WO2014128247A1 - Verfahren zur herstellung einer dc-geeigneten thermischen schaltvorrichtung (s) zur absicherung von einem oder mehreren elektronischen bauteilen (ec) - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer dc-geeigneten thermischen schaltvorrichtung (s) zur absicherung von einem oder mehreren elektronischen bauteilen (ec) Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a DC-suitable thermal switching device ⁇ S) for securing one or more electronic components ⁇ EC).
  • the invention relates to a method for producing a DC-suitable thermal switching device ⁇ S) for
  • the overuse of electronic components can cause the electronic components to operate outside the rated operating range.
  • Component isolation resistance e.g. one
  • Overvoltage protection component to a power on the (damaged) component to a warming, which can reach an impermissible range.
  • softenable material initially held. Join one now Inadmissible heating on, so softens the material, such as a solder, and the biased shorting bar can now under the influence of bias in a second
  • the invention is based on the object, DC suitable
  • Switching devices for securing one or more electrical components by means of a particular
  • the object is achieved by a method for producing a DC-suitable thermal
  • the method includes a step of mounting a carrier with the one or more electrical components, a step of mounting a sighting element on the carrier, and a step of attaching a hood, wherein the hood is at least one
  • Fig. 1 is a first schematic side elevation of a
  • FIG. 2 is a first schematic plan view of the first
  • FIG. 3 is a second schematic plan view of the eighth exemplary embodiment according to FIG.
  • FIG. 4 is a first schematic side elevational view of a second exemplary embodiment according to FIG.
  • Fig. 5 is a first schematic plan view of the second
  • Fig. 6 is a second schematic plan view of the second
  • Figures 1, 2 and 3 show a ste he exemplary embodiment in different views and Figures 4, 5 and 6, a second exemplary embodiment in different views.
  • Switching device S produced for protection of one or more electronic components EC.
  • a carrier P e.g. a board or a leadframe of suitable material, equipped with one or more electrical components EC.
  • a Sehaltelement SE is mounted on the carrier P.
  • the switching element SE for example, as shown, a connection to one of the stocked
  • Switching element SE is by means of a thermally softenable and electrically conductive adhesive detector S, for example, a solder or adhesive, connected to an electrical connection CT.
  • a hood H is attached, wherein the hood H at least partially has a delete help.
  • the hood H can be inserted as a molded part in a bore B on the carrier P.
  • the hood H can by means of suitable
  • Vo jumps, which are formed on the hood H, on the carrier P are ver astet.
  • attachment methods in particular a soldering, are not excluded thereby.
  • the attachment methods may be performed with other method steps, e.g. a soldering the compo le EC be combined so the
  • the Sehaltelement SE is, as shown in Figure 2 and 5, under a mechanical bias F in use.
  • Preload F can already be present for the time of assembly of the switching element, or only at a later time by suitable measures, such as.
  • the arc leads to a reaction of the extinguishing aid in the hood H, which now leads to extinction of the arc and thus a separation of the electrical component EC by means of displacement and / or gassing.
  • the hood H already limits the space of the arc at the beginning. This condition is shown in FIG. FIG. 6.
  • the hood H can be produced in particular by an injection molding process. This production is particularly inexpensive.
  • Exemplary electrical components EC which can be protected by means of the inventively prepared DC-suitable thermal switching device S, are Overvoltage protection devices / arresters in general and in particular semiconductors, for example suppressor diodes or varistors, gas-filled surge arresters, but also resistors.
  • the device is in
  • the extinguishing aid is designed, for example, as a hood H.
  • the erasure aid may e.g. made of POM (polyoxymethylene)
  • An emerging switching arc leads to a dissociation of the material of the extinguishing aid and contributes to the cooling of the arc.
  • this embodiment is particularly suitable for low heights.
  • Sectionally has a delete help, it is possible to ensure small spaces. It is of particular advantage that the assembly of the hood H can be integrated into a surface-mounted manufacturing process and is thus particularly cost-effective.
  • the invention provides a cost-effective and space-optimized solution, especially for DC applications in the area of typical MSR applications.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer DC-geeigneten thermischen Schaltvorrichtung (S) zur Absicherung von einem oder mehreren elektrischen Bauteilen (EC), wobei die Schaltvorrichtung eine Haube (H) aufweist. Das Verfahren weist einen Schritt des Bestückens eines Trägers (P) mit dem einen oder mehreren elektrischen Bauteilen (EC), ein Schritt des Bestückens eines Sehaltelementes (SE) auf dem Träger (P), und einen Schritt des Anbringens einer Haube (H), wobei die Haube (H) zumindest abschnittsweise eine Löschhilfe aufweist, auf.

Description

Verfahren zur Herstellung einer DC-geeigneten thermischen Schaltvorrichtung { S ) zur Absicherung von einem oder mehreren elektronischen Bauteilen {EC ) . Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer DC-geeigneten thermischen Schaltvorrichtung { S ) zur
Absicherung von einem oder mehreren elektronischen
Bauteilen (EC) . Hintergrund der Erfindung
Die Überbeanspruchung von elektronischen Bauelementen kann dazu führen, dass die e1ektronischen Bauelemente außerhalb des Nennbetriebsbereiches betrieben werden .
Beispielsweise führt eine reduzierte
Bauteilisolationsfestigkeit, z.B. einer
Überspannungsschutzkomponente, zu einem Leistungsumsatz am (geschädigten) Bauteil zu einer Erwärmung, die einen unzulässigen Bereich erreichen kann .
