DE102019134049A1

DE102019134049A1 - Leiterplatte mit integrierter absicherung und lichtbogenunterdrückung

Info

Publication number: DE102019134049A1
Application number: DE102019134049.7A
Authority: DE
Inventors: Kaijam M. Woodley; Michael K. Balck; Matthew J. Koebert
Original assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-06-18
Also published as: US20230354512A1; US11729906B2; US20200196442A1; CN111315126A

Abstract

Eine Leiterplatte mit integrierter Absicherung schließt ein isolierendes Substrat mit einer Leiterbahn ein, die auf einer Oberfläche davon gebildet ist, wobei die Leiterbahn einen ersten Leiterbahnabschnitt und einen zweiten Leiterbahnabschnitt einschließt. Ein Schmelzlot verbindet den ersten Leiterbahnabschnitt elektrisch mit dem zweiten Leiterbahnabschnitt, wobei das Schmelzlot eine planare Oberfläche einschließt, die sich vom ersten Leiterbahnabschnitt zum zweiten Leiterbahnabschnitt erstreckt. Ein dielektrischer Reflow kapselt das Schmelzlot auf der planaren Oberfläche vom ersten Leiterbahnabschnitt zum zweiten Leiterbahnabschnitt ein.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf Leiterplatten mit integrierter Schmelzsicherung, und insbesondere, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Leiterplatte mit integrierter planarer Absicherung mit Lichtbogenunterdrückung.
Leiterplatten verbinden in der Regel elektronische Komponenten unter Verwendung von leitfähigen Leiterbahnen, um Schaltungsmodule oder -anordnungen zu bilden. Die Leiterplatten weisen häufig einen laminaren Aufbau mit einer leitfähigen Schicht auf, die über eine Klebeschicht an einer elektrisch isolierenden Schicht befestigt ist. Verschiedene Ätztechniken können verwendet werden, um Teile der leitfähigen Schicht zu entfernen und leitfähige Leiterbahnen zu bilden, die eine gewünschte Schaltungsgeometrie definieren. Die elektronischen Komponenten umfassen oft diskrete oberflächenmontierte Vorrichtungen, die üblicherweise mit den leitfähigen Leiterbahnen verlötet oder elektrisch mit ihnen verbunden sind, oder Dünnschichtvorrichtungen, die direkt in die leitfähigen Leiterbahnen integriert sind. Die Leiterplatte kann eine einschichtige Platte mit elektrischen Komponenten einschließen, die an einer oder zwei Oberflächen der Platte angebracht sind, oder eine mehrschichtige Platte mit elektrischen Komponenten, die auf oder zwischen vertikal gestapelten Schichten montiert sind. In jedem Fall können durch das direkte Integrieren der elektronischen Komponenten in eine leitfähige Leiterbahn die Größenanforderungen der Leiterplatte reduziert werden.
Viele Leiterplattenanwendungen erfordern elektrische Sicherungen, die mit dem elektrischen Schaltkreis der Leiterplatte gekoppelt sind. Die elektrischen Sicherungen können nach dem Empfangen eines elektrischen Überschusses (z. B. eines Überstroms oder eines Kurzschlussstroms) eine elektrische Verbindung im elektrischen Schaltkreis unterbrechen. Leider können diskrete oberflächenmontierte Sicherungen eine erhebliche Höhe und Grundfläche erfordern, die die Größenanforderungen der Leiterplatte beeinträchtigen können. Ferner können Techniken, die elektrische Komponenten direkt in die Leiterplatte integrieren, komplex und teuer sein. Zum Beispiel können einige elektrische Komponenten in bestehenden Verarbeitungsschritten der Leiterplatte nicht zweckmäßig gebildet werden, was Zeit und Kosten bei der Herstellung erhöht. Dementsprechend ist ein zweckmäßiges Verfahren zum Bilden von elektrischen Sicherungen auf einer Leiterplatte, das den Platzbedarf und die Kosten minimiert, erforderlich.
Ferner sind elektrische Sicherungen für Leiterplatten oft anfällig für eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis. Eine Widerstandserwärmung über ein Sicherungselement in einer elektrischen Sicherung wärmt das Sicherungselement bis zu seinem thermischen Schmelzpunkt auf, woraufhin die Sicherung durchbrennt und ein Teil des Sicherungselements verdampfen kann. Obwohl der Dampf dissipiert, entsteht oft eine Lichtbogenentladung über das Sicherungselement im Dampf. Somit wird Strom über die Sicherung erzeugt, bis die Lichtbogenentladung verschwindet, so dass die durchgebrannte Sicherung den Stromfluss nicht sofort unterbricht. In Hochspannungs- oder Hochstromanwendungen kann die Lichtbogenentladung langsam dissipieren und kann nach dem Dissipieren des Dampfes ein Problem bleiben. Ferner kann eine durch die Lichtbogenentladung verursachte Spannungsspitze elektrische Komponenten von elektrischen Vorrichtungen, die die Leiterplatte verwenden, beschädigen.
Daher wäre es wünschenswert, eine Leiterplatte mit einer integrierten Absicherung, die die Herstellungskomplexität minimiert, bereitzustellen. Ferner wäre es wünschenswert, eine Leiterplatte mit integrierter Absicherung mit Lichtbogenunterdrückung bereitzustellen, um eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis zu verhindern.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung schließt eine Leiterplatte mit integrierter Absicherung ein isolierendes Substrat mit einer auf einer Oberfläche davon gebildeten Leiterbahn ein, wobei die Leiterbahn einen ersten Leiterbahnabschnitt und einen zweiten Leiterbahnabschnitt einschließt. Ein Schmelzlot verbindet den ersten Leiterbahnabschnitt elektrisch mit dem zweiten Leiterbahnabschnitt, wobei das Schmelzlot eine planare Oberfläche einschließt, die sich vom ersten Leiterbahnabschnitt zum zweiten Leiterbahnabschnitt erstreckt. Ein dielektrischer Reflow kapselt das Schmelzlot auf der planaren Oberfläche vom ersten Leiterbahnabschnitt zum zweiten Leiterbahnabschnitt ein.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung schließt eine Leiterplatte mit integrierter Absicherung ein elektrisch isolierendes Substrat, eine Leiterbahn, die auf dem elektrisch isolierenden Substrat gebildet ist, um einen elektrischen Schaltkreis zu bilden, und ein oder mehrere Sicherungselemente, die in der Leiterbahn positioniert sind, ein. Jedes des einen oder der mehreren Sicherungselemente kann so konfiguriert sein, um den elektrischen Schaltkreis nach dem Empfangen eines elektrischen Überschusses zu öffnen. Eine dielektrische Einkapselung ist um jedes des einen oder der mehreren Sicherungselemente herum positioniert, um eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis durch Reflow in ein jeweiliges offenes Sicherungselement zu verhindern.
Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung schließt ein Verfahren zum Bilden einer Leiterplatte das Bereitstellen eines elektrisch isolierenden Substrats mit einem leitfähigen Leiterbahnsubstrat auf einer ersten Oberfläche davon und das Ätzen des leitfähigen Leiterbahnsubstrats ein, um eine Leiterbahn mit mindestens einem Schmelzlot in der Leiterbahn zu bilden. Jedes des mindestens einen Schmelzlots schließt einen Abschnitt der Leiterbahn mit einer reduzierten Querschnittsfläche von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des jeweiligen Schmelzlots ein. Das Verfahren schließt auch das Aufbringen eines Dielektrikums auf die Leiterbahn ein, um jedes des mindestens einen Schmelzlots vom ersten Ende zum zweiten Ende einzukapseln.
Aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen werden verschiedene weitere Merkmale und Vorteile ersichtlich.
Figurenliste
Die Zeichnungen veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen, die derzeit für die Durchführung der Erfindung in Betracht gezogen werden.
In den Zeichnungen:

1 ist eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Vorrichtung mit integrierter Schmelzsicherung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Detailansicht eines Abschnitts der elektrischen Vorrichtung von 1 über ein Sicherungselement, das zwischen zwei Leiterbahnen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gekoppelt ist.
3 ist eine Seitenansicht der elektrischen Vorrichtung von 1, die einem isolierenden Substrat mit einer leitfähigen Leiterbahn mit integrierter planarer Absicherung und einer dielektrischen Einkapselung darauf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gegenüberliegt.
4 ist eine Detailansicht eines Abschnitts der elektrischen Vorrichtung von 3 über ein Sicherungselement, das in die leitfähige Leiterbahn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung integriert ist.
5 ist eine Querschnittsansicht einer Leiterplatte mit einer geöffneten bogenlosen Sicherung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6 ist ein Flussdiagramm, das Schritte beim Herstellen einer Leiterplatte mit integrierter Schmelzsicherung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
7 ist eine Querschnittsansicht von einem Paar von mehrschichtigen Leiterplatten mit Schmelzsicherung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die Betriebsumgebung der Erfindung wird in Bezug auf eine Leiterplatte mit integrierter Absicherung beschrieben. Während die Erfindung in Bezug auf eine Leiterplatte mit planarer Absicherung beschrieben wird, die innerhalb einer Leiterbahn gebildet ist, sind Ausführungsformen der Erfindung gleichermaßen zur Verwendung mit einer Leiterplatte mit planarer Absicherung, die außerhalb einer Leiterbahn gebildet ist, anwendbar.
Bezugnehmend auf 1 wird eine elektrische Vorrichtung 30 mit integrierter Absicherung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung dargestellt. Die elektrische Vorrichtung 30 schließt vorzugsweise eine Leiterplatte 32 mit einem laminaren Aufbau ein, die ein elektrisch isolierendes Substrat 34, eine leitfähige Schicht 36 und eine Klebeschicht 38 einschließt, die die leitfähige Schicht am elektrisch isolierenden Substrat bindet. Eine leitfähige Leiterbahngeometrie 40, die auch als Leiterbahn bezeichnet wird, kann in die leitfähige Schicht 36 geätzt werden, um elektrische Komponenten, die auf der Leiterplatte montiert sind, elektrisch miteinander zu verbinden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden ein oder mehrere Schmelzlote 42, die auch als Sicherungselement oder elektrische Sicherungen bezeichnet werden, in die leitfähige Leiterbahn 40 geätzt, um eine interne planare Schichtabsicherung für die elektrische Vorrichtung 30 bereitzustellen. Die elektrische Vorrichtung 30 kann eine modulare Konfiguration aufweisen, die eine austauschbare Verbindungsvorrichtung für eine Leiterplattenanordnung bereitstellt. Dementsprechend kann die elektrische Vorrichtung 30 eine Schaltungskarte bereitstellen, die einen abgesicherten In-Line-Kurzschlussschutz für ein Produkt bietet, das die Leiterplattenanordnung verwendet.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das elektrisch isolierende Substrat 34 vorzugsweise aus FR4-Epoxid gebildet, obwohl das elektrisch isolierende Substrat 34 aus Glasepoxid, Keramik, elektrisch isolierenden Polymeren oder jedem anderen geeigneten Material gebildet sein könnte. Die leitfähige Leiterbahn 40 bildet einen oder mehrere elektrische Schaltkreise 44 auf oder im elektrisch isolierenden Substrat 34, um elektronische Komponenten 46, die mit der Leiterplatte 32 gekoppelt sind, elektrisch zu verbinden. In einer Ausführungsform der Erfindung bildet die leitfähige Leiterbahn 40 eine Vielzahl von Leiterbahnabschnitten 48, die auf eine erste Oberfläche 50 des elektrisch isolierenden Substrats 34 geätzt sind. Die elektronischen Komponenten 46 können ein oder mehrere Schmelzlote 42 einschließen, die in der leitfähigen Leiterbahn 40 gebildet sind und jeweils ein Paar Leiterbahnabschnitte 48 elektrisch verbinden.
Die elektrische Sicherung 42 kann durch Ätzen der leitfähigen Leiterbahn 40 auf einer reduzierten Querschnittsfläche gebildet werden, um Schmelzlote 42 zu bilden, die zwei benachbarte Leiterbahnabschnitte 48 trennen. Jedes Schmelzlot 42 ist konfiguriert, um eine elektrische Verbindung zwischen dem benachbarten Paar Leiterbahnabschnitten 48 zu öffnen, wodurch eine Schmelzsicherung für den elektrischen Schaltkreis 44 bereitgestellt wird. Wie gezeigt, verbindet ein Schmelzlot 52 elektrisch einen ersten Leiterbahnabschnitt 54 mit einem zweiten Leiterbahnabschnitt 56. Das Schmelzlot 52 kann eine planare Oberfläche 58 enthalten, die sich vom ersten Leiterbahnabschnitt 54 zum zweiten Leiterbahnabschnitt 56 erstreckt. Eine dielektrische Einkapselung 60, die auch als dielektrischer Reflow bezeichnet wird, kann über der leitfähigen Leiterbahn 40 aufgebracht werden, um Schutz und eine elektrische Isolierung für Komponenten auf dem elektrisch isolierenden Substrat 34 bereitzustellen. Von daher kann eine dielektrische Einkapselung 60 das Schmelzlot 52 auf der planaren Oberfläche 58 vom ersten Leiterbahnabschnitt 54 zum zweiten Leiterbahnabschnitt 56 einkapseln, wodurch eine Leiterplatte 32 mit integrierter planarer Absicherung bereitgestellt wird.
Die leitfähige Leiterbahn 40 kann auf oder durch das elektrisch isolierende Substrat 34 geführt werden, um ein gewünschtes elektrisches Schaltkreismuster für die elektrische Vorrichtung 30 zu bilden. Beispielsweise kann die Vielzahl von Leiterbahnabschnitten 48 auf oder durch das elektrisch isolierende Substrat 34 geführt werden, um verschiedene elektrische Komponenten, die auf der Leiterplatte 46 angebracht sind, elektrisch zu verbinden 32 (z. B. Schmelzlote 42 oder andere elektrische Komponenten). Die Vielzahl von Leiterbahnabschnitten 48 können in einen oder mehrere Isolationsbereiche 62 der Leiterplatte 32 geführt werden, z. B. Bereiche, die von einem oder mehreren Isolationsspalten 64 umgeben sind, die durch das elektrisch isolierende Substrat 34 gebildet sind. Die leitfähige Leiterbahn 40 wird in einen Isolationsbereich 62 auf dem elektrisch isolierenden Substrat 34 geführt gezeigt, wobei die leitfähige Leiterbahn 40 ein nicht-lineares Muster 66 aufweist, das innerhalb des Isolationsbereichs 62 gebildet ist. Das nicht-lineare Muster 66 der leitfähigen Leiterbahn 40 kann eine Vielzahl paralleler Kurven bilden, die innerhalb des Isolationsbereichs 62 geführt sind, die eng beabstandet und benachbart sind, um ein Spiralmuster 68 zu bilden, das eine größere Länge der leitfähigen Leiterbahn 40 ermöglicht, wobei integrierte Sicherungen 42 in den Isolationsbereich 62 geführt werden.
