DE202015101661U1 - printed circuit board - Google Patents
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Abstract
Leiterplatine (2) umfassend eine Anzahl von Leiterbahnen (4), die auf einer Oberseite (12) eines Trägers (6) aufgebracht sind, wobei zumindest eine Leiterbahn (4) zur Ausbildung eines Schmelzsicherungselements (10) in zumindest einem Abschnitt eine Querschnittsverringerung (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Oberseite (12) gegenüberliegenden Unterseite (14) des Trägers (6) eine Materialaussparung (16) ausgebildet ist, welche im Bereich des Abschnitts mit der Querschnittsverjüngung (8) positioniert istPrinted circuit board (2) comprising a number of printed conductors (4) which are applied to an upper side (12) of a carrier (6), wherein at least one printed conductor (4) for forming a fuse element (10) has a cross-sectional reduction in at least one section (8 ), characterized in that on one of the upper side (12) opposite bottom (14) of the carrier (6) has a material recess (16) is formed, which in the region of the portion with the cross-sectional taper (8) is positioned
Description
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatine umfassend eine Anzahl von Leiterbahnen, die auf einer Oberseite eines Trägers aufgebracht sind, wobei zumindest eine Leiterbahn zur Ausbildung eines Schmelzsicherungselements in zumindest einem Abschnitt eine Querschnittsverringerung aufweist. The invention relates to a printed circuit board comprising a number of printed conductors, which are applied to an upper side of a carrier, wherein at least one conductor track for forming a fuse element in at least one section has a cross-sectional reduction.
Die auf einer Leiterplatine oder auch kurz Platine realisierten Leiterstrukturen oder Leiterbahnen werden in einigen Fällen auch dazu genutzt, um mit deren Hilfe Schmelzsicherungen zu realisieren, so wie dies beispielsweise aus der
Typischerweise wird hierzu eine Leiterbahn auf der Leiterplatine mit einer definierten Engstelle versehen, die im Auslösefall, also im Falle eines Überstroms, durchschmilzt. Als ungünstig wird hierbei angesehen, dass die dabei auftretende Erwärmung im Bereich der Engstelle mitunter so stark ist, dass das Trägermaterial oder die Trägerplatte, auf der die Leiterbahnen oder Leiterstrukturen realisiert sind im Bereich der Engstelle verkohlt. Diese Verkohlung führt je nach Trägermaterial zu einer Ausbildung von Kohlenstoffverbindungen, die leitfähig sind und somit zu einer Verringerung des Isolationswiderstands im Bereich einer aufgeschmolzenen Engstelle führen. Dies ist prinzipiell unerwünscht und kann in einigen Fällen sogar problematisch sein. Typically, for this purpose, a conductor track on the printed circuit board is provided with a defined constriction, which melts in the event of tripping, ie in the event of an overcurrent. It is regarded as unfavorable here that the heating occurring in the area of the constriction is sometimes so strong that the carrier material or the carrier plate on which the conductor tracks or conductor structures are realized chars in the region of the constriction. Depending on the carrier material, this charring leads to the formation of carbon compounds which are conductive and thus lead to a reduction in the insulation resistance in the region of a melted constriction. This is undesirable in principle and may even be problematic in some cases.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhaft ausgestaltete Leiterplatine anzugeben sowie ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Leiterplatine. Based on this, the present invention seeks to provide an advantageously designed printed circuit board and a method for producing a corresponding printed circuit board.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Leiterplatine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten. This object is achieved by a printed circuit board having the features of claim 1. Preferred developments are contained in the dependent claims.