Wird eine unzulässige Erwärmung des Bauteils nicht
verhindert , so kann es auf Grund der unzulässigen Erwärmung zu einer direkten Gefährdung durch Entzündung des Bauteils selbst und/oder umgebenden Materialien kommen . Hierbei kann neben der eigentlichen Gefahr durch Feuer auch eine
Entstehung von gefährlichen Rauchgasen beobachtet werden .
In der Vergangenheit wurde, um diesem Problem zu begegnen, insbesondere für den Fall von gasgefüllten
Überspannungsableiter (ÜsAg) , die Verwendung von
Kurzschlussbügeln vorgeschlagen . Hierbei wird der
Kurzschluss vorgespannt und mittels eines thermisch
erweichbaren Materials zunächst gehalten . Tritt nun eine unzulässige Erwärmung auf, so erweicht das Material, z.B. ein Lot, und der vorgespannte Kurzschlussbügel kann nun unter Einfluss der Vorspannung in eine zweite
Schaltposition wechseln, in der der Kurzschlussbügel das betreffende Bauteil kurzschließt, so dass das Bauteil nicht mehr durch einen Stromfluss weiter erwärmt werden kann .
Aus Funkenstrecken sowie der Hochspannungstechnik sind Schaltstrecken bekannt, die zur Lichtbogenlöschung /- kühlung räumlich begrenzende Löschkammern verwenden . Als Kammerwandmaterialen kommen Kunststoffe, Metalle oder Keramiken zum Einsatz . Nachteilig hieran ist jedoch, dass hierdurch große Bauräume benötigt werden . Insbesondere für DC-Anwendungen ist die Bereit Stellung solcher Schaltvorrichtungen eine Herausforderung . Dabei muss in Bezug auf entstehende Lichtbögen Sorge getragen werden . Es ist dabei fest zustellen , dass Lichtbögen auch im Bereich von typischen MSR-Anwendungen bereits ein Problem darstellen .
Zwar wurden bereits Lösungen in der Vergangenheit derlei Vorrichtungen beschrieben, jedoch wa es bisher nicht möglich diese kostengünstig herzustellen .
Zudem sind die Bauräume in aller Regel sehr beschränkt, so dass bisherige Vorrichtungen auf Grund Ihrer Größe kaum zur Anwendung kamen . Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, DC-geeignet
Schaltvorrichtungen zur Absicherung von einem oder mehreren elektrischen Bauteilen mittels eines besonders
kostengünstigen Herstellungsverfahrens zur Verfügung zu stellen, wobei die erhaltene Vorrichtung auf kleinen Bauräumen bereitgestellt wird .
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zur Herstellung einer DC-geeigneten thermischen
Schaltvorrichtung zur Absicherung von einem oder mehreren elektrischen Bauteilen, wobei die Schaltvorrichtung eine Haube aufweist . Das Verfahren weist einen Schritt des Bestückens eines Trägers mit dem einen oder mehreren elektrischen Bauteilen, ein Schritt des Bestückens eines Sehaltelementes auf dem Träger, und einen Schritt des Anbringens einer Haube, wobei die Haube zumindest
abschnittsweise eine Löschhilfe aufweist , auf . Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert .
Es zeigen
Fig . 1 einen ersten schematischen Seitenriss einer
ersten beispielhaften Ausführungsform gemäß der
Erfindung in einem zu montierenden Zustand, Fig . 2 eine erste schematische Aufsicht der ersten
beispielhaften Aus führungs form gemäß der
Erfindung in einem nicht ausgelösten Zustand, Fig . 3 eine zweite schematische Aufsicht der e sten beispielhaften Ausführungsform gemäß der
Erfindung in einem ausgelösten Zustand, Fig. 4 einen ersten schematischen Seitenriss einer zweiten beispielhaften Ausführungsform gemäß der
Erfindung in einem zu montierenden Zustand,
Fig. 5 eine erste schematische Aufsicht der zweiten
beispielhaften Ausführungsform gemäß der
Erfindung in einem nicht ausgelösten Zustand, und
Fig . 6 eine zweite schematische Aufsicht der zweiten
beispielhaften Ausführungsform gemäß der
Erfindung in einem ausgelösten Zustand.
Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen eine er ste beispielhafte Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten und Figuren 4, 5 und 6 eine zweite beispielhafte Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten .
Obwohl nachfolgend die Ausführungsformen tei Iweise getrennt behandelt werden, können die jeweiligen Eigenschaften durch Austausch und / oder Kombination geeignet für den jeweils gewünschten Anwendungsfall zusammengestellt werden .
Gemäß der Erfindung wird eine DC-geeignete thermische
SchaltVorrichtung S zur Absicherung von einem oder mehreren elektronischen Bauteilen EC hergestellt . Hierzu wird zunächst ein Träger P, z.B. eine Platine oder ein Leadframe aus geeignetem Material, mit einem oder mehreren elektrischen Bauteilen EC bestückt .
Weiterhin wird ein Sehaltelement SE auf dem Träger P bestückt . Hierbei ist das Schaltelement SE beispielsweise wie gezeigt ein Anschluss an eines der bestückten
elektrischen Bauelemente EC . Das andere Ende des
Schaltelements SE ist mittels eines thermisch erweichbaren und elektrisch leitfähigen Haft ermittlers S, z.B. ein Lot oder Kleber, mit einem elektrischen Anschluss CT verbunden .
Obwohl die vorgenannten Bestückungsschritte sequentiell angeordnet sind, kann jede andere Abfolge oder
gleichzeitige Abfