DE69402247T2

DE69402247T2 - Verfahren zur Herstellung einer Sicherung für eine Leiterplatte und danach hergestellter Sicherung

Info

Publication number: DE69402247T2
Application number: DE69402247T
Authority: DE
Inventors: Stefan Loef
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2014-05-28
Also published as: AU672296B2; SE9301825L; FI942492A0; US5543774A; NO941963L; SE9301825D0; DE69402247D1; EP0626714B1; DK0626714T3; EP0626714A1; AU6335794A; ES2102798T3; NO941963D0; ATE150901T1; FI942492A; NO306036B1; SE505448C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schützen einer Leiterplatte gegen zu hohe Ströme, durch Anbringung einer Leiterplattensicherung, welche den Strom im Falle zu höher Ströme unterbricht, auf der Leiterplatte.

Stand der Technik

Beispielsweise aus der EP-A1 0 270 954, welche den nächstliegenden Stand der Technik beschreibt, ist bereits eine Chip-artige Sicherung bekannt, die auf einer Platine mit einer gedruckten Schaltung bzw. einer Leiterplatte angebracht und mit dieser verbunden werden kann. Diese Chip-artige Sicherung weist ein Isolierteil auf, beispielsweise ein Isoliersubstrat, auf welchem ein Paar aus Metallelektroden des Dünnfilmtyps angeordnet ist, zwischen welche ein empfindlich auf den Strom reagierender Leiter angeschlossen ist. Wenn ein zu hoher Strom durch die Sicherung hindurchgeht, schmilzt der Leiter, und wird der Strom unterbrochen. Um zu verhindern, wenn der Leiter infolge eines zu hohen Stroms schmilzt, daß ein erzeugter Metalldampf freigesetzt wird und sich ausbreitet, und um ebenfalls eine Bogenentladung zu verhindern, ist der Leiter mit einem Schutzfilm aus Silikonharz beschichtet. Trotz der kleinen Abmessungen der Sicherung läßt das Isolierteil/Substrat hohe Stromstärken zu. Für eine erhöhte Empfindlichkeit kann die Chip-artige Sicherung wahlweise mit genau eingestellten Abschnitten versehen sein, die im Falle eines zu hohen Stroms noch einfacher schmelzen.
Aus der FR-A 2 053 881 ist bereits eine ähnliche Sicherung für gedruckte Schaltungen/Leiterplatten bekannt. Sie wird entsprechend dem Herstellungsverfahren für gedruckte Schaltungen oder stattdessen durch ein Verfahren für analoge Schaltungen hergestellt, beispielsweise Metallbeschichtung, Elektroplattierung oder Anbringung eines Metallfilms. Die Sicherung zeichnet sich dadurch aus, daß die leitfähige, auf den Strom reagierende Schaltung mehrere beabstandete, eingeschränkte Bereiche neben verlängerten leitfähigen Oberflächen aufweist. Im Falle eines Temperaturanstiegs in den eingeschränkten Bereichen wird das Substrat nicht beeinflußt, da die eingeschränkten Bereiche neben den verlängerten, leitfähigen Oberflächen liegen, welche der Luft ausgesetzt sind, so daß die Wärme dissipiert werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Um die Kosten für Leiterplattenanordnungen zu verringern wurde eine Leiterplattensicherung entwickelt, welche mit hoher Verläßlichkeit bei sehr geringen Herstellungskosten arbeitet. Beschichtet man eine große Fläche einer Leiterplatte mit Metall, beispielsweise elektrolytisch, läßt sich eine gut definierte Dicke einer Metallschicht erzielen, in welcher eine Sicherung beispielsweise des Rechteckwellentyps abgetrennt wurde. Die gut definierte Dicke gestattet darüber hinaus die Erzielung einer gut definierten Geometrie der Leiterplattensicherung. Für eine gut arbeitende Sicherung, die auf entsprechende Weise auf Leiterplatten mit unterschiedlichen Layouts arbeitet, ist es erforderlich, daß die Querschnittsfläche und die Länge der Leiterplattensicherung und daher ihr Widerstandswert sehr exakt festgelegt sind. Dies wird dadurch erzielt, daß die Metallschicht die Sicherung umgibt, und daß im Falle eines Temperaturanstiegs die umgebende Metallschicht einen Wärmedissipationseffekt auf die Sicherung ausübt, was zu einem wesentlich verringerten Risiko des Brandes der Leiterplatte führt.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Leiterplatte mit Leiterplattensicherungen gemäß der Erfindung,
Fig. 2A zeigt eine Leiterplattensicherung mit einer Kupferebene gemäß der Erfindung in vergrößertem Maßstab, und
Fig. 2B zeigt einen Abschnitt der Leiterplattensicherung gemäß der Erfindung mit angegebenen Maßen.

