-
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement für eine Oberflächenmontage, wobei das Bauelement elektrische Kontakte zur Kontaktierung auf einen Schaltungsträger aufweist. Mit diesen Kontakten lässt sich das elektrische Bauelement zu einer elektronischen Baugruppe hinzufügen, auf die die Erfindung ebenfalls bezogen ist. Diese elektronische Baugruppe weist einen Schaltungsträger auf, auf dem eine Schaltung mit mindestens einem solchen elektronischen Bauelement montiert ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Baugruppe der bereits beschriebenen Art.
-
Elektronische Baugruppen unterliegen im Einsatz verschiedenen Umwelteinflüssen. Diese begrenzen die Lebensdauer solcher elektronischen Baugruppen. Die Umwelteinflüsse können je nach Einsatz vielfältig sein. Überwiegend treten thermische und mechanische aber auch chemische bzw. elektrochemische Belastungen auf, die durch Betrieb und Ruhephase sowie durch Wetter bzw. Klima und andere Umweltfaktoren beeinflusst werden.
-
Diese die Zuverlässigkeit beeinflussenden Faktoren müssen bei der Auslegung der elektronischen Baugruppe berücksichtigt werden, damit das Produkt die Funktion in einem zu definierenden Zeitintervall zuverlässig zur Verfügung stellen kann. Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen müssen überdies Sicherheiten gegen einen Ausfall realisiert werden. Dies kann beispielsweise durch den Aufbau von Redundanzen erreicht werden, so dass bei Ausfall eines Bauelements ein redundantes Bauelement zum Einsatz kommen kann. Dies bedeutet jedoch, dass die elektronische Baugruppe sich verteuert, da sicherheitsrelevante Bauelemente doppelt vorgesehen werden müssen. Eine andere Möglichkeit ist eine Überdimensionierung der Bauteile. Diese müssen dann ohne technische Notwendigkeit lange vor dem Ablauf ihrer Lebensdauer ausgetauscht werden, um eine genügende Sicherheit gegen den Ausfall zu gewährleisten. Auch in diesem Fall erhöhen sich die Kosten für die elektronische Baugruppe, da die überdimensionierten Bauelemente teurer sind.
-
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein elektrisches Bauelement anzugeben, welches das Risiko eines unerwarteten Ausfalls einer elektronischen Baugruppe reduziert, wobei die mit der Erhöhung der Sicherheit gegen einen Ausfall der elektronischen Baugruppe verbundenen Kosten möglichst gering gehalten werden sollen.
-
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Bauelement erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Bauelement eine mechanische Sollbruchstelle aufweist, die in eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Kontakten integriert ist, derart, dass ein Versagen der Sollbruchstelle zu einer Trennung der elektrischen Verbindung führt. Die Trennung der elektrischen Verbindung erfolgt somit erfindungsgemäß durch einen Bruch, der durch eine mechanische Belastung provoziert werden kann. Da das Verschleißelement eine bestimmte Masse aufweist, ist es als Trägheitselement aufzufassen, wobei die Sollbruchstellen durch die Belastung aufgrund der Trägheit des elektrischen Bauelements bei einer bestimmten mechanischen Belastung brechen. Die Trennung der elektrischen Verbindung lässt sich vorteilhaft detektieren und zeigt ein Ereignis einer mechanischen Belastung oberhalb eines durch die Eigenschaften des Verschleißelements definierten Werts an. Hierdurch ist vorteilhaft eine Interpretation derart möglich, dass eine mechanische Belastung detektiert wurde, die für die elektronische Baugruppe, auf der das erfindungsgemäße Bauelement verbaut wurde, zu groß ist. Eine zu große mechanische Belastung ist dadurch definiert, dass diese die Gefahr birgt, dass die elektronische Baugruppe durch eine mechanische Beschädigung in ihrer Funktion beeinträchtigt werden könnte. Insbesondere für sicherheitsrelevante elektronische Baugruppen ist dies wichtig, damit diese entweder einer Untersuchung hinsichtlich ihrer Funktionstauglichkeit unterworfen werden können oder ausgewechselt werden knnen, wenn eine übermäßige mechanische Belastung aufgetreten ist. Diese kann beispielsweise darin bestehen, dass ein Gerät mit der elektronischen Baugruppe herunterfällt und auf den Boden aufschlägt.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sollbruchstelle aus mindestens zwei Anschlussbeinen besteht, welche von dem Bauelement abragen und die elektrischen Kontakte zur Verbindung mit dem Schaltungsträger ausbilden. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft eine Bauform, bei der die Anschlussbeine auf dem Schaltungsträger säulenartig nach oben abstehen, wobei an den Enden dieser Säulen das elektrische Bauelement aufgrund seiner Trägheitseigenschaften einen Massekörper ausbildet, der bei Stößen oder dergleichen eine mechanische Belastung auf die Sollbruchstellen ausübt. Ist diese Belastung zu groß, bricht das elektrische Bauelement ab, wodurch die Sollbruchstellen versagen und dies wegen der Trennung der elektrischen Verbindung zu einem elektrisch messbaren Ereignis führt.