Bezugnehmend auf 2 wird eine detaillierte teilweise perspektivische Ansicht eines Abschnitts der elektrischen Vorrichtung 30 von 1 gezeigt, um Merkmale davon besser zu veranschaulichen. 2 zeigt mehrere Schmelzlote 42, die in der leitfähigen Leiterbahn 40 gebildet sind, wobei jedes Schmelzlot ein jeweiliges Paar Leiterbahnabschnitte 48 elektrisch verbindet, wodurch elektrische Schaltkreise 44 mit integrierter Absicherung gebildet werden. Dementsprechend wird ein Schmelzlot 52 zwischen dem ersten Leiterbahnabschnitt 54 und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 56 gebildet, um einen elektrischen Schaltkreis 44 zu bilden. Das Schmelzlot 52 ist so konfiguriert, dass es den elektrischen Schaltkreis 44 zwischen dem ersten Leiterbahnabschnitt 54 und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 56 als Reaktion auf einen elektrischen Überschuss im elektrischen Schaltkreis 44 öffnet. Das Schmelzlot 52 kann einen niedrigeren Nennstrom für einen thermisch-elektrischen Ausfall als benachbarte Leiterbahnabschnitte 54, 56 aufweisen, so dass sich das Schmelzlot 52 aufgrund einer Widerstandserwärmung öffnet, die durch einen elektrischen Überschuss im elektrischen Schaltkreis 44 verursacht wird, z. B. einen Überlaststrom oder einen Kurzschlussstrom in der elektrischen Vorrichtung 30 (1).
Wie oben angegeben, kann das Schmelzlot 52 in der Leiterbahn 40 durch Ätzen gebildet werden. Das Schmelzlot 52 weist vorzugsweise eine kleinere Querschnittsfläche als sowohl der erste Leiterbahnabschnitt 54 als auch der zweite Leiterbahnabschnitt 56 in einer Richtung senkrecht zum Stromfluss im elektrischen Schaltkreis 44 auf. Die kleinere Querschnittsfläche verleiht dem Schmelzlot 52 eine geringere Stromstärke für einen thermisch-elektrischen Ausfall als die Leiterbahnen 54, 56, die eine thermische Schwachstelle im elektrischen Schaltkreis 44 bereitstellen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Schmelzlot 52 aus einem Material gebildet sein, das sich von demjenigen der benachbarten Leiterbahnen 54, 56 unterscheidet, z. B. einem Kupfer oder einer Kupferlegierung von elektrisch geringerer Qualität, um die thermische Schwachstelle bereitzustellen. Das Schmelzlot 52 könnte aus einem Material mit einer niedrigeren thermischen Schmelztemperatur als die Leiterbahnabschnitte 54, 56 hergestellt werden und könnte gebildet werden, indem zwei oder mehrere Materialien miteinander verbunden werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Schmelzlot 52 aus einem Material gebildet sein, das sich von den Leiterbahnen 54, 56 unterscheidet, und kann eine kleinere Querschnittsfläche aufweisen.
Jedes Schmelzlot 52 kann so gebildet sein, dass die planare Oberfläche 58 auf einer Seite des Schmelzlots 52 gegenüber dem isolierenden Substrat 34 (d. h. einer oberen Oberfläche des Schmelzlots 52) positioniert ist. Wie oben erwähnt, kann das Schmelzlot 52 durch Ätzen eines Abschnitts der leitfähigen Leiterbahn 40 gebildet sein, so dass es eine reduzierte Querschnittsfläche aufweist, und daher kann die planare Oberfläche 58 des Sicherungselements planar mit einer Oberfläche jedes der benachbarten Leiterbahnabschnitte 54, 56 ausgerichtet sein. Die planare Oberfläche 58 des Schmelzlots 52 kann planar zu einer Oberfläche 70, 72 von jedem von dem ersten Leiterbahnabschnitt 54 und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 56 sein, obwohl die planare Oberfläche planar zu einer Oberfläche von nur einer oder keiner von der ersten Leiterbahn und der zweiten Leiterbahn sein kann. Wenn die leitfähige Leiterbahn 40 aus einer Kupferlaminierung gebildet ist, könnte die leitfähige Leiterbahn gegenüberliegende erste und zweite flache Oberflächen 71, 73 aufweisen, wobei die erste flache Oberfläche 71 mit dem elektrisch isolierenden Substrat 34 gekoppelt ist. Die zweite flache Oberfläche 73 könnte eine planare Oberfläche 58 eines Schmelzlots 52 bilden, die in die leitfähige Leiterbahn 40 geätzt ist.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Schmelzlot 52 eine planare Oberfläche 58 aufweisen, die innerhalb des Umfangs der benachbarten Leiterbahnabschnitte 54, 56 positioniert ist oder außerhalb des Umfangs der benachbarten Leiterbahnabschnitte positioniert ist. Das Schmelzlot 52 kann gebildet sein, wobei sich die planare Oberfläche 58 nach außen über den äußeren Umfang jedes Leiterbahnabschnitts 54, 56 erstreckt, wobei eine oder mehrere Seiten 74, 76 des Schmelzlots innerhalb des äußeren Umfangs jedes Leiterbahnabschnitts 54, 56 positioniert sind. Der äußere Umfang des Schmelzlots 52 kann vollständig innerhalb des Umfangs der benachbarten Leiterbahnabschnitte 54, 56 gebildet sein. Alternativ kann das Schmelzlot 52 mit einem äußeren Umfang gebildet sein, der vollständig außerhalb des Umfangs der benachbarten Leiterbahnabschnitte 54, 56 liegt.
Der dielektrische Reflow 60 kann auf das Schmelzlot 52 aufgebracht werden, um eine Lichtbogenbildung vom ersten Leiterbahnabschnitt 54 zum zweiten Leiterbahnabschnitt 56 zu verhindern. Der dielektrische Reflow 60 kann ein hochdielektrisches Vergussmaterial auf Epoxidharzbasis umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der dielektrische Reflow 60 auf der planaren Oberfläche 58 des Schmelzlots 52 vom ersten Leiterbahnabschnitt 54 zum zweiten Leiterbahnabschnitt 56 gebildet werden, um das Schmelzlot auf dem elektrisch isolierenden Substrat 34 einzukapseln. Der dielektrische Reflow 60 kann um einen offenen Schmelzlot 52 (d. h. eine durchgebrannte Sicherung) fließen, um eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis zwischen dem ersten Leiterbahnabschnitt 54 und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 56 zu verhindern. Das heißt, der dielektrische Reflow 60 wird vorzugsweise auf der planaren Oberfläche 58 des Schmelzlots 52 aufgebracht, um in ein geöffnetes Schmelzlot zu fließen. Das Schmelzlot 52 kann durch den dielektrischen Reflow 60 eingekapselt werden, um in ein geöffnetes Sicherungselement zu fließen und so eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis zu verhindern.
