenzen. Sollte während des Betriebs der Schmelzleiter auslösen, also durchschmelzen, so kann dieser aufgrund des Freiraums im Trägerelement in jeder Raumlage frei durchhängen und dann durch den Einfluss der Schwerkraft abreißen, ohne das als Platine dienende Trägerelement zu berühren.
Schließlich ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die am Trägerelement angeordneten Aussparungen mit einer metallischen Beschichtung versehen sind, mit welcher die Längsenden des Schmelzleiters stoffschlüssig verbunden sind. Vorzugsweise handelt es sich bei der metallischen Beschichtung um Kupfer, wobei der Schmelzleiter aus Zinn hergestellt wird. Durch eine entsprechende Wärmeeinbringung kann also der Schmelzleiter an seinen Enden aufgeschmolzen werden, ohne dass die metallische Beschichtung an den Aussparungen des Trägerelements aufschmilzt. Mit anderen Worten ist es dadurch also auf einfache und kontrollierte Weise möglich, den Schmelzleiter mit der metallischen Beschichtung an den Aussparungen zu verlöten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Draufsicht auf eine Sicherungseinrichtung, welche zwei Leiterbahnen aufweist, die auf einem Trägermaterial angeordnet sind, wobei jeweilige einander zugewandte Leiterbahnendabschnitte einander zugewandte Aussparungen aufweisen;
2 eine weitere Draufsicht auf die Sicherungseinrichtung, wobei ein Schmelzleiter der Sicherungseinrichtung an den gegenüberliegend angeordneten Aussparungen der Leiterbahnendabschnitte angeordnet worden ist; und in
3 eine weitere Draufsicht auf die Sicherungseinrichtung, wobei jeweilige Längsenden des Schmelzleiters, die von den Aussparungen umschlossen sind, aufgeschmolzen worden und dadurch stoffschlüssig mit den Leiterbahnendabschnitten verbunden worden sind.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Sicherungseinrichtung 1 ist in einer Draufsicht in 1 gezeigt. Die vorliegend dargestellte Sicherungseinrichtung 1 ist noch nicht vollständig fertiggestellt. Die Sicherungseinrichtung 1 umfasst im vorliegend gezeigten Fall zwei aus Kupfer hergestellte Leiterbahnen 2, die auf einem Trägerelement 3 angeordnet sind. Bei dem Trägerelement 3 handelt es sich mit anderen Worten also um eine Art Platine, auf welcher die beiden Leiterbahnen 2 hergestellt worden sind. Zur Herstellung der Leiterbahnen 2 kann beispielsweise zunächst das gesamte Trägerelement 3 mit einer dünnen Kupferschicht versehen werden, wobei anschließend das aufgebrachte Kupfer derart weggeätzt wird, dass nur noch die beiden Leiterbahnen 2 auf dem Trägerelement 3 verbleiben.
Eine als Aussparung oder Freiraum 4 dienende Durchgangsöffnung wird im Trägerelement 3 hergestellt, beispielsweise indem entsprechendes Trägerelementmaterial aus dem Trägerelement 3 herausgestanzt oder anderweitig herausgetrennt wird. Im selben oder in einem separaten Herstellschritt werden als Durchgangsöffnungen ausgebildete Aussparungen 5 an jeweiligen einander zugewandten Leiterbahnendabschnitten 6 und dem darunter angeordneten Trägerelement 3 hergestellt. Durchgangsöffnung bedeutet dabei, dass der Freiraum 4 und die Aussparungen 5 sich vollständig in Querrichtung der Sicherungseinrichtung 1, also entsprechend der vorliegenden Darstellung senkrecht in die Beobachtungsebene hinein, durch diese hindurch erstrecken. Die Aussparungen 5 sind bezogen auf die Hauptstreckungsebene der Sicherungseinrichtung 1 nur halboffen ausgebildet. Die Aussparungen 5 können beispielsweise ebenfalls aus den Leiterbahnen 2 und dem Trägerelement 3 im Bereich der Leiterbahnendabschnitte 6 herausgestanzt oder anderweitig herausgetrennt werden.