Beschreibung einer Ausführungsform

Für Leiterplatten, die eine große Anzahl an Bauteilen enthalten, stellt die Musterplattierung das am häufigsten eingesetzte Herstellungsverfahren dar. Es beruht auf dem Grundsatz des additiven Aufbaus eines Musters, im Gegensatz zu dem Zeltaufbauverfahren, bei welchem ein Muster mittels Atzung ausgebildet wird. Das Musterplattierungsverfahren weist Beschränkungen in Bezug auf die Verteilung der Dicke auf. Häufig tritt eine Anderung infolge der Musterverteilung des Layouts auf. Abhängig von der Musterverteilung wird der Strom von Gleichrichtern in einem Plattierungsbad über die Oberfläche verteilt, die nicht durch einen Photolack geschützt ist. Isolierte Leiter ohne umgebendes Kupfer weisen eine höhere Stromdichte (A/dm²) auf als ein Leiter, der sich in einem Bereich mit einer großen Kupfermenge befindet. Die Stromdichte legt die Niederschlagsrate an Kupfer fest, und die Zeit bestimmt die Dicke. Falls keine ausgeglichene Form vorhanden ist, können sich zwischen unterschiedlichen Teilen einer Leiterplatte große Unterschiede ergeben. Setzt man das bekannte Plattierungsverfahren bei dem Layout gemäß der Erfindung ein, so gibt es sehr kleine Anderungen der Dicke der Kupferplattierung, und ist es möglich, eine sehr gut definierte Dicke einzelner Elemente zu erzielen.
Verwendet man beispielsweise ein Plattierungsverfahren auf einer Leiterplatte, so kann eine Sicherung aus Kupfer als Leiter mit sehr gut festgelegter Form und Querschnittsfläche zur Verfügung gestellt werden, und läßt sich ein Umgebungsbereich mit einer gleichmäßigen und gut definiert beschichteten Kupferschicht erzielen. Da die Sicherung und die umgebende Kupferschicht so ausgebildet werden, daß sie eine relativ große Fläche abdecken, mit praktisch homogenem Kupfer auf der Leiterplatte, ermöglicht es dieses Verfahren, vorher eine bestimmte Dicke der Kupferschicht festzulegen, und daher auch der Sicherung, mit der Festlegung bekannter Unterbrechungseigenschaften. Der Unterschied bezüglich der Dicke desselben Leiters in einer Sicherung mit oder ohne eine umgebende Kupferebene kann bis zu 50 % betragen, abhängig von dem Layout der Leiterplatte, wodurch die Unterbrechungseigenschaften wesentlich geändert werden würden.
Figur 1 zeigt mehrere Leiterplattensicherungen, die in einer Reihe entlang einer Längsseite einer Leiterplatte 2 angeordnet sind. Figur 2 zeigt eine mögliche Ausbildung einer Leiterplattensicherung 1 auf der Leiterplatte. Messungen für Schaltungen dieser Art sind folgendermaßen angegeben: 1 mil = 0,0254 mm, und 1 M = 2,54 mm. Der einzelne Leiter 3 der Sicherung 1 weist die Form einer Rechteckwelle auf, und könnte als "Schlange" beschrieben werden. Die Länge 4 der Sicherung oder "Schlange" kann gleich 4 M sein, wenn die Länge jedes Randabschnitts 5 gleich 1 M ist, und die Entfernung 6 zwischen den Rändern 1 M beträgt. Die Breite 7 einer umgebenden Kupferebene könnte 3 M betragen. Die Breite des Leiters 3 zur Sicherung hin und von dieser weg beträgt beispielsweise 8 mils, wogegen die Breite eines kürzeren Abschnitts der Sicherung, ein Abschnitt 8, 6 mils beträgt, um einen definierten Unterbrechungspunkt für einen zu hohen Strom zur Verfügung zu stellen. Die Entfernung zwischen der Kupferebene 9 und dem Leiter der Sicherung kann 8 mils betragen. Die Dicke der Sicherung kann 40 µm betragen, was durch diese Form und dieses Verfahren erzielbar ist.
Zwar wurde nur eine Form der Sicherung beschrieben, jedoch sind andere Formen gemäß der Erfindung möglich, bei welchen eine gut definierte Dicke des Leiters und eine getrennte Kupferebene, welche den Leiter umgibt, erzielbar sind. Die Leiterplatte wird normalerweise mit einer Lackschicht beschichtet. Damit die Sicherung eine erhöhte Wärmedissipationskapazität aufweist, kann die Sicherung wahlweise mit einer darunterliegenden, isolierten Metallebene aus beispielsweise Kupfer versehen sein.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplattensicherung zum Schutz einer Leiterplatte gegen zu hohe Ströme, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallschicht auf eine Fläche einer Leiterplatte aufgebracht wird, in welcher ein Leiter oder mehrere Leiter einzeln getrennt angeordnet sind, wodurch eine gut definierte Dicke des Leiters und einer Wärmedissipationsmetalloberfläche, die von dem Leiter bzw. den Leitern getrennt ist und diesen bzw. diese umgibt, zur Verfügung gestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupferschicht durch Plattierung abgelagert wird, wobei ein Leiter oder mehrere Leiter einzeln getrennt sind, wodurch eine gut definierte Dicke des Leiters und einer Wärmedissipationskupferoberfläche, getrennt von dem Leiter bzw. den Leitern und diesen bzw. diese umgebend, zur Verfügung gestellt wird.