Es ist zu beachten dass eine integrierte Absicherung in Niederspannungsanwendungen unter 50 Volt verwendet werden kann, wo das Öffnen der Sicherung bei einem Überstromereignis, das das Sicherungselement wegschaltet, wünschenswert ist. Bei Niederspannungsanwendungen kann die elektrische Isolation über die Sicherung durch die Fotolackschicht, das interne Substratmaterial und das Sicherungsverbindungselement bereitgestellt werden. Jedoch kann bei Anwendungen mit höherer Spannung eine Lichtbogenbildung ein Problem bleiben. Das heißt, wenn das Sicherungselement thermisch bedingt schmilzt, kann es ein Potential beibehalten, um einen Spannungsbogen über dem üblichen PCBA-Substratmaterial in den Fällen zu erzeugen, wenn die scheinbare Spannung hoch genug ist, nachdem die Sicherung in einem Überstromereignis weggeschaltet wurde. Während eine integrierte Absicherung bei Niederspannungsanwendungen bis zu 50 Volt verwendet werden kann, kann der dielektrische Reflow 60 eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis über das Schmelzlot 52 bis zu 600 Volt verhindern. Der dielektrische Reflow 60 kann auch über größere Bereiche der Leiterplatte 32 aufgebracht werden, um elektronische Komponenten 46 vor einer Einwirkung und einer Oxidation zu schützen.
Bezugnehmend auf 3 wird die Leiterplatte 32 in einer Richtung dargestellt, die einer Oberfläche des elektrisch isolierenden Substrats 34 zugewandt ist, die die leitfähige Leiterbahn 40 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darauf aufweist. Wie oben genannt, kann eine leitfähige Leiterbahn 40 auf oder durch das elektrisch isolierende Substrat 34 gebildet sein, um einen elektrischen Schaltkreis 44 zu bilden. Ein oder mehrere Sicherungselemente 42 können in der leitfähigen Leiterbahn 40 positioniert sein, wobei jedes des einen oder der mehreren Sicherungselemente 42 konfiguriert ist, um den elektrischen Schaltkreis 44 nach dem Empfangen eines elektrischen Überschusses zu öffnen. Eine dielektrische Einkapselung 60 ist vorzugsweise um jedes des einen oder der mehreren Sicherungselemente 42 positioniert, um eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis durch Reflow in ein jeweiliges offenes Sicherungselement zu verhindern. Dementsprechend umfasst die elektrische Vorrichtung 30 eine integrierte bogenlose Absicherung.
Die leitfähige Leiterbahn 40 wird in einen kreisförmigen Isolationsbereich 62 auf der Leiterplatte 32 geführt dargestellt. Der Isolationsbereich 62 kann durch einen ersten Isolationsspalt 78 und einen zweiten Isolationsspalt 80 gebildet sein, die jeweils halbkreisförmige Schlitze aufweisen, die durch das elektrisch isolierende Substrat 34 auf gegenüberliegenden Seiten des kreisförmigen Isolationsbereichs 62 gebildet sind. Das elektrisch isolierende Substrat 34 umfasst eine erste Brücke 82 und eine zweite Brücke 84 zwischen dem ersten und zweiten Isolationsspalt 78, 80, um die leitfähige Leiterbahn 40 in den Isolationsbereich 62 zu führen. Die dielektrische Einkapselung 60 kann sich in jede der einen oder mehreren Isolationsspaltenöffnungen 64 erstrecken (z. B. erster Isolationsspalt 78, zweiter Isolationsspalt 80), um den Isolationsbereich 62 einzukapseln. Die dielektrische Einkapselung 60 kann auf dem Isolationsbereich 62 und auf umgebenden benachbarten Abschnitten des elektrisch isolierenden Substrats 34 gebildet sein. Wie in 1 gezeigt, kann sich die dielektrische Einkapselung 60 auch durch den einen oder die mehreren Isolationsspalte 64 erstrecken, um eine Seite des Isolationsbereichs 62 gegenüber der leitfähigen Leiterbahn 40 und die umgebenden benachbarten Abschnitte des elektrisch isolierenden Substrats 34 einzukapseln.
Bezugnehmend auf 3 umfasst ein Teil der leitfähigen Leiterbahn 40 eine nicht-lineare Konfiguration 66, mit einer Vielzahl von Segmenten 86 des Abschnitts, die in einer benachbarten Beziehung zueinander angeordnet sind, und wobei der eine oder die mehreren Sicherungselemente 42 eine Vielzahl von Sicherungselementen 106 in der Vielzahl von Segmenten 86 umfassen, wobei die Vielzahl von Sicherungselementen 106 seriell positioniert sind. Die Vielzahl von Segmenten 86 der leitfähigen Leiterbahn 40 sind auf oder innerhalb eines Isolationsbereichs 62 des elektrisch isolierenden Substrats 34 gebildet, wobei der Isolationsbereich 62 im Wesentlichen von einer oder mehreren Öffnungen 64 (z. B. Isolationsspalten), die im elektrisch isolierenden Substrat 34 gebildet sind, umgeben ist, wobei die leitfähige Leiterbahn 40 in den Isolationsbereich 62 geführt ist. In einer Ausführungsform folgt die leitfähige Leiterbahn 40 einer Spiralkonfiguration 88 in und aus der Mitte des kreisförmigen Isolationsbereichs 62. Das heißt, die leitfähige Leiterbahn 40 weist eine erste und eine zweite Spiralkomponente 90, 92 auf, die benachbarten spiralförmigen Bahnen in einem mittleren Abschnitt des Isolationsbereichs 62 folgt. Die erste Spiralkomponente 90 und die zweite Spiralkomponente 92 können jeweils etwa zwei kreisförmige Schleifen bilden, die sich umeinander wickeln, um sich im mittleren Abschnitt des Isolationsbereichs 62 in Reihe zu verbinden. Die erste Spiralkomponente 90 und die zweite Spiralkomponente 92 können eine Vielzahl von parallelen Kurven bilden, wenn sie sich entlang der Spiralkonfiguration 88 umeinander umwickeln. Folglich kann die Vielzahl von Segmenten 86 der leitfähigen Leiterbahn 40 einen spiralförmigen Abschnitt 88 der leitfähigen Leiterbahn bilden.
Ein oder mehrere Isolationsspalte 94 können im elektrisch isolierenden Substrat 34 gebildet sein und jedes der Vielzahl von Segmenten 86 der leitfähigen Leiterbahn 40 trennen. Isolationsspalte 94 können jeweils einen Schlitz einschließen, der in/durch das elektrisch isolierende Substrat 34 gebildet ist, um zwei oder mehrere Leiterbahnabschnitte 48 zu trennen, oder können Abschnitte einer einzelnen Leiterbahn trennen, die um einen Isolationsspalt gewickelt ist. 3 zeigt einen Isolationsspalt 94, der eine erste parallele Kurve 96 von einer zweiten parallelen Kurve 98 der leitfähigen Leiterbahn 40 trennt, die sich innerhalb eines Isolationsbereichs 62 befindet. Jede der Vielzahl von parallelen Kurven kann durch einen Isolationsspalt 94 getrennt sein, der zwischen einem Paar benachbarter paralleler Kurven gebildet ist. Die leitfähige Leiterbahn 40 kann um einen oder mehrere Isolationsspalte 94 geführt werden, so dass die Leiterbahnabschnitte 48, die durch die Isolationsspalte 94 getrennt sind, in Reihe geschaltet sind. Zum Beispiel schließt die erste parallele Kurve 96 einen ersten Leiterbahnabschnitt 54 und einen zweiten Leiterbahnabschnitt 56 ein, die in Reihe mit einem dritten Leiterbahnabschnitt 100 der zweiten parallelen Kurve 98 gekoppelt sind. Isolationsspalte 94 können zwischen Leiterbahnabschnitten gebildet sein, die parallel oder zwischen Leiterbahnabschnitten gekoppelt sind, die nicht elektrisch verbunden sind.