Eine entsprechende Leiterplatine ist dabei bevorzugt für den Einsatz im Kraftfahrzeugbereich vorgesehen und dementsprechend an die Anforderungen im Kraftfahrzeugbereich angepasst. Sie umfasst eine Anzahl von Leiterbahnen oder Leiterstrukturen, die auf einer Oberseite eines Trägers oder einer Trägerplatte aufgebracht sind, wobei zumindest eine Leiterbahn zur Ausbildung eines Schmelzsicherungselements in zumindest einem Abschnitt eine Querschnittsverjüngung oder Querschnittsveringerung aufweist. Dieses zumindest eines Schmelzsicherungselement dient dabei nach an sich bekanntem Prinzip zur Absicherung eines Strompfades, der zumindest teilweise durch die zumindest eine Leiterbahn mit dem Schmelzsicherungselement ausgebildet ist, gegen Überströme und dementsprechend ist die Leiterbahn im Bereich der Querschnittsverjüngung derart ausgestaltet, dass diese im Auslösefall, also im Falle eines Überstroms, aufschmilzt oder durchschmilzt und infolge dessen die elektrisch leitende Verbindung durchtrennt wird. Zusätzlich ist auf einer der Oberseite gegenüber liegenden Unterseite des Trägers eine Materialaussparung ausgebildet, welche im Bereich des Abschnitts mit der Querschnittsverjüngung positioniert ist. Die auf der Unterseite des Trägers realisierte Vertiefung, also die Materialaussparung, ergänzt hierbei die Querschnittsverjüngung, ist also Teil des Schmelzsicherungselements, und trägt somit dazu bei, dass im Auslösefall der Stromfluss durch die Leiterbahn sicher unterbrochen wird. A corresponding printed circuit board is preferably provided for use in the automotive sector and adapted accordingly to the requirements in the automotive sector. It comprises a number of conductor tracks or conductor structures which are applied to an upper side of a carrier or a carrier plate, wherein at least one conductor track for forming a fuse element in at least one section has a cross-sectional taper or cross-sectional reduction. This at least one fuse element is used according to a principle known per se for securing a current path, which is at least partially formed by the at least one conductor to the fuse element, against overcurrents and, accordingly, the conductor in the region of the cross-sectional taper is designed such that it in the case of tripping, ie in the case of an overcurrent, melts or melts and as a result, the electrically conductive connection is severed. In addition, a material recess is formed on an upper side of the underside opposite the carrier, which is positioned in the region of the section with the cross-sectional taper. The realized on the underside of the support recess, so the material recess here completes the cross-sectional taper, so it is part of the fuse element, and thus contributes to that in the case of triggering the current flow through the conductor is securely interrupted.
Tritt nun bei einer derart ausgestalteten Leiterplatine die eingangs dargelegte starke Erwärmung des Materials des Trägers oder des Trägermaterials im Bereich des Schmelzsicherungselements im Auslösefall auf, so führt dies zwar zunächst wieder zu einer Verkohlung des Trägermaterials, infolge der Ausgestaltung der Leiterplatine und insbesondere infolge der Materialaussparung im Träger bedingt diese Verkohlung jedoch eine Zerstörung des Trägermaterials im Bereich der Materialverjüngung der Leiterbahn, so dass nicht nur die Leiterbahn sondern auch der Träger in diesen Bereich nach Auftreten eines Überstromes eine Unterbrechung aufweist, also typischerweise einen vollständigen Durchbruch, der die Leiterbahn durchtrennt und die weitere Stromführung sicher unterbindet. Insgesamt ist daher der Träger im Bereich der Schmelzsicherung durch die Materialaussparung vorzugsweise derart geschwächt ausgebildet und die verbleibende Materialstärke ist derart gering bemessen, dass im Falle eines Überstroms, der zu einem Aufschmelzen der Schmelzsicherung führt, zugleich auch ein Unterbrechen des verbleibenden Trägermaterials erfolgt. Occurs now in such a designed printed circuit board, the above-stated strong heating of the material of the carrier or the carrier material in the field of fuse element in the event of triggering, this leads indeed initially again to charring of the carrier material, due to the design of the printed circuit board and in particular due to the material recess in Carrier causes this charring, however, a destruction of the substrate in the material tapering of the conductor so that not only the trace but also the carrier in this area after occurrence of an overcurrent has an interruption, so typically a complete breakthrough that cuts through the trace and the other Power supply safely prevented. Overall, therefore, the support in the region of the fuse by the material recess is preferably designed so weakened and the remaining material thickness is dimensioned so small that in the case of an overcurrent, which leads to a melting of the fuse, at the same time also interrupting the remaining carrier material.
Das hierbei zugrundeliegende Prinzip lässt sich dabei problemlos auf Ausgestaltungen der Leiterplatine mit mehreren Schmelzsicherungselementen übertragen und dementsprechend weist die Leiterplatine je nach Anwendungszweck eine angepasste Anzahl von Schmelzsicherungselementen auf, die bevorzugt alle nach Art des zuvor beschriebenen Schmelzsicherungselements ausgebildet sind. Für jeweils ein Schmelzsicherungselement ist dabei bevorzugt genau eine Materialaussparung vorgesehen. Alternativ ist eine gemeinsame Materialaussparung mehreren Schmelzsicherungselementen zugeordnet. Der Einfachheit halber wird nachfolgend jedoch stets der Sonderfall mit nur einem Schmelzsicherungselement behandelt. The principle underlying this can be easily transferred to configurations of the printed circuit board having a plurality of fuse elements and accordingly, the printed circuit board, depending on the application, an adapted number of fuse elements, which are preferably all formed in the manner of the previously described fuse element. For each one fuse element is preferably provided exactly a material recess. Alternatively, a common material recess is assigned to a plurality of fuse elements. For the sake of simplicity, however, the special case will always be treated with only one fuse element below.