-
Wenn die Sollbruchstelle aus genau zwei Anschlussbeinen besteht, hat dies außerdem den Vorteil, dass hierdurch eine Vorzugsrichtung definiert wird, in der das elektrische Bauelement bricht. Diese Vorzugsorientierung befindet sich senkrecht zu einer Ebene, in der die beiden Anschlussbeine liegen, da diese mechanisch besonders empfindlich ist. Die dazu rechtwinklig ausgerichtete Belastungsrichtung ist demgegenüber besonders stabil, weil in dieser Belastungsrichtung die Anschlussbeine hintereinander liegen und daher nicht auf Biegung, sondern auf Zug und Druck beansprucht werden. Diese Belastung ist wesentlich geringer, als die Biegebelastung, die rechtwinklig hierzu auftritt.
-
In Belastungsrichtungen, die zwischen diesen beiden extremen Belastungsrichtungen liegen, treten jeweils sowohl Zug- und Druckkräfte als auch Biegebeanspruchungen in den Kontaktbeinen auf. Die Biegebeanspruchung ist damit jedoch geringer, als in der oben bereits erwähnten Vorzugsorientierung. Natürlich kann bei genügend hohen Belastungen auch in diesen Richtungen ein Bruch der Sollbruchstellen provoziert werden, wobei die Belastungen dann auch für die elektronische Baugruppe zu hoch waren, weswegen der Ausfall auch angezeigt werden kann.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sollbruchstelle aus einem ein Sprödverhalten aufweisenden Werkstoff, insbesondere Silizium, einem Glas oder einer Keramik bestehen. Als Sprödverhalten im Sinne dieser Erfindung soll ein Bruchverhalten gelten, bei dem der Bruch nahe der Elastizitätsgrenze stattfindet. Dies ist das Gegenteil eines duktilen Werkstoffverhaltens, bei dem sich der Werkstoff in einem großen Maße plastisch verformen kann und hierbei mechanische Energie aufnehmen kann. Anders ist dies bei einem Sprödverhalten des Werkstoffs, bei dem lediglich eine elastische Verformung stattfinden kann und dann bei einer Überlastung ein plötzlicher Bruch erfolgt, wobei vor dem Bruch keine oder zumindest nur eine geringe plastische Verbiegung auftritt. Mit anderen Worten ist das Maß, in welchem Umfang eine mechanische Belastung durch das elektrische Bauelement ertragen werden kann, dadurch gegeben, dass sich Sollbruchstellen bis zu einem gewissen Grad elastisch verformen können, bevor diese brechen. Wird die mechanische Belastung überschritten, sind die Reserven für eine elastische Deformation der Sollbruchstellen aufgebraucht, weswegen es zu einem Bruch kommt.