Die dielektrische Einkapselung 60 bedeckt vorzugsweise den nicht-linearen Abschnitt 66 der leitfähigen Leiterbahn 40. Die dielektrische Einkapselung 60 kann sich in jeden Isolationsspalt 94 innerhalb des Isolationsbereichs 62 erstrecken, um eine dielektrische Barriere zwischen der Vielzahl von Segmenten 86 zu bilden. Das heißt, die dielektrische Einkapselung 60 kann sich durch jeden Isolationsspalt 94 erstrecken, um die leitfähige Leiterbahn 40 entlang der Vielzahl von parallelen Kurven 68 einzukapseln. Die Vielzahl von Leiterbahnabschnitten 48 kann auf dem elektrisch isolierenden Substrat 34 leicht vom benachbarten Isolationsspalt 94 beabstandet gebildet werden, wobei eine Kante 102 auf dem elektrisch isolierenden Substrat 34 zum Tragen der dielektrischen Einkapselung 60 zwischen dem jeweiligen Leiterbahnabschnitt und dem Isolationsspalt 94 erzeugt wird. Die dielektrische Einkapselung 60 kann sich auch durch die Isolationsspalte 94 erstrecken, um eine Seite 104 des Isolationsbereichs 62 gegenüber der leitfähigen Leiterbahn 40 einzukapseln. Die dielektrische Einkapselung 60 kann eine Vielzahl von Sicherungselementen 106 abdecken, die in der Vielzahl von parallelen Kurven gebildet sind, wobei die parallelen Kurven in einer benachbarten, eng beabstandeten Beziehung angeordnet sind, um einen Bereich des elektrisch isolierenden Substrats 34, das mit der dielektrischen Einkapselung 60 bedeckt ist, zu minimieren.
Bezugnehmend auf 4 zeigt eine Detailansicht der elektrischen Vorrichtung 30 von 3 ein Sicherungselement 52, das in die leitfähige Leiterbahn 40 auf dem elektrisch isolierenden Substrat 34 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung integriert ist. 4 zeigt auch das Sicherungselement 52, das eine planare Oberfläche 58 gegenüber dem elektrisch isolierenden Substrat 34 umfasst und mit den Oberflächen 70, 72 jeweils des ersten Leiterbahnabschnitts 54 und des zweiten Leiterbahnabschnitts 56 ausgerichtet ist. In einer Ausführungsfonn kann jedes Sicherungselement 52 eine planare obere Oberfläche 58 aufweisen, und jede planare obere Oberfläche 58 kann planar mit der leitfähigen Leiterbahn 40 angeordnet sein. Die planare obere Oberfläche 58 jedes Sicherungselements 52 erstreckt sich entlang der leitfähigen Leiterbahn 40 von einem ersten Ende 108 zu einem gegenüberliegenden zweiten Ende 110 des jeweiligen Sicherungselementes, wobei die dielektrische Einkapselung 60 auf jeder planaren Oberfläche 58 vom ersten Ende 108 zum zweiten Ende 110 des jeweiligen Sicherungselementes gebildet ist.
Das Sicherungselement 52 kann in die leitfähige Leiterbahn 40 mit konischen Abschnitten 112, 114 an gegenüberliegenden Enden des Sicherungselementes geätzt werden, das jeden jeweiligen Leiterbahnabschnitt 54, 56 mit einem dünneren Schmelzlotabschnitt 116 des Sicherungselements verbindet. Der dünnere Schmelzlotabschnitt 116 kann einer geraden oder gekrümmten Bahn, die der leitfähigen Leiterbahn 40 entspricht, folgen, oder könnte selbst in einem gekrümmten Abschnitt der leitfähigen Leiterbahngeometrie einer geraden Bahn folgen. 4 zeigt eine Ausführungsform des Sicherungselements 52 mit einer Länge 118 von ungefähr der doppelten Breite 120 der leitfähigen Leiterbahn 40 und einer Breite 122 von ungefähr einem Fünftel der Breite der Leiterbahn. Die Abmessungen des Sicherungselementes 52 können jedoch abhängig von der gewünschten Leistung und Anwendung der Sicherung und der elektrischen Vorrichtung 30 (3) unterschiedlich sein. Beispielsweise können die Länge 118 und die Breite 122 des Sicherungselements 52 jedem geeigneten Bruchteil oder Vielfachen der Breite 120 der leitfähigen Leiterbahn entsprechen (z. B. 0,25x, 0,5x, 0,75x, 1x, 1,5x, 2x usw.).
Mit Bezug auf 5 wird eine Querschnittsansicht einer geöffneten bogenlosen Sicherung 124 senkrecht zum elektrisch isolierenden Substrat 34 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der dielektrische Reflow 60 kapselt vorzugsweise das Schmelzlot 124 ein, um eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis zwischen dem ersten Leiterbahnabschnitt 54 und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 56 zu verhindern. Das Schmelzlot 124 wird als durchgebrannte Sicherung 124 gezeigt, die geöffnet wurde, um eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Leiterbahnabschnitt 54 und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 56 zu unterbrechen. Das Schmelzlot 124 ist so konfiguriert, dass es sich aufgrund einer Widerstandserwärmung, die durch einen elektrischen Überschuss verursacht wird, öffnet. Der dielektrische Reflow 60 fließt in das Schmelzlot 124, um eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis zwischen dem ersten Leiterbahnabschnitt 54 und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 56 zu verhindern. Das heißt, der dielektrische Reflow 60 kann um das geöffnete Schmelzlot 124 fließen, um den ersten Leiterbahnabschnitt 54 vom zweiten Leiterbahnabschnitt 56 zu trennen. Wenn sich das Schmelzlot 124 dem thermischen Schmelzpunkt nähert, kann das Sicherungselement den dielektrischen Reflow 60 derart erwärmen, dass er leichter in ein geöffnetes Schmelzlot 124 fließt.
Der dielektrische Reflow 60 kann auf die planare Oberfläche 58 des Schmelzlots 124 aufgebracht werden, die sich vom ersten Leiterbahnabschnitt 54 zum zweiten Leiterbahnabschnitt 56 erstreckt. Der dielektrische Reflow 60 kann sich über die planare Oberfläche 58 auf dem ersten Leiterbahnabschnitt 54 und/oder dem zweiten Leiterbahnabschnitt 56 erstrecken. Während der auf der planaren Oberfläche 60 aufgebrachte dielektrische Reflow 58 in einen geöffneten Schmelzlot 124 fließen kann, könnte ein auf den ersten und zweiten Leiterbahnabschnitt 54, 56 aufgebrachter dielektrischer Reflow in einen geöffneten Schmelzlot 124 fließen. Alternativ kann der dielektrische Reflow 60 auf einen Abschnitt der planaren Oberfläche 58 des Schmelzlots 124 aufgebracht werden, so dass ein anderer Abschnitt der planaren Oberfläche 58 unbedeckt bleibt. Der dielektrische Reflow 60 kann auf jede der ersten Seitenoberfläche 74, der zweiten Seitenoberfläche 76 (2), der planaren Oberfläche 58 oder irgendeiner Kombination davon aufgebracht werden, um in einen offenen Schmelzlot 124 zu fließen und eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis zu verhindern. Der dielektrische Reflow 60 kann zusätzlich auf die erste Seitenoberfläche 74 und auf die zweite Seitenoberfläche 76 (2) des Schmelzlots 124 zusätzlich zur planaren Oberfläche 58 aufgebracht werden, um das Sicherungselement einzukapseln.