Weiter bevorzugt wird die Materialaussparung nachträglich in den Träger eingebracht oder eingearbeitet und zwar insbesondere auch nach einer Ausbildung der Leiterbahnen oder Leiterstrukturen auf dem Träger. Infolge dessen erfolgt dann bei der Herstellung entsprechender Leiterplatinen lediglich eine einfache zusätzliche Nachbearbeitung, während der übrige Fertigungsprozess im Wesentlichen unverändert nach an sich bekannten Prinzipien erfolgen kann. Bevorzugt werden dabei die Leiterbahnen oder Leiterstrukturen mittels eines photochemischen Verfahrens oder mittels eines Siebdruckverfahrens hergestellt und je nach Anwendungszweck erfolgt des Weiteren erfolgt im Verlauf der Fertigung eine Bestückung der Leiterplatine mit elektrischen oder elektronischen Bausteinen. Für diese Fertigungsprozessschritte ist es günstig, wenn der Träger in allen Bereichen stabil und belastbar ist, weswegen die Einbringung oder Ausbildung der Materialaussparung, wie erwähnt, bevorzugt erst nach diesen Fertigungsprozessschritten vorgenommen wird. More preferably, the material recess is subsequently introduced or incorporated into the carrier and in particular after an embodiment of the conductor tracks or conductor structures on the carrier. As a result, then takes place in the production of corresponding printed circuit boards only a simple additional post-processing, while the rest of the manufacturing process can be carried out substantially unchanged according to known principles. In this case, the conductor tracks or conductor structures are preferably produced by means of a photochemical method or by means of a screen printing method, and, depending on the intended use, the printed circuit board is equipped with electrical or electronic components in the course of production. For these production process steps, it is favorable if the carrier is stable and loadable in all areas, for which reason the introduction or formation of the material recess, as mentioned, is preferably carried out only after these production process steps.
In jedem Fall aber wird die Materialaussparung bevorzugt derart ausgebildet, dass im Bereich der Materialaussparung ein Rest an Material des Trägers verbleibt, der eine Art Brücke oder Steg ausbildet und als tragendes Element für das darauf aufgebracht Leitermaterial, also den Leiterabschnitt mit der Querschnittsverjüngung dient. In any case, however, the material recess is preferably formed such that in the area of the material recess a remainder of the material of the carrier remains, which forms a kind of bridge or web and serves as a supporting element for the conductor material applied thereto, ie the conductor section with the cross-sectional taper.
Da das die Leiterbahn im Bereich der Querschnittsverjüngung tragende Restmaterial des Trägers im Auslösefall zerstört werden soll und sich dabei in diesen Bereich ein vollständiger Durchbruch ausbilden soll, darf die Stärke des Trägers in diesem Bereich nicht zu groß gewählt werden und infolge dessen wird eine Ausgestaltung der Leiterplatine bevorzugt, bei der die Stärke des Trägers im Bereich der Materialaussparung um mindestens 50 % und vorzugsweise um mindestens 70% reduziert ist im Vergleich zu Bereichen des Trägers ohne Materialaussparung. Since the conductor track in the region of the cross-sectional taper carrying residual material of the carrier is to be destroyed when triggered and thereby form a complete breakthrough in this area, the strength of the carrier in this area must not be too large and as a result, an embodiment of the printed circuit board in which the thickness of the carrier in the area of the material recess is reduced by at least 50% and preferably by at least 70% in comparison to areas of the carrier without material recess.
Einer weiteren Ausführungsvariante der Leiterplatine entsprechend ist in die Materialaussparung ein Füllkörper oder Inlay eingebracht, der bzw. das bevorzugt die Materialaussparung ausfüllt und insbesondere genau auffüllt. Dabei sind der Träger und der Füllkörper bevorzugt aus unterschiedlichen Materialien hergestellt und der Füllkörper ist zweckdienlicherweise in die Materialaussparung eingepresst oder eingeklebt. Mit Hilfe eines solchen Füllkörpers lässt sich der Träger insbesondere im Bereich der Materialaussparung verstärken, wodurch die Widerstandsfähigkeit des Trägers gegen mechanische Belastung erhöht wird. According to a further embodiment variant of the printed circuit board, a filler or inlay is introduced into the material recess, which or which preferably fills the material recess and, in particular, fills it up exactly. The carrier and the filler body are preferably made of different materials and the filler is expediently pressed or glued into the material recess. With the aid of such a filler body, the carrier can be reinforced, in particular in the region of the material recess, whereby the resistance of the carrier is increased against mechanical stress.