Wie zu erkennen, sind die Aussparungen 5 im Wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei jeweilige Seiten 7, bei welchen es sich also um entsprechende Wandungen im Bereich der Aussparungen 5 sowohl an den Leiterbahnen 2 als auch an dem darunter angeordneten Trägerelement 3 handelt, mit einer metallischen Beschichtung 8 aus Kupfer versehen sind. Bei der metallischen Beschichtung 8 handelt es sich mit anderen Worten also um eine Art Kantenmetallisierung aus Kupfer.
In 2 ist die Sicherungseinrichtung 1 in einer weiteren Draufsicht gezeigt, wobei im vorliegend gezeigten Fall ein Schmelzleiter 9, welcher Teil der Sicherungseinrichtung 1 ist, in die Aussparungen 5 eingepresst worden ist. Die als Einfassungen für den Schmelzleiter 9 dienenden Aussparungen 5 im Bereich der einander zugewandten Leiterbahnendabschnitte 6 werden dabei als Presspassungen dimensioniert. Das heißt, dass die Aussparungen 5 also enger dimensioniert sind als jeweilige Längsenden 10 des Schmelzleiters 9, welche in die Aussparungen 5 eingesetzt werden. Die Längsenden 10 des Schmelzleiters 9 werden zunächst oberhalb von den Aussparungen 5 positioniert und dann mit einem hier nicht dargestellten Stempel in die Aussparungen 5 hineingepresst. Dadurch, dass die Längsenden 10 breiter sind als die Aussparungen 5 werden die Längsenden 10 während des Einpressvorgangs in die Aussparungen 5 kaltverformt und dadurch zumindest im Wesentlichen bündig an jeweils an den drei Seiten 7, genauer an die aus Kupfer hergestellte metallische Beschichtung 8 der Aussparungen 5 angelegt.
Wie zu erkennen, wird der Schmelzleiter 9 dabei flach in den Aussparungen 5 angeordnet, also plan in die Aussparungen 5 eingesetzt. Die Längsenden 10 des Schmelzleiters 9 werden so tief in den Aussparungen 5 versenkt angeordnet, dass der Schmelzleiter 9 die aus den Leiterbahnen 2 und dem Trägerelement 3 ausgebildete Leiterplatte in Querrichtung der Leiterplatte, also in der vorliegenden Darstellung senkrecht in die Betrachtungsebenen hinein, nicht überragt. Mit anderen Worten wird der Schmelzleiter 9 so weit in die Aussparungen 5 hineingedrückt bzw. hineingepresst, dass der Schmelzleiter 9 in Querrichtung zumindest bündig mit den Leiterbahnen 2 abschließt oder sogar noch etwas versenkt in Bezug auf die Leiterbahnen 2 angeordnet ist. Dabei wird der Schmelzleiter 9 vorzugsweise so mit seinen Längsenden 10 in die Aussparungen 5 hineingepresst, sodass der Schmelzleiter 9 danach weiterhin gerade und nicht etwa gekrümmt ist. In Querrichtung der Sicherungseinrichtung 1 weist der Schmelzleiter 9 also auch nach dem Einpressen der Längsenden 10 eine gerade Form auf und beeinflusst somit die Abmessungen der Sicherungseinrichtung 1 in Querrichtung nicht weiter. Die Dimensionen der Sicherungseinrichtung 1 in Querrichtung werden also nicht durch den eingebrachten Schmelzleiter 9 beeinflusst. Dadurch kann eine besonders kompakte Bauweise der Sicherungseinrichtung 1 in Querrichtung realisiert werden.
In 3 ist die Sicherungseinrichtung 1 in einer weiteren Draufsicht gezeigt, wobei die Längsenden 10 des Schmelzleiters 9 aufgeschmolzen worden sind. Nachdem die Längsenden 10 des Schmelzleiters 9 in die Aussparungen 5 hineingepresst worden sind, werden die von den Aussparungen 5 bzw. von der metallischen Beschichtung 8 umschlossenen Längsenden 10 des Schmelzleiters 9 aufgeschmolzen und dadurch stoffschlüssig mit den Leiterbahnendabschnitten 6 verbunden. Dabei werden die Längsenden 10 stoffschlüssig mit der gesamten metallischen Beschichtung 8, welche im Bereich der Aussparungen 8 hergestellt worden ist, verbunden.