Bezugnehmend auf 6 und mit weiterer Bezugnahme auf 1-5 wird ein Flussdiagramm eines Prozesses 200 veranschaulicht, der verwendet wird, um eine Leiterplatte 32 mit einer integrierten Schmelzsicherung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zu bilden. Der Prozess 200 beginnt mit SCHRITT 202 durch Bereitstellen eines elektrisch isolierenden Substrats 34 mit einem leitfähigen Leiterbahnsubstrat 36 auf einer ersten Oberfläche 50 davon. Das leitfähige Leiterbahnsubstrat 36 kann ein Kupferlaminat einschließen, das über eine Klebstoffschicht 38 mit dem elektrisch isolierenden Substrat 34 gekoppelt ist. Der Prozess 200 geht mit SCHRITT 204 durch Ätzen des leitfähigen Leiterbahnsubstrats 36 weiter, um eine Leiterbahn 40 mit mindestens einem Schmelzlot 52 in der Leiterbahn 40 zu bilden, wobei jedes des mindestens einen Schmelzlots 52 einen Abschnitt der Leiterbahn 40 umfasst, der eine reduzierte Querschnittsfläche von einem ersten Ende 108 zu einem zweiten Ende 110 des jeweiligen Schmelzlots 52 aufweist. Ein Abschnitt der Leiterbahn 40 kann eine Vielzahl von nicht-linearen Segmenten oder Abschnitten (z. B. eine Vielzahl von parallelen Kurven) umfassen, die eine Vielzahl von Schmelzloten 106 enthalten. Jedes der Vielzahl von nicht-linearen Segmenten kann entlang eng beabstandeter benachbarter Bahnen auf dem elektrisch isolierenden Substrat 34 geführt werden.
Beim Ausführen von SCHRITT 204 kann die leitfähige Leiterbahn 40 unter Verwendung herkömmlicher photolithographischer Techniken in die leitfähige Schicht 36 geätzt werden. Zunächst kann eine Schicht aus Fotolackmaterial (nicht gezeigt) auf der leitfähigen Schicht 36 aufgebracht werden. Die gewünschte Geometrie der leitfähigen Leiterbahn 40 kann auf das Fotolackmaterial unter Verwendung einer Maske oder photolithographischen Kunsttechnik abgebildet werden, wobei die Schmelzlote 42 auch auf das Fotolackmaterial abgebildet werden. Das unmaskierte Fotolackmaterial wird gehärtet, dann bedeckt unmaskiertes Fotolackmaterial die gewünschte Geometrie der leitfähigen Leiterbahn 40 und der Schmelzlote 42. Das gehärtete Fotolackmaterial wird entwickelt, indem das nicht gehärtete Fotolackmaterial entfernt und die Kupferschicht 36 freigelegt wird. Das gehärtete Fotolackmaterial, das auf der gewünschten leitfähigen Leiterbahn 40 und den Schmelzloten 42 bleibt, bietet Schutz während der weiteren Bearbeitung. Die freigelegte Kupferschicht 36 kann vom elektrisch isolierenden Substrat 34 durch Ätzen, vorzugsweise unter Verwendung einer Eisenchloridlösung, entfernt werden. Der verbleibende gehärtete Fotolack wird von der Kupferschicht 36 entfernt, wobei die gewünschten Leiterbahnabschnitte 48 mit integrierten Sicherungen 42, die auf dem elektrisch isolierenden Substrat 34 gebildet sind, verbleiben.
Der Prozess 200 geht mit SCHRITT 206 weiter, indem eine Vielzahl von Isolationsspalten 94 durch das elektrisch isolierende Substrat 34 gebildet werden, so dass jedes der Vielzahl von nicht-linearen Segmenten 68 durch einen der Vielzahl von Isolationsspalten voneinander getrennt ist. Die Vielzahl von Isolationsspalten 94 können einen Schlitz oder Schlitze umfassen, die (mindestens teilweise) durch das elektrisch isolierende Substrat 34 gebildet ist/sind, die zum Empfangen der dielektrischen Einkapselung 60, die die Leiterbahn 40 bedeckt, konfiguriert ist/sind. Das Verfahren 200 geht mit SCHRITT 208 weiter, indem ein oder mehrere Isolationsspalte 64 durch das elektrisch isolierende Substrat 34 gebildet werden, die im Wesentlichen die Vielzahl von nicht-linearen Segmenten 68 umgeben, wobei die Leiterbahn 40 auf dem elektrisch isolierenden Substrat in einen Bereich geführt wird, der vom/von den Isolationsspalt(en) umgeben ist. Der eine oder die mehreren Spalte 64 können ein Paar Isolationsspalte 78, 80 umfassen, die im Wesentlichen die Vielzahl von nicht-linearen Segmenten 68 der Leiterbahn 40 umgeben. Alternativ kann jeder der Isolationsspalte 64, 94, die sich um den Isolationsbereich 62 oder zwischen der Vielzahl von nicht-linearen Segmenten 68 befinden, vor der Bildung der Leiterbahn 40 gebildet werden.
Der Prozess 200 geht mit SCHRITT 210 weiter, indem eine dielektrische Einkapselung 60 auf das elektrisch isolierende Substrat 34 aufgebracht wird, um jedes des mindestens einen Schmelzlots 52 einzukapseln. Die dielektrische Einkapselung 60 kann auf einer Seite der Leiterbahn 40 gegenüber dem elektrisch isolierenden Substrat 34 vom ersten Ende 108 zum zweiten Ende 110 jedes des mindestens einen Schmelzlots 52 aufgebracht werden. Jedes des mindestens einen Schmelzlots 52 umfasst eine planare Oberfläche 58 auf der Seite der Leiterbahn 40 gegenüber dem elektrisch isolierenden Substrat 34, um die dielektrische Einkapselung 60 darauf aufzunehmen. Die dielektrische Einkapselung 60 kann einfach auf jedem Schmelzlot 52 durch Einkapseln eines Bereiches des elektrisch isolierenden Substrats 34 mit der Vielzahl von nicht-linearen Segmenten 68 aufgebracht werden. Die dielektrische Einkapselung 60 schließt vorzugsweise ein Epoxid- oder Harzmaterial mit einer hohen dielektrischen Stärke und einem hohen Volumenwiderstand ein. Die dielektrische Einkapselung 60 kann konfiguriert sein, um in das geöffnete Schmelzlot 124 zu fließen, nachdem das Schmelzlot 52 einen elektrischen Überschuss empfängt, um eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis zwischen dem ersten Leiterbahnabschnitt 54 und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 56 zu verhindern, wobei die dielektrische Einkapselung 60 eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis über das Schmelzlot 52 bis zu 600 Volt verhindert.