Bevorzugt dient der Füllkörper in erster Linie dazu, den Träger im Bereich der Materialaussparung unter Spannung zu setzen. Der Füllkörper übt also – zumindest im Auslösefall – auf die Ränder des Trägers eine mechanische Spannung aus. Im Auslösefall wird der Träger in diesem Bereich durch die wirkende Spannung regelrecht aufgebrochen und es bildet sich ein Riss durch das Trägermaterial aus, der die Leiterbahn des Sicherungselements durchtrennt. Die ausgeübte mechanische Spannung wirkt dabei insbesondere in Längsrichtung der aufgebrachten Leiterbahn des Schmelzsicherungsbereichs. Preferably, the filler serves primarily to put the carrier in the material recess under tension. The filler thus exerts - at least in the case of triggering - on the edges of the carrier from a mechanical tension. When triggered, the carrier is literally broken in this area by the acting tension and it forms a crack through the substrate, which cuts through the track of the fuse element. The applied mechanical stress acts in particular in the longitudinal direction of the applied conductor track of the fuse region.
Bevorzugt wird der Füllkörper im unbelasteten Ausgangszustand spannungsfrei in die Materialausnehmung eingesetzt und die Spannung wird erst beim Auslösefall erzeugt oder zumindest erhöht. Preferably, the filler is used stress-free in the unloaded initial state in the material recess and the voltage is generated or at least increased only when triggered.
Zweckdienlicherwesie wird dies durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten erreicht. Der Füllkörper weist hierzu insbesondere einen Wärmeausdehnungskoeffizient auf, der größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägers. Zweckdienlicherwesie this is achieved by different thermal expansion coefficients. For this purpose, the filler has, in particular, a thermal expansion coefficient which is greater than the thermal expansion coefficient of the carrier.
Des Weiteren ist der Füllkörper vorteilhafter Weise aus einem thermisch beständigen und elektrisch isolierenden Material gefertigt. Unter thermisch beständig wird hierbei insbesondere verstanden, dass bei einem Auslösefall, also einem Aufschmelzen der Schmelzsicherung, das Material den dabei auftretenden Temperaturen standhält und insbesondere keine Verkohlung auftritt. Hierdurch ist verhindert, dass das Material des Füllkörpers durch Verkohlung Kohlenstoffverbindungen ausbildet oder auf irgendeine andere Weise zu einer unerwünschten Stromführung beiträgt oder auch nur den Isolationswiderstand verringert. Furthermore, the filler is advantageously made of a thermally stable and electrically insulating material. By "thermally stable" it is to be understood here in particular that in the case of a triggering event, that is to say a melting of the fuse, the material withstands the temperatures occurring and in particular no charring occurs. This prevents that the material of the filler by carbonization forms carbon compounds or contributes in any other way to an unwanted current conduction or even reduces the insulation resistance.
Da die Herstellung entsprechender Leiterplatinen möglichst einfach gehalten werden soll und der Fertigungsprozess im Wesentlichen unverändert und lediglich durch einen zusätzlichen, angehängten Fertigungsteilschritt ergänzt werden soll, ist der Träger im Falle der meisten Ausführungsvarianten der Leiterplatine aus einem gängigen Verbundwerkstoff der Klasse FR4 hergestellt und die Materialaussparung wird bevorzugt durch Fräsen in den Träger eingebracht. Since the production of corresponding printed circuit boards to be kept as simple as possible and the manufacturing process is essentially unchanged and supplemented only by an additional, attached manufacturing step, the carrier is made in the case of most embodiments of the printed circuit board of a common composite material class FR4 and the material recess preferably introduced by milling in the carrier.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing. Show:
Eine nachfolgend exemplarisch beschriebene und in
Dabei weist eine Leiterbahn
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Im Auslösefall, also im Falle eines Überstromes, erfolgt nun eine starke Erwärmung der Leiterbahn
Um diesen Prozess zu unterstützen, wird mit Hilfe des Füllkörpers
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. The invention is not limited to the embodiment described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with each other in other ways, without departing from the subject matter of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 2 2
- Leiterplatine printed circuit board
- 4 4
- Leiterbahn conductor path
- 6 6
- Träger carrier
- 8 8th
- Querschnittsverjüngung Cross-sectional narrowing
- 10 10
- Sicherungselement fuse element
- 12 12
- Oberseite top
- 14 14
- Unterseite bottom
- 16 16
- Materialaussparung material cut
- 18 18
- Brückenelement bridge element
- 20 20
- Füllkörper packing
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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