DE102019213083A1 - Device for the detection of deformations of a printed circuit board - Google Patents
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Abstract
Einrichtung zur Detektion von Verformungen einer Leiterplatte, umfassend mindestens ein Detektionselement, welches an mindestens einer Position auf der Leiterplatte zur Detektion von Verformungen der Leiterplatte montiert wird, wobei das Detektionselement eine geringere Robustheit im Vergleich zu anderen auf der Leiterplatte montierten elektronischen Bauelementen aufweist.Device for detecting deformations of a printed circuit board, comprising at least one detection element which is mounted in at least one position on the printed circuit board for detecting deformations of the printed circuit board, the detection element being less robust than other electronic components mounted on the printed circuit board.
Description
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Detektion von Verformungen einer Leiterplatte, einem Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zur Detektion von Verformungen einer Leiterplatte sowie einer Verwendung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a device for detecting deformations of a circuit board, a method for operating a device for detecting deformations of a circuit board and a use according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Steuergeräte werden gegen Leiterplattendehnungs-induzierte Ausfälle auf das Fehlerbild Bruch von Keramikkondensatoren ausgelegt. Diese werden häufig für zur Erhöhung einer Robustheit einer Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eingesetzt. Ein Ausfall der Kondensatoren, beispielsweise ein Bruch eines Keramikkörpers des Kondensators mit Kurzschluss oder Unterbrechung als Folge, wird in bisherigen Schaltungen typischerweise nicht bemerkt. Dies kann aber unter bestimmten EMV-Bedingungen zu kritischen Messabweichungen für sicherheitsrelevante Überwachungen führen.Control units are designed to counteract the failure pattern of breakage in ceramic capacitors against circuit board expansion-induced failures. These are often used to increase the robustness of an electromagnetic compatibility (EMC). A failure of the capacitors, for example a break in a ceramic body of the capacitor resulting in a short circuit or an interruption, is typically not noticed in previous circuits. However, under certain EMC conditions, this can lead to critical measurement errors for safety-relevant monitoring.
Aktuell erfolgt eine Absicherung von sicherheitskritischen oder schweren Leiterplattendehnungsinduzierten Ausfällen, beispielsweise Brand, Explosion oder Liegenbleiber, bei Geräten durch Produktvalidierung und Serienüberwachung unter Annahme eines Feldlastprofils. Hierfür wird eine repräsentative Charge der Geräte für Tests ausgewählt. Üblicherweise ist keine Überprüfung von einzelnen Geräten oder einzelnen Produktionschargen möglich.Safety-critical or severe circuit board expansion-induced failures, such as fire, explosion or breakdown, are currently being safeguarded for devices through product validation and series monitoring based on the assumption of a field load profile. For this purpose, a representative batch of the devices is selected for testing. Usually it is not possible to check individual devices or individual production batches.
Weiter ist keine Überwachung des aktuellen bisher erreichten Dehnungs-Lasthorizonts von Geräten im Feld möglich. Daher wird nach dem Stand der Technik eine Worst-Case Auslegung einer erwarteten maximalen Leiterplattendehnung vorgenommen. Durch einen weltweiten Verkauf existieren sehr unterschiedliche Leiterplattendehnungs-Lastverteilungen, daher müssen Geräte bei der Worst-Case Auslegung auf das kritischste Gebiet weltweit ausgelegt werden. Dies stellt sehr hohe Anforderungen an die Geräte, obwohl diese mehrheitlich in unkritischen Gebieten verkauft werden könnten.Furthermore, it is not possible to monitor the current expansion load horizon achieved by devices in the field. Therefore, according to the prior art, a worst-case design of an expected maximum circuit board expansion is carried out. Due to worldwide sales, there are very different circuit board expansion load distributions, so devices must be designed for the worst-case design for the most critical area worldwide. This places very high demands on the devices, although the majority of them could be sold in non-critical areas.
Das Dokument
Das Dokument
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.It is the object of the present invention to further improve the state of the art. This object is achieved by the features of the independent claims.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Dazu umfasst eine Einrichtung zur Detektion von Verformungen einer Leiterplatte mindestens ein Detektionselement, welches an mindestens einer Position auf der Leiterplatte zur Detektion von Verformungen der Leiterplatte montiert wird, wobei das Detektionselement eine geringere Robustheit im Vergleich zu anderen auf der Leiterplatte montierten elektronischen Bauelementen aufweist.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claims. For this purpose, a device for detecting deformations of a circuit board comprises at least one detection element which is mounted in at least one position on the circuit board to detect deformations of the circuit board, the detection element being less robust than other electronic components mounted on the circuit board.
Ein oder mehrere keramische Detektionselemente werden an Positionen installiert, die von einer Leiterplattendehnung unter Berücksichtigung eines mechanischen Spannungszustandes der in einem Gehäuse bzw. übergeordneter Struktur verbauten Leiterplatte am kritischsten sind. Dadurch können Verformungen der Leiterplatte frühzeitig erkannt werden.One or more ceramic detection elements are installed at positions that are determined by a circuit board expansion, taking into account a mechanical stress state of the in A printed circuit board built into a housing or a superordinate structure is the most critical. This allows deformations of the circuit board to be detected early on.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments are the subject of the subclaims.
Das Detektionselement umfasst vorteilhafterweise ein keramisches Bauelement. Das keramische Bauelement weist einen im Wesentlichen gleichen inneren Aufbau wie Keramikkondensatoren auf. Durch den Aufbau mit einem spröden Material wie die Keramikkondensatoren, bricht das keramische Bauelement bei geringen Verformungen, was zur Detektion von Verformungen der Leiterplatte genutzt wird.The detection element advantageously comprises a ceramic component. The ceramic component has essentially the same internal structure as ceramic capacitors. Due to the structure with a brittle material such as the ceramic capacitors, the ceramic component breaks with slight deformations, which is used to detect deformations of the circuit board.
Die geringere Robustheit des keramischen Bauelements wird durch Wahl einer Dimension des keramischen Bauelements und/oder einer Form des keramischen Bauelements erzielt. Durch die geringere Robustheit des keramischen Bauelements bricht dieses früher beispielsweise im Vergleich zum kritischsten Keramikkondensator, so dass ein Betrieb trotz beginnender Verformung der Leiterplatte sichergestellt ist.The lower robustness of the ceramic component is achieved by choosing a dimension of the ceramic component and / or a shape of the ceramic component. Due to the lower robustness of the ceramic component, it breaks earlier, for example in comparison to the most critical ceramic capacitor, so that operation is ensured despite the start of deformation of the circuit board.
Die Dimension des keramischen Bauelements wird durch ein Länge-Breite-Verhältnis vorgegeben. Vorteilhafterweise orientiert sich das Länge-Breite-Verhältnis am kritischsten Keramikkondensator der Leiterplatte.The dimension of the ceramic component is specified by a length-to-width ratio. The length-to-width ratio is advantageously based on the most critical ceramic capacitor on the circuit board.
Die Form des keramischen Bauelements wird durch mindestens eine Sollbruchstelle und/oder mindestens eine Aussparung vorgegeben. Eine Sollbruchstelle, beispielsweise eine gezielt designte Kerbe, sorgt für eine geringere Robustheit gegenüber den anderen elektronischen Bauelementen.The shape of the ceramic component is predetermined by at least one predetermined breaking point and / or at least one recess. A predetermined breaking point, for example a specifically designed notch, ensures that it is less robust than the other electronic components.
Die anderen Bauelemente sind insbesondere Keramikkondensatoren und/oder elektronische Bauelemente mit Keramikkörpern.The other components are in particular ceramic capacitors and / or electronic components with ceramic bodies.
Vorteilhafterweise werden insbesondere Dehnungen der Leiterplatte als Verformungen detektiert. In einer weiteren Ausführungsform werden Dehnungen der Leiterplatte in verschiedene Raumrichtungen durch orthogonal orientierte Detektionselemente detektiert, wobei die Detektionselemente insbesondere elektrisch in Reihe angeordnet sind. Dadurch können Verformungen in verschiedene Raumrichtungen mit geringem technischen Schaltungsaufwand realisiert werden.In particular, expansions of the circuit board are advantageously detected as deformations. In a further embodiment, expansions of the circuit board in different spatial directions are detected by orthogonally oriented detection elements, the detection elements in particular being arranged electrically in series. This means that deformations in different spatial directions can be implemented with little technical circuit complexity.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zur Detektion von Verformungen einer Leiterplatte mit mindestens einem Detektionselement umfasst folgende Schritte:
- a. Erfassen einer elektrischen Widerstandsgröße, die einen elektrischen Widerstand des Detektionselements repräsentiert;
- b. Vergleichen der erfassten elektrischen Widerstandsgröße mit mindestens einem vorgegebenen Schwellenwert;
- c. Erzeugen eines Signals in Abhängigkeit des Vergleichs
- a. Detecting an electrical resistance that represents an electrical resistance of the detection element;
- b. Comparing the detected electrical resistance variable with at least one predetermined threshold value;
- c. Generating a signal as a function of the comparison
Dadurch kann beispielsweise ein Fahrer eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs frühzeitig informiert werden, dass eine kritische Leiterplattendehnung, welche zu einem Bruch von elektronischen Bauelementen, insbesondere mit Keramikkörper, führen kann und oberhalb derer kritische Ausfälle nicht ausgeschlossen werden können, überschritten ist. Das erzeugte Signal kann beispielsweise über vorhandene Softwarefunktionen an den Fahrer, beispielsweise optisch, akustisch und/oder haptisch, und/oder an das Fahrzeug übermittelt werden.In this way, for example, a driver of an electrically powered vehicle can be informed at an early stage that a critical circuit board expansion, which can lead to breakage of electronic components, in particular with ceramic bodies, and above which critical failures cannot be ruled out, has been exceeded. The generated signal can, for example, be transmitted to the driver via existing software functions, for example optically, acoustically and / or haptically, and / or to the vehicle.