3. Leiterplattensicherung zum Schutz einer Leiterplatte gegen zu hohe Ströme, wobei die Sicherung aus einem metallischen Leiter (3) mit wohlbestimmter Form und wohlbestimmter Dicke besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter von einer aufgeschichteten Metallschicht getrennt ist, und getrennt von einer Metalloberfläche (9) umgeben ist, welche durch die Metallschicht gebildet wird, und daß die Sicherung allein auf der Leiterplatte (2) angeordnet wird, oder daß mehrere Sicherungen dort angeordnet sind.

4. Leiterplattensicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Plattierung zur Verfügung gestellte Sicherung aus einem Leiter (3) aus Kupfer mit wohlbestimmter Form und wohlbestimmter Dicke besteht, der von einer aufgeschichteten Kupferschicht getrennt ist, und getrennt von einer Kupferoberfläche (9) umgeben ist, welche durch die Kupferschicht gebildet wird, und daß die Sicherung allein auf der Leiterplatte (2) angeordnet ist, oder daß auf dieser mehrere Sicherungen angeordnet sind.

5. Leiterplattensicherung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung die Form einer Rechteckwelle aufweist, und mit einem Abschnitt (8) verringerter Breite versehen ist.

Verfahren zur Herstellung einer Leiterplattensicherung und hierdurch hergestellte Sicherung

Um die Kosten zusammengebauter Leiterplatten mit gedruckten Schaltungen zu verringern, wurde eine Leiterplattensicherung (1) entwickelt, welche mit hoher Verläßlichkeit bei geringen Herstellungskosten arbeitet. Durch Beschichtung einer großen Fläche einer Leiterplatte mit Metall, beispielsweise durch Plattieren, kann eine wohl-definierte Dicke einer Metallschicht (9) erzielt werden, in welcher eine Sicherung (3) äbgetrennt wurde. Die wohl-definierte Dicke gestattet es darüber hinaus, daß eine wohl-definierte Geometrie der Querschnittsfläche der Sicherung und der Sicherungslänge erzielt werden kann, und daher deren Widerstandswert und Unterbrechungseigenschaften sehr exakt festgelegt werden können. Im Fall eines Temperaturanstiegs hat die die Sicherung (3) umgebende Metallschicht (9) einen Wärmedissipationseffekt auf die Sicherung, was zu einem wesentlich verringerten Brandrisiko der Leiterplatte führt.