-
Die Werkstoffe, die ein Sprödverhalten aufweisen, sind vorzugsweise Silizium, ein Glas oder Keramik. Diese Werkstoffe lassen sich vorteilhaft einfach in einem großtechnischen Umfang verarbeiten. Sie sind wenig korrosionsanfällig, weswegen ihre mechanischen Eigenschaften sich auch dann nicht oder nur wenig verändern, wenn die elektronische Baugruppe schädlichen Umwelteinflüssen (chemischer oder elektrochemischer Natur) ausgesetzt sind. Hierdurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass über den Zeitraum der Benutzung der elektronischen Baugruppe ein konstantes mechanisches Verhalten garantiert werden kann, um zuverlässige Indikatoren für eine mechanische Überlastung realisieren zu können.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der das Sprödverhalten aufweisende Werkstoff mit einer elektrisch leitenden Komponente kombiniert ist. Die Kombination ermöglicht es vorteilhaft, dass der Werkstoff, der die Eigenschaften der Sollbruchstelle definiert, nicht elektrisch leitend sein muss. Dies ermöglicht, wie bereits erwähnt, die Auswahl von Werkstoffen wie Silizium, Glas oder Keramik, wobei es bei diesen Materialgruppen sehr viele nicht leitende Varianten gibt. Unter einer Kombination mit einem elektrisch leitenden Werkstoff ist gemeint, dass diese elektrisch leitende Komponente die Schaffung der elektrischen Verbindung oder mit anderen Worten eines elektrischen Stromkreises ermöglicht, so dass ein Bruch der Sollbruchstelle zu einer Trennung dieser elektrischen Verbindung führen kann.
-
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann beispielsweise vorgesehen werden, dass die elektrisch leitende Komponente als metallische Beschichtung auf dem das Sprödverhalten aufweisenden Werkstoff ausgeführt ist. Diese metallische Beschichtung leitet den Strom entlang der Sollbruchstelle (beispielsweise der Kontaktbeine), wobei eine sehr dünne metallische Beschichtung bereits ausreicht, da die elektrische Verbindung keine hohen elektrischen Leistungen übertragen muss. Es ist lediglich ein Strom notwendig, der es ermöglicht, ein Versagen der Sollbruchstellen und damit eine Trennung der elektrischen Verbindung zu detektieren.
-
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bauelement einen massiven Grundkörper aufweist, an dem die Sollbruchstelle, insbesondere in Form von Anschlussbeinen, befestigt ist. Hierdurch ist eine besonders kompakte Bauform ermöglicht, weil der massive Grundkörper bei geringem Volumen eine große Masse aufweisen kann. Insbesondere kann der Grundkörper aus einem metallischen Werkstoff oder einem anderen elektrisch leitfähigen Werkstoff ausgebildet sein. Die Kontaktbeine ermöglichen weiterhin eine Montage des elektrischen Bauelements mit gebräuchlichen Verfahren der Elektronikmontage, insbesondere der Oberflächenmontage (SMT, d. h. Surface Mounted Technology).
-
Das Trägheitselement, das durch den massiven Grundkörper ausgebildet ist, weist eine definierte Masse auf, und kann außerdem, wenn es aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff besteht, gleichzeitig die elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlussbeinen erzeugen. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, dass das durch den Grundkörper gebildete Trägheitselement aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff besteht, wobei eine äußere elektrisch leitfähige Beschichtung oder ein innen liegender Leiter die Kontaktbeine miteinander verbindet. Auf jeden Fall ist es auf der Grundlage einer definierten Masse möglich, eine effektive Bruchlast (aufgrund bestimmter Beschleunigungswerte) vorherzusehen, so dass das elektrische Bauelement zur Detektierung bestimmter mechanischer Überbeanspruchungen verwendet werden kann. Auf diesem Wege lassen sich vorteilhaft elektrische Bauelemente mit unterschiedlichen beanspruchsabhängigen Bruchlasten erzeugen, die je nach Anwendungsfall ausgewählt werden können, um auf elektronischen Baugruppen zur Detektion bestimmter mechanischer Beanspruchungen herangezogen zu werden.