Vorteilhafterweise kann für jedes individuelle Bauelement an kritischen Positionen auf der Leiterplatte ein Detektionselement montiert werden und über den Schwellenwert eine Ausfallgrenze festgelegt werden, beispielsweise anhand der im Feld auftretenden maximalen Leiterplattendehnung. Wird dieser Schwellenwert überschritten kann ein Servicetermin zur Reparatur oder Austausch der Leiterplatte veranlasst werden.A detection element can advantageously be mounted for each individual component at critical positions on the printed circuit board and a failure limit can be set using the threshold value, for example based on the maximum printed circuit board expansion occurring in the field. If this threshold value is exceeded, a service appointment for repair or replacement of the circuit board can be arranged.
Weiter kann durch die Detektion von Verformungen präventiv ein Austausch eines Steuergeräts mit der Leiterplatte durchgeführt werden, bevor es zu einem elektrischen Ausfall kommt.Furthermore, by detecting deformations, a preventive replacement of a control device with the circuit board can be carried out before an electrical failure occurs.
In einer weiteren Ausführungsform können nach Detektion von Verformungen einer Leiterplatte sukzessive Funktionen des Steuergeräts und/oder des Fahrzeugs stillgelegt werden, beispielsweise Komfortfunktionen wie Klimaanlage oder Radio oder ein weiterer Fahrzeugstart unterbunden, um einen Fahrer nachdrücklich zu einem zeitnahen Austausch zu bewegen.In a further embodiment, after deformations of a printed circuit board have been detected, successive functions of the control unit and / or the vehicle can be shut down, for example convenience functions such as air conditioning or radio or another vehicle start-up prevented in order to urge a driver to promptly replace it.
Vorteilhafterweise findet eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Detektion von Verformungen einer Leiterplatte Verwendung in Steuergeräten für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes, stationäre Speicher, für portable Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung, für elektrische Handwerkzeuge oder Küchenmaschinen.A device according to the invention for detecting deformations of a circuit board is advantageously used in control devices for electric vehicles, hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, aircraft, pedelecs or e-bikes, stationary storage devices, for portable devices for telecommunications or data processing, for electric hand tools or kitchen machines.
FigurenlisteFigure list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines keramischen Kondensators gemäß dem Stand der Technik; und -
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Detektionselements der erfindungsgemäßen Einrichtung; und -
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Detektionselements der erfindungsgemäßen Einrichtung.
Show it:
-
1 a schematic representation of a ceramic capacitor according to the prior art; and -
2 a schematic representation of a first embodiment of a detection element of the device according to the invention; and -
3rd a schematic representation of a second embodiment of a detection element of the device according to the invention.
Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the exemplary embodiments
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtu ngskomponenten.The same reference symbols denote the same device components in all figures.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 2012/0179391 [0005]US 2012/0179391 [0005]
- JP 2016100361 [0006]JP 2016100361 [0006]
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DE102019213083.6A DE102019213083A1 (en) | 2019-08-30 | 2019-08-30 | Device for the detection of deformations of a printed circuit board |
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DE102019213083.6A DE102019213083A1 (en) | 2019-08-30 | 2019-08-30 | Device for the detection of deformations of a printed circuit board |
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DE102019213083A1 true DE102019213083A1 (en) | 2021-03-04 |
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ID=74565312
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DE102019213083.6A Pending DE102019213083A1 (en) | 2019-08-30 | 2019-08-30 | Device for the detection of deformations of a printed circuit board |
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DE (1) | DE102019213083A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN114137345A (en) * | 2021-11-25 | 2022-03-04 | 深圳市征阳电路科技有限公司 | FPC stress screening detecting system |
CN114137345B (en) * | 2021-11-25 | 2024-05-31 | 深圳市三田技术科技有限公司 | FPC stress screening and detecting system |
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2019
- 2019-08-30 DE DE102019213083.6A patent/DE102019213083A1/en active Pending
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