Zum Aufschmelzen des Schmelzleiters 9, genauer zum Aufschmelzen der Längsenden 10 des Schmelzleiters 9, wird der Schmelzleiter 9 nicht direkt sondern nur indirekt erwärmt, indem Wärme in die Leiterbahnen 2 eingebracht wird. Der aus Zinn hergestellte Schmelzleiter 9 weist einen wesentlich niedrigeren Schmelzpunkt als die aus Kupfer hergestellten Leiterbahnen 2 auf. Daher wäre eine direkte Wärmeeinbringung in den Schmelzleiter 9 nur schwer so steuerbar, dass der Schmelzleiter 9 nur an seinen Längsenden 10 anschmilzt aber der Schmelzleiter 9 dabei nicht vollständig durchschmilzt.
Um diesem Problem zu entgegnen, ist es daher vorgesehen, dass die zum Aufschmelzen der Längsenden 10 des Schmelzleiters 9 erforderliche Wärmeenergie durch Wärmeeinbringung in die Leiterbahnen 2 bereitgestellt wird. Dafür wird dicht neben dem Schmelzleiter 9, also dicht an den Längsenden 10 im Bereich der Leiterbahnen 2 Wärme eingebracht, und zwar so dosiert, dass der Schmelzleiter 9 im Bereich seiner Längsenden 10 zwar anschmilzt aber der Schmelzleiter 9 nicht vollständig durchschmilzt. Zur Einbringung der Wärmeenergie kann beispielsweise eine Art als Stempel ausgebildeter Lötkolben verwendet werden, der auf die Leiterbahnen 2 aufgesetzt wird. Alternativ ist es auch möglich, beispielsweise einen Laser zu verwenden, mittels welchem jeweilige Laserstrahlen auf die beiden Leiterbahnen 2 in der Nähe der Längsenden 10 des Schmelzleiters 9 gerichtet werden. Der Ort der Wärmeeinbringung kann beispielsweise 1 bis 3 cm von den Längsenden 10 beabstandet sein. Insbesondere bei der Verwendung eines Lasers ist die üblicherweise matte Oberfläche der Leiterbahnen, da diese aus Kupfer hergestellt sind, von Vorteil. Insgesamt wird also durch die indirekte Erwärmung der Längsenden 10 des Schmelzleiters 9 eine besonders kontrollierte Wärmeeinbringung in den Schmelzleiter 9 und somit ein besonders dosiertes und kontrolliertes Aufschmelzen der Längsenden 10 ermöglicht, sodass die Längsenden 10 zuverlässig mit den Leiterbahnen 2 stoffschlüssig verbunden werden können.
Bei der hier gezeigten Sicherungseinrichtung 1 handelt es sich um eine sogenannte Schmelzsicherung, wobei bei einer ausreichenden Stromstärke über eine entsprechende Dauer der Schmelzleiter 9 aufschmilzt und dadurch die Sicherungseinrichtung 1 auslöst. Die Sicherungseinrichtung 1 weist noch ein hier nicht dargestelltes Gehäuse auf, welches das Trägerelement 3 und die Leiterbahnen 2 von außen umschließt. Die Sicherungseinrichtung 1 kann beispielsweise in einem Kfz-Bordnetz eingesetzt werden, wobei die Sicherungseinrichtung 1 zum Beispiel mit Leitungen des Kfz-Bordnetzes kontaktiert wird, um diese vor thermischer Überlastung zu schützen.
Dadurch dass der Schmelzleiter 9 plan, also flach in die länglichen metallisierten Aussparungen 5 des als Platine dienenden Trägerelements 3 eingelötet wird, hat der Schmelzleiter 9 in Kombination mit der als Freiraum 4 dienenden Durchgangsöffnung genügend Platz, um entsprechend notwendige Mindestabstände zum Trägerelement 3 und dem hier nicht dargestellten Gehäuse der Sicherungseinrichtung 1 einzuhalten.
Während des Einsatzes der Sicherungseinrichtung 1 kann der Schmelzleiter 9 dadurch in jeder Raumlage frei durchhängen und dann durch den Einfluss der Schwerkraft abreißen, ohne das Trägerelement 3 zu berühren.