-
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere einem metallischen Werkstoff besteht, wobei die elektrische Verbindung durch den Grundkörper mit gebildet ist. Der Grundkörper ist damit aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff ausgebildet, der insbesondere metallisch sein kann. Die elektrische Verbindung wird durch diesen Grundkörper mit gebildet. Dies soll bedeuten, dass der Strom, der durch die elektrische Verbindung geleitet werden soll, zumindest teilweise auch durch den Grundkörper geleitet wird, der beispielsweise die Kontaktstrukturen, die an diesen Grundkörper angreifen und die Sollbruchstellen bilden, miteinander verbindet.
-
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrischen Kontakte zur Ausbildung einer Lötverbindung vorgesehen sind. Dies ermöglicht vorteilhaft die Montage des elektrischen Bauelements mittels für Oberflächenmontage üblichen Montageverfahren. Insbesondere kann das elektrische Bauelement mit anderen Bauelementen, die zusammen die elektronische Schaltung bilden, gemeinsam verarbeitet werden, da diese ebenfalls nach den gängigen Methoden der Oberflächenmontage auf einem gemeinsamen Schaltungsträger montiert werden.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrischen Kontakte, mit denen die Lötverbindung geschlossen werden soll, mit einem Lotwerkstoff vorbelotet sind. Die Vorbelotung kann beispielsweise durch eine Beschichtung des Kernbereiches des Kontaktes aus dem spröden Werkstoff erfolgen. Der Lotwerkstoff kann dann zur Ausbildung der Lötverbindung herangezogen werden. Dies vereinfacht vorteilhaft die Montage des elektrischen Bauelements auf einen Schaltungsträger, da dieser zwecks Montage des elektrischen Bauelements nicht mit Lotwerkstoff versehen werden muss. Vielmehr stellt das elektrische Bauelement selbst die notwendige Menge an Lotwerkstoff zur Verfügung. Dieses kann beispielsweise auf den Kontaktbeinen aufgetragen werden, welche insbesondere nach der Methode der sogenannten Durchsteckmontage auf dem Schaltungsträger montiert werden. Zu diesem Zweck hat der Schaltungsträger Bohrungen, durch die die Kontaktbeine hindurchgesteckt werden. Das Lot, welches entweder, wie bereits erwähnt, vorteilhaft auf den Kontaktbeinen vorbelotet sein kann, oder in anderer Weise, beispielsweise durch Wellenlöten in die Bohrungen mit den durchgesteckten Kontaktbeinen eingebracht wird, bildet vorteilhaft eine mechanisch sehr stabile Verbindung zwischen dem Schaltungsträger und den Kontaktbeinen. Diese sind somit auf dem Schaltungsträger gut fixiert, so dass die freie Weglänge der Kontaktbeine, die sich zwischen dem Grundkörper des elektrischen Bauelements und dem Schaltungsträger befindet, als Sollbruchstelle zur Aufnahme der mechanischen Biegebelastung dienen kann.
-
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhaft auch vorgesehen werden, dass die Sollbruchstelle, insbesondere die Kontaktbeine über eine Steckverbindung mit dem Bauelement verbunden ist. Das Bauelement wird vorzugsweise durch die Sollbruchstelle und den oben bereits erwähnten Grundkörper ausgebildet. Zwischen dem Bauelement bzw. Grundkörper und der Sollbruchstelle, die vorzugsweise als Anschlussbein ausgeführt ist, kann über die Steckverbindung eine mechanisch stabile Verbindung erzeugt werden. Besonders vorteilhaft kann diese Verbindung durch eine Lötverbindung ausgebildet werden, welche eine vergleichbare Stabilität aufweist, wie eine Lötverbindung, die zwischen einem Schaltungsträger und der Sollbruchstelle, insbesondere den Kontaktbeinen, geschlossen wird (wie bereits erläutert).