Mit Bezug auf 7 wird eine Querschnittsansicht eines Paars mehrschichtiger Leiterplatten 300, 302 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Querschnittsansicht erfolgt durch eine Durchgangslochdurchkontaktierung 304, 306 in jeder der mehrschichtigen Leiterplatten 300, 302, die elektrische Verbindungen zwischen Schichten in den jeweiligen Leiterplatten bereitstellen. Jede der mehrschichtigen Leiterplatten 300, 302 umfasst eine oder mehrere Leiterbahnen 308, 310, die auf und/oder innerhalb von Blattschichten eines elektrisch isolierenden Substrats 34 in einer gestapelten Konfiguration gebildet sind. Jede Durchgangslochdurchkontaktierung 304, 306 umfasst ein Loch 312, das durch die mehrschichtige Leiterplatte 300, 302 gebildet ist, die mit einem elektrisch leitfähigen Material 314 beschichtet ist. Von daher verbindet jede Durchgangslochdurchkontaktierung 304, 306 eine elektrische Komponente(n), die auf einer ersten Schicht der gedruckten Schaltungsplatine angeordnet ist/sind, mit einer elektrischen Komponente(n), die auf einer zweiten Schicht angeordnet ist/sind. Leitfähige Anschlussflächen 316 können auf Oberflächen von einer oder mehreren Schichten gebildet werden, um das beschichtete Loch mit elektrischen Komponenten auf der jeweiligen Schicht (z. B. Leiterbahnen, elektrischen Sicherungen usw.) zu verbinden. Leitfähige Anschlussflächen 316 werden auf äußeren Schichten der ersten mehrschichtigen Leiterplatte 300 und der zweiten mehrschichtigen Leiterplatte 302 angeordnet gezeigt.
7 zeigt die erste mehrschichtige Leiterplatte 300, wobei jede Schicht eine Leiterbahn 308 aufweist, die durch ein externes Sicherungselement 318 mit der Durchgangslochdurchkontaktierung 304 gekoppelt ist. 7 zeigt auch die zweite mehrschichtige Leiterplatte 302, wobei jede Schicht eine Leiterbahn 310 mit einem internen Sicherungselement 52 aufweist. Während ein internes Sicherungselement 52 innerhalb einer Leiterbahn 310 gebildet werden kann, kann ein externes Sicherungselement 318 auf dem elektrisch isolierenden Substrat 34 unabhängig von einer Leiterbahn 308 gebildet werden. Anstatt in eine Leiterbahn geätzt zu werden, könnte das externe Sicherungselement 318 beispielsweise getrennt auf der Durchgangslochdurchkontaktierung 304/dem elektrisch isolierenden Substrat 34 getrennt werden, um die Leiterbahn 308 zu verbinden. Die dielektrische Einkapselung 60 kann auf einer planaren Oberfläche eines externen Sicherungselements 318 gebildet sein, um eine bogenlose Sicherung zu bilden, die auf der Durchgangslochdurchkontaktierung 304 gebildet ist. In einer anderen Ausführungsfonn der Erfindung kann ein externes Sicherungselement auf der Durchgangslochdurchkontaktierung 304 gebildet sein, um Leiterbahnen 308, die auf verschiedenen Schichten gebildet sind, zu verbinden. Zum Beispiel kann ein externes Sicherungselement auf einer Innenoberfläche des Durchgangslochs 312 gebildet sein, um eine Leiterbahn 308 auf einer Schicht der Leiterplatte 300 mit einer Leiterbahn auf einer anderen Schicht der Leiterplatte zu verbinden. Eine dielektrische Einkapselung könnte ein externes Sicherungselement auf der Innenoberfläche der Durchgangslochdurchkontaktierung 312 einkapseln, um die Leiterbahnen 308, die durch das externe Sicherungselement mit der Durchgangslochdurchkontaktierung 304 verbunden sind, elektrisch zu isolieren.
Vorteilhafterweise stellen Ausführungsformen der Erfindung eine Leiterplatte mit integrierten Dünnschichtabsicherungen mit Lichtbogenunterdrückung bereit. Die Leiterplatte kann eine leitfähige Leiterbahn, die auf einem elektrisch isolierenden Substrat gebildet ist, einschließen, um einen elektrischen Schaltkreis zu bilden. Ein oder mehrere Sicherungselemente, die jeweils eine planare Oberfläche aufweisen, können in der leitfähigen Leiterbahn gebildet sein, wobei jedes des einen oder der mehreren Sicherungselemente konfiguriert ist, um den elektrischen Schaltkreis nach dem Empfangen eines elektrischen Überschusses zu öffnen. Die Leiterplatte kann auch eine dielektrische Einkapselung einschließen, die auf der planaren Oberfläche um jedes des einen oder der mehreren Sicherungselemente angeordnet ist, um eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis durch Reflow in ein jeweiliges offenes Sicherungselement zu verhindern. Das heißt, wenn sich das Sicherungselement bis zu seinem thermischen Schmelzpunkt aufwärmt, fließt das eingekapselte hochdielektrische Material um das offene durchgebrannte Element zurück, um somit die offene Lichtbogenbildung zu verhindern. Entsprechend ermöglicht der dielektrische Reflow, dass sich das Sicherungselement in einem Überstromereignis öffnet und dennoch eine Lichtbogenbildung bei einem Kurzschlussereignis verhindert.
Gemäß einer Ausführungsfonn der Erfindung schließt daher eine Leiterplatte mit integrierter Absicherung ein isolierendes Substrat mit einer auf einer Oberfläche davon gebildeten Leiterbahn ein, wobei die Leiterbahn einen ersten Leiterbahnabschnitt und einen zweiten Leiterbahnabschnitt einschließt. Ein Schmelzlot verbindet den ersten Leiterbahnabschnitt elektrisch mit dem zweiten Leiterbahnabschnitt, wobei das Schmelzlot eine planare Oberfläche einschließt, die sich vom ersten Leiterbahnabschnitt zum zweiten Leiterbahnabschnitt erstreckt. Ein dielektrischer Reflow kapselt das Schmelzlot auf der planaren Oberfläche vom ersten Leiterbahnabschnitt zum zweiten Leiterbahnabschnitt ein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schließt eine Leiterplatte mit integrierter Absicherung ein elektrisch isolierendes Substrat, eine Leiterbahn, die auf dem elektrisch isolierenden Substrat gebildet ist, um einen elektrischen Schaltkreis zu bilden, und ein oder mehrere Sicherungselemente, die in der Leiterbahn positioniert sind, ein. Jedes des einen oder der mehreren Sicherungselemente kann so konfiguriert sein, um den elektrischen Schaltkreis nach dem Empfangen eines elektrischen Überschusses zu öffnen. Eine dielektrische Einkapselung ist um jedes des einen oder der mehreren Sicherungselemente herum positioniert, um eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis durch Reflow in ein jeweiliges offenes Sicherungselement zu verhindern.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schließt ein Verfahren zum Bilden einer Leiterplatte das Bereitstellen eines elektrisch isolierenden Substrats mit einem leitfähigen Leiterbahnsubstrat auf einer ersten Oberfläche davon und das Ätzen des leitfähigen Leiterbahnsubstrats ein, um eine Leiterbahn mit mindestens einem Schmelzlot in der Leiterbahn zu bilden. Jedes des mindestens einen Schmelzlots schließt einen Abschnitt der Leiterbahn mit einer reduzierten Querschnittsfläche von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des jeweiligen Schmelzlots ein. Das Verfahren schließt auch das Aufbringen eines Dielektrikums auf die Leiterbahn ein, um jedes des mindestens einen Schmelzlots vom ersten Ende zum zweiten Ende einzukapseln.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich des besten Modus, und auch um einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, einschließlich des Herstellens und Verwendens jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und des Ausführens jeglicher enthaltener Verfahren. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert, und kann andere Beispiele einschließen, die dem Fachmann bekannt sind. Solche anderen Beispiele gelten innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht vom Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden vom Wortlaut der Ansprüche aufweisen.