Aufgrund der beschriebenen Anordnung des Schmelzleiters 9 kann sichergestellt werden, dass eine entsprechende Wärmeabgabe vom Schmelzleiter 9 weder in das Trägerelement 3 noch in das hier nicht dargestellte Gehäuse der Sicherungseinrichtung 1 zu groß wird, da entsprechend notwendige Mindestabstände eingehalten werden können. Durch die Anordnung des Schmelzleiters 9 wird also einer Zerstörung des Gehäusematerials und des Platinenmaterials des Trägerelements 3 durch Hitzeeinwirkung entgegengewirkt. Ferner kann eine wunschgemäße Auslösekennlinie des Schmelzleiters 9 und somit der Sicherungseinrichtung 1 aufgrund der beschriebenen Anordnung des Schmelzleiters 9 besonders zuverlässig sichergestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Sicherungseinrichtung
2: Leiterbahn
3: Trägerelement
4: Freiraum
5: Aussparung
6: Leiterbahnendabschnitt
7: Seite
8: metallische Beschichtung
9: Schmelzleiter
10: Längsende

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19857299 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Sicherungseinrichtung (1), bei welchem jeweilige Leiterbahnen (2) mittels eines Schmelzleiters (9) elektrisch leitend miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass – an einander zugewandten Leiterbahnendabschnitten (6) der Leiterbahnen (2) jeweilige Aussparungen (5) hergestellt werden; – jeweilige Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) derart an den Aussparungen (5) angeordnet werden, dass diese die Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) umschließen; – die von den Aussparungen (5) umschlossenen Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) aufgeschmolzen und dadurch stoffschlüssig mit den Leitbahnendabschnitten (6) verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (2) auf einem Trägerelement (3) hergestellt und die Aussparungen (5) sowohl an den Leiterbahnendabschnitten (6) als auch an dem darunter angeordneten Trägerelement (3) hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die am Trägerelement (3) hergestellten Aussparungen (5) mit einer metallischen Beschichtung (8) versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als die metallische Beschichtung (8) Kupfer verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiter (9) flach in den Aussparungen (5) angeordnet und mit dem Trägerelement (3) verlötet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) so tief in den Aussparungen (5) versenkt angeordnet werden, dass der Schmelzleiter (9) die aus den Leiterbahnen (2) und dem Trägerelement (3) ausgebildete Leiterplatte in Querrichtung der Leiterplatte nicht überragt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (5) als Presspassungen dimensioniert und die Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) vor dem Aufschmelzen in die Aussparungen (5) hineingepresst werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) mittels eines Stempels in die Aussparungen (5) hineingepresst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (5) derart hergestellt werden, dass die Leitbahnendabschnitte (6) und/oder das Trägerelement (3) die Aussparungen (5) jeweils von drei Seiten (7) umgeben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiter (9) aus einem Zinndraht abgelängt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiter (9) derart hergestellt wird, dass dieser einen aus einem Flussmittel hergestellten Kern einschließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufschmelzen der Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) dieser indirekt erwärmt wird, indem Wärme in die Leiterbahnen (2) eingebracht wird.
Sicherungseinrichtung (1), mit zumindest zwei Leiterbahnen (2), welche mittels eines Schmelzleiters (9) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Leiterbahnen (2) auf einem Trägerelement (3) angeordnet sind; – einander zugewandte Leiterbahnendabschnitte (6) der Leiterbahnen (2) sowie das darunter angeordnete Trägerelement (3) Aussparungen (5) aufweisen, welche jeweilige Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) umschließen; – die Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) im Bereich der Aussparungen (5) stoffschlüssig mit den Leiterbahnendabschnitten (6) verbunden sind.
Sicherungseinrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Leitbahnendabschnitten (6) eine als Freiraum (4) für den Schmelzleiter (9) dienende Durchgangsöffnung im Trägerelement (3) ausgebildet ist, an welche die Aussparungen (5) angrenzen.
Sicherungseinrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die am Trägerelement (3) angeordneten Aussparungen (5) mit einer metallischen Beschichtung (8) versehen sind, mit welcher die Längsenden (10) des Schmelzleiters (9) stoffschlüssig verbunden sind.