-
Weiterhin wird die oben angegebene Aufgabe mit der bereits erwähnten elektronischen Baugruppe gelöst, welche einen Schaltungsträger aufweist, auf dem eine Schaltung mit mindestens einem elektronischen Bauelement montiert ist. Erfindungsgemäß ist zusätzlich zu dem mindestens einen elektronischen Bauelement ein elektrisches Bauelement vorgesehen, welches in der oben bereits beschriebenen Weise aufgebaut ist, d. h. als elektrisches Bauelement zur Detektion von mechanischen Überbelastungen ausgebildet ist. Die elektronische Baugruppe, die mit einem solchen elektrischen Bauelement ausgestaltet ist, lässt sich hinsichtlich einer mechanischen Überbeanspruchung überwachen, wie dies oben bereits genauer erläutert wurde. Hierdurch lassen sich die oben bereits erläuterten Vorteile erreichen. Insbesondere ist der Vorteil hervorzuheben, dass eine Überwachung der elektronischen Baugruppe dahingehend möglich ist, dass eine mechanische Überlastung der elektronischen Baugruppe aufgrund eines Versagens des elektrischen Bauelements detektiert werden kann. Bei dem elektrischen Bauelement handelt es sich vorteilhaft um ein kostengünstiges Bauteil, welches einfach aufgebaut ist. Hierdurch lassen sich die Fertigungskosten für die elektronische Baugruppe vorteilhaft in Grenzen halten. Da das elektrische Bauelement als Indikator für eine mechanische Überlastung verwendet werden kann, muss die Baugruppe vorteilhaft nicht mit einer hohen Sicherheit gegen mechanische Überbeanspruchungen ausgestattet werden, da eine solche zeitnah angezeigt wird. Dies ermöglicht die Auslegung der elektronischen Baugruppe mit vergleichsweise geringeren Reserven gegenüber einer mechanischen Überbeanspruchung, da diese nach Auftreten einer solchen Zeit auf die Notwendigkeit eines Austausches untersucht werden kann.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der elektronischen Baugruppe ist vorgesehen, dass mehrere elektrische Bauelemente auf dem Schaltungsträger montiert sind, wobei die mit den elektrischen Bauelementen realisierten Sollbruchstellen derart ausgerichtet sind, dass diese bei mechanischen Belastungen der elektronischen Baugruppen in unterschiedlichen Richtungen versagen. Wie bereits erläutert wurde, weisen die elektrischen Bauelemente üblicherweise eine Vorzugsrichtung auf, in der sie besonders empfindlich auf mechanische Belastungen reagieren. Insbesondere bei elektrischen Bauelementen mit zwei Kontaktbeinen ist dies die Richtung, die senkrecht auf der durch die beiden Kontaktbeine gebildeten Ebene stehen. Werden die elektrischen Bauelemente nun beispielsweise derart ausgerichtet, dass die drei Achsen eines kartesischen Koordinatensytems die drei Vorzugsorientierungen einer zum Versagen führenden mechanischen Belastung bilden, so lässt sich vorteilhaft den elektrischen Bauelementen auch die Richtung der mechanischen Belastung ermitteln. Dies ist auch von Bedeutung, weil die kritischen mechanischen Belastungen der elektronischen Baugruppe in unterschiedlichen Richtungen auch unterschiedlich hoch sein können. Dies lässt sich nun dadurch leicht überwachen, dass je nach Vorzugsorientierung elektrische Bauelemente zum Einsatz kommen können, welche unterschiedlich hohe kritische Belastungen für ein mechanisches Versagen aufweisen.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Verbindung des elektrischen Bauelements oder der elektrischen Bauelemente mit einem oder mehreren Überwachungsstromkreisen verbunden ist, wobei die Überwachungsstromkreise mit einer Überwachungsschaltung verbunden sind. Die Überwachungsschaltung ist somit auch Teil der elektronischen Baugruppe und agiert unabhängig von einer durch die elektronische Baugruppe ausgebildeten Nutzschaltung. Als Nutzschaltung soll im Sinne der Erfindung eine Schaltung verstanden werden, welche den Einsatzzweck der elektronischen Baugruppe bestimmt. Die Überwachungsschaltung ist hingegen eine Schaltung, die lediglich den Zweck einer Überwachung der elektronischen Schaltung erfüllt, ohne dass diese der mit der elektronischen Schaltung verbundenen Anwendung verknüpft ist.
-
Die Überwachungsschaltung ermöglicht vorteilhaft eine Kommunikation beispielsweise mit einer externen Überwachungseinrichtung, die nicht nur die elektronische Baugruppe, sondern ein ganzes Gerät überwachen soll. Außerdem kann die Überwachungsschaltung als Standardbauteil ausgeführt werden, welches auf die zum Einsatz kommenden elektrischen Bauelemente ausgelegt ist. Somit muss die Überwachungsschaltung nicht für jede elektronische Schaltung von Neuem ausgelegt werden, sondern kann gemeinsam mit den ebenfalls standardisierten elektrischen Bauelementen gemeinsam verbaut werden, wobei in Abhängigkeit des Anwendungsfalls aus einem Baukasten von elektronischen Bauelementen und Überwachungsschaltungen die geeignete ausgewählt werden kann.
-
Die Überwachungsschaltung ist im letztgenannten Falle durch einen Mikrocontroller ausgebildet, welcher ebenfalls als elektronisches Bauelement auf der elektronischen Baugruppe montiert werden kann. Selbstverständlich ist es allerdings auch möglich, dass die Überwachungsschaltung als Teil der Nutzschaltung in der elektronischen Baugruppe integriert ist. Diese kommuniziert dann ebenso wie der Mikrocontroller über geeignete Überwachungsschaltkreise mit den besagten elektrischen Bauelementen, damit ein Versagen derselben im Falle einer mechanischen Überbeanspruchung elektrisch ausgewertet werden kann.
-
Zuletzt wird die Aufgabe auch durch das eingangs angegebene Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Baugruppe gelöst, bei dem die elektrische Verbindung in dem elektrischen Bauelement elektrisch überwacht wird und ein Versagen der elektrischen Verbindung die Erzeugung eines Signals auslöst, welches eine mechanische Belastung der elektronischen Baugruppe anzeigt. Dieses Verfahren ist somit dazu geeignet, rechtzeitig ein Versagen des elektrischen Bauelements anzuzeigen, bevor die mechanische Belastung, die es anzuzeigen gilt, zu einem Versagen der elektronischen Baugruppe als Ganzem führt. Auch hier ist somit eine gewisse Sicherheit einzurechnen, damit die mechanische Belastung, die zum Versagen des elektrischen Bauelements führt, nicht die gesamte elektronische Baugruppe zerstört. Vielmehr muss die elektronische Baugruppe stabiler ausgeführt sein, wobei jedoch die Sicherheit des elektrischen Bauelements gegenüber einem Versagen so dimensioniert werden kann, dass ein Versagen der elektronischen Baugruppe bei weiterem Auftreten einer mechanischen Belastung in vergleichbarer Höhe nicht mehr gewährleistet wäre. Dies bedeutet, dass Maßnahmen zeitnah eingeleitet werden müssen, um ein Versagen der elektronischen Baugruppe zu verhindern.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.
-
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
-
Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Bauelements als Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten,
- 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Bauelements im montierten Zustand, geschnitten,
- 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe mit drei Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Bauelements als Seitenansicht und
- 4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe als Aufsicht, anhand dessen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden kann.
-
In 1 ist ein Schaltungsträger 11 dargestellt, auf dem ein elektronisches Bauelement 12 und ein elektrisches Bauelement 13 mit Hilfe der Oberflächenmontage montiert sind. Auf diesem Weg ist eine elektronische Baugruppe 14 realisiert, wobei weitere nicht dargestellte elektronische Bauelemente auf dem Schaltungsträger 12 montiert sein können. Auch die Leiterbahnen, die auf einer durch den Schaltungsträger 11 ausgebildeten Montageseite für das elektrische Bauelement 13 und das elektronische Bauelement 12 zur Verfügung gestellt werden, sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Allerdings sind elektrische Kontakte 16 dargestellt, die als Kontaktbeine des elektrischen Bauelements 13 ausgebildet sind. Diese Kontakte dienen zu einer Kontaktierung des elektrischen Bauelements 13 auf dem Schaltungsträger 11, wobei mittels eines Lotwerkstoffs 17 eine Lötverbindung zwischen den Kontakten 16 und dem Schaltungsträger 11 ausgebildet wird. Der Lotwerkstoff 17 kann in nicht dargestellter Weise vor der Montage des elektrischen Bauelements 13 als Vorbelotung beispielsweise in Form einer Schicht auf den Kontakten 16 ausgebildet sein.
-
Auch das elektronische Bauelement 12 ist mittels Lötverbindungen 18 in Form von Kontaktbumps auf der Montageseite 15 des Schaltungsträgers 11 befestigt.
-
Die Kontakte 16 sind als Sollbruchstelle 19 ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Kontakte bei einer mechanischen Belastung zerstört werden, also mechanisch versagen. Die Kontakte sind deswegen aus einem ein Sprödverhalten aufweisenden Werkstoff 20 ausgebildet. Dieser Werkstoff bildet den Kern der Kontakte, wobei auf diesem Kern eine elektrisch leitende Komponente 21 in Form einer äußeren Beschichtung aufgebracht ist. Über diese elektrisch leitfähige Komponente 21 wird eine elektrische Verbindung 22 ausgebildet, welche von dem einen elektrischen Kontakt über einen Grundkörper 23 aus einem Metall, wie z. B. Kupfer, zu dem anderen elektrischen Kontakt verläuft. Dies ist durch eine strichpunktierte Linie angedeutet. Die Kontakte 16 in Form von Kontaktbeinen sind durch eine Steckverbindung 24 in dem Grundkörper 23 fixiert. Dies ist bei dem elektrischen Bauelement 13 gemäß 1 durch eine Pressverbindung realisiert, kann aber in nicht dargestellter Weise auch durch eine Lötverbindung bewerkstelligt werden (vgl. 2) .
-
Gemäß 2 ist eine weitere Ausgestaltung des elektrischen Bauelements 13 dargestellt. Anders als das elektrische Bauelement 13 gemäß 1 ist es in dem Schaltungsträger 11 durch eine Durchsteckmontage fixiert. Zu diesem Zweck weist der Schaltungsträger 11 eine Durchgangsbohrung 25 auf, durch die die Kontakte 16 hindurch gesteckt werden und anschließend mittels des Lotwerkstoffs 17 fixiert werden. Der Lotwerkstoff 17 kann, wenn die Kontakte nicht vorbelotet sind, durch eine Lötwelle 26 (angedeutet durch eine Strichpunktlinie) in die Durchgangsbohrung 25 eingebracht werden, wobei die Lötwelle 26 von unten an den Schaltungsträger 11 herangeführt wird.
-
Weiterhin kann 2 entnommen werden, dass die Kontakte 16 auch mittels einer weiteren Lötverbindung 27 in dem Grundkörper 23 fixiert werden können. Der Grundkörper 23 ist überdies aus einem elektrisch nicht leitfähigem Werkstoff, beispielsweise einer Keramik, gefertigt, so dass die elektrische Verbindung 22 über eine elektrisch leitfähige Beschichtung 28 des Grundkörpers 23 verläuft.
-
Ansonsten ist das elektrische Bauelement 13 gemäß 2 analog aufgebaut, wie das elektrische Bauelement 13 gemäß 1.
-
In 3 ist dargestellt, dass die elektrischen Bauelemente 13, die ähnlich denjenigen gemäß 1 und 2 aufgebaut sein können, auf einem elektronischen Bauelement 12 angebracht werden können. Es zeigt sich hiermit, dass die elektrischen Bauelemente 13 nicht notwendigerweise auf dem Schaltungsträger 11 selbst abmontiert werden müssen, sondern auch auf einem elektronischen Bauelement 12 montiert sein können, welches auf dem Schaltungsträger 11 montiert wird. Damit können diese auf dem elektronischen Bauelement 12 auch vormontiert werden und insbesondere speziell zur Beurteilung der mechanischen Belastungen des elektronischen Bauelements 12 herangezogen werden.
-
Die elektrischen Bauelemente 13 sind über nicht dargestellte Überwachungsstromkreise (vgl. in 4: 29) mit einem Mikrocontroller 30 verbunden, welcher ein Versagen eines der elektrischen Bauelemente 13 detektieren und ein davon abhängiges Ausgabesignal generieren kann. Das Ausgabesignal ist dann als Signal zu deuten, welches die Erforderlichkeit einer Maßnahme anzeigt. Diese kann beispielsweise darin bestehen, dass die elektronische Baugruppe 14 ausgetauscht wird.
-
Weiterhin ist 3 zu entnehmen, dass die elektrischen Bauelemente 13 auf dem elektronischen Bauelement 12 derart angeordnet sein können, dass mechanische Belastungen in unterschiedlichen Richtungen durch ein Versagen der entsprechenden elektrischen Bauelemente 13 detektiert werden können. Die in 3 realisierten Vorzugsrichtungen entsprechen denjenigen eines kartesischen Koordinatensystems und sind in 3 durch Doppelpfeile 31 angedeutet. Die Richtung, die senkrecht zur Zeichenebene liegt, ist durch denjenigen Doppelpfeil 31 angedeutet, der diagonal verläuft. Dieser repräsentiert, wie dem ebenfalls angedeuteten Koordinatensystem zu entnehmen ist, die y-Richtung. Die x-y-Ebene liegt demnach gemäß 4 genau parallel zur Montageseite 15. Somit lassen sich mit den drei dargestellten elektrischen Bauelementen mechanische Belastungen in den Vorzugsrichtungen x, y und z bestimmen.
-
Gemäß 4 ist eine elektronische Baugruppe 14 von oben dargestellt. Diese weist elektronische Bauelemente 12 auf, die gemeinsam eine Nutzschaltung der elektronischen Baugruppe ergeben, d. h., dass durch diese Nutzschaltung eine bestimmte gewünschte Funktion der elektronischen Baugruppe realisiert ist. Außerdem ist auf dem Schaltungsträger 11 der elektronischen Baugruppe der Mikrocontroller 30 montiert, der die elektrischen Bauelemente 13 zum Teil kontrolliert. Hierfür sind die Überwachungsstromkreise 29 vorgesehen, wodurch eine Überwachungsschaltung 32a realisiert ist.
-
In 4 ist außerdem dargestellt, dass eine weitere Überwachungsschaltung 32b auf einem elektronischen Bauelement 12 ausgebildet sein kann (vgl. auch 3). Diese Überwachungsschaltung kann speziell zur Überwachung der Funktionen des elektronischen Bauelements 12 herangezogen werden. Gleichzeitig wird das elektronische Bauelement 12 als Kontrolleinheit für diese Überwachungsschaltung 32b genutzt, so dass kein gesonderter Mikrocontroller vorgesehen ist.
-
Außerdem ist eine weitere Überwachungsschaltung 32c vorgesehen, bei der als Kontrolleinheit ein weiteres elektronisches Bauelement 12 verwendet wird, welches ähnlich wie das andere elektronische Bauelement 12 einen Teil der auf dem Schaltungsträger 11 realisierten Nutzschaltung darstellt. Dieses elektronische Bauelement ist ebenfalls mit elektrischen Bauelementen 13 zur Überwachung der Funktion der elektronischen Baugruppe 14 verbunden.
-
Weiterhin wird durch den Vergleich der Überwachungsschaltungen 32a und 32c deutlich, dass die elektrischen Bauelemente 13 sowohl in Reihe (vgl. Überwachungsschaltung 32c) als auch parallel (vgl. Überwachungsschaltung 32a) geschaltet werden können. Wenn diese in Reihe geschaltet sind, wird ein Signal zur Detektion eines Fehlers angezeigt, wenn eines der elektrischen Bauelemente 13 ausfällt. Dabei kann nicht festgestellt werden, welches der elektrischen Bauelemente 13 dies ist. Bei der Überwachungsschaltung 32a wird ein entsprechendes Signal in dem Überwachungsstromkreis generiert, in dem der Ausfall stattfindet. Der Mikrocontroller 30 kann dieses Signal eindeutig dem ausgefallenen elektrischen Bauteil 13 zuordnen.