Claims

Leiterplatte mit integrierter Absicherung, umfassend: ein isolierendes Substrat, umfassend eine Leiterbahn, die auf einer Oberfläche davon gebildet ist, wobei die Leiterbahn einen ersten Leiterbahnabschnitt und einen zweiten Leiterbahnabschnitt umfasst; ein Schmelzlot, das den ersten Leiterbahnabschnitt elektrisch mit dem zweiten Leiterbahnabschnitt verbindet, wobei das Schmelzlot eine planare Oberfläche umfasst, die sich vom ersten Leiterbahnabschnitt zum zweiten Leiterbahnabschnitt erstreckt; und einen dielektrischen Reflow, der das Schmelzlot auf der planaren Oberfläche vom ersten Leiterbahnabschnitt zum zweiten Leiterbahnabschnitt einkapselt.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung nach Anspruch 1, wobei die planare Oberfläche auf einer Seite des Schmelzlots gegenüber dem isolierenden Substrat positioniert ist.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung nach Anspruch 2, wobei die planare Oberfläche des Schmelzlots planar zu einer Oberfläche jedes des ersten Leiterbahnabschnitts und des zweiten Leiterbahnabschnitts ist.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung nach Anspruch 1, wobei das Schmelzlot so konfiguriert ist, dass es sich aufgrund einer durch einen elektrischen Überschuss verursachten Widerstandserwärmung öffnet, und wobei der dielektrische Reflow in das offene Schmelzlot fließt, um eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis zwischen dem ersten Leiterbahnabschnitt und dem zweiten Leiterbahnabschnitt zu verhindern.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung nach Anspruch 4, wobei der dielektrische Reflow eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis bis zu 600 Volt verhindert.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung nach Anspruch 1, wobei der dielektrische Reflow ein auf Epoxidharz basierendes hochdielektrisches Vergussmittel umfasst.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung nach Anspruch 1, wobei das Schmelzlot eine kleinere Querschnittsfläche als sowohl der erste Leiterbahnabschnitt als auch der zweite Leiterbahnabschnitt aufweist.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung, umfassend: ein elektrisch isolierendes Substrat; eine leitfähige Leiterbahn, die auf dem elektrisch isolierenden Substrat gebildet ist, um einen elektrischen Schaltkreis zu bilden; ein oder mehrere Sicherungselemente, die in der leitfähigen Leiterbahn positioniert sind, wobei jedes des einen oder der mehreren Sicherungselemente konfiguriert ist, um den elektrischen Schaltkreis nach dem Empfangen eines elektrischen Überschusses zu öffnen; und eine dielektrische Einkapselung, die um jedes des einen oder der mehreren Sicherungselemente positioniert ist, um eine Lichtbogenbildung bei offenem Schaltkreis durch Reflow in ein jeweiliges offenes Sicherungselement zu verhindern.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung nach Anspruch 8, wobei jedes des einen oder der mehreren Sicherungselemente eine planare obere Oberfläche umfasst, wobei die dielektrische Einkapselung die planare Oberfläche des jeweiligen Sicherungselementes bedeckt.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung nach Anspruch 8, wobei ein Abschnitt der leitfähigen Leiterbahn eine nicht-lineare Konfiguration umfasst, wobei eine Vielzahl von Segmenten des Abschnitts in einer benachbarten Beziehung zueinander angeordnet sind, und wobei das eine oder die mehreren Sicherungselemente eine Vielzahl von Sicherungselementen umfassen, die in der Vielzahl von Segmenten positioniert sind, wobei die Vielzahl von Sicherungselementen seriell angeordnet sind.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung nach Anspruch 10, wobei die Vielzahl von Segmenten der leitfähigen Leiterbahn einen spiralförmigen Abschnitt der leitfähigen Leiterbahn bilden.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung nach Anspruch 10, wobei die dielektrische Einkapselung den nicht-linearen Abschnitt der leitfähigen Leiterbahn bedeckt.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung nach Anspruch 12, ferner umfassend einen oder mehrere Isolationsspalte, die im elektrisch isolierenden Substrat gebildet sind und jedes der Vielzahl von Segmenten der leitfähigen Leiterbahn trennen, und wobei sich die dielektrische Einkapselung in jeden Isolationsspalt erstreckt.
Leiterplatte mit integrierter Absicherung nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl von Segmenten der leitfähigen Leiterbahn auf einem Isolationsbereich des elektrisch isolierenden Substrats gebildet sind, wobei der Isolationsbereich im Wesentlichen von einer oder mehreren Öffnungen umgeben ist, die im elektrisch isolierenden Substrat gebildet sind, wobei die leitfähige Leiterbahn in den Isolationsbereich geführt ist, und wobei sich die dielektrische Einkapselung in jede der einen oder mehreren Öffnungen erstreckt, um den Isolationsbereich einzukapseln.
Verfahren zum Bilden einer Leiterplatte, umfassend: Bereitstellen eines elektrisch isolierenden Substrats, das ein leitfähiges Leiterbahnsubstrat auf einer ersten Oberfläche davon aufweist; Ätzen des leitfähigen Leiterbahnsubstrats, um eine Leiterbahn mit mindestens einem Schmelzlot in der Leiterbahn zu bilden, wobei jedes des mindestens einen Schmelzlots einen Abschnitt der Leiterbahn umfasst, der eine reduzierte Querschnittsfläche von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des jeweiligen Schmelzlots aufweist; und Aufbringen eines Dielektrikums auf die Leiterbahn, um jedes des mindestens einen Schmelzlots vom ersten Ende zum zweiten Ende einzukapseln.
Verfahren zum Bilden einer Leiterplatte nach Anspruch 15, wobei jedes des mindestens einen Schmelzlots eine planare Oberfläche auf der Seite der Leiterbahn gegenüber dem elektrisch isolierenden Substrat umfasst, um das Dielektrikum darauf aufzunehmen.
Verfahren zum Bilden einer Leiterplatte nach Anspruch 15, wobei das mindestens eine Schmelzlot eine Vielzahl von Schmelzloten umfasst.
Verfahren zum Bilden einer Leiterplatte nach Anspruch 17, wobei ein Abschnitt der Leiterbahn eine Vielzahl von nicht-linearen Segmenten umfasst, die die Vielzahl von Schmelzloten enthalten.
Verfahren zum Bilden einer Leiterplatte nach Anspruch 18, wobei das Dielektrikum einen Bereich des elektrisch isolierenden Substrats einkapselt, der die Vielzahl von nicht-linearen Segmenten enthält.
Verfahren zum Bilden einer Leiterplatte nach Anspruch 19, ferner umfassend das Bilden einer Vielzahl von Isolationsspalten im elektrisch isolierenden Substrat, wobei die Vielzahl von Isolationsspalten Isolationsspalte, die die Vielzahl von nicht-linearen Segmenten umgeben, und Isolationsspalte einschließen, die positioniert sind, um jedes der Vielzahl von nicht-linearen Segmenten voneinander zu trennen, wobei das Dielektrikum in die Vielzahl von Isolationsspalten hinein gebildet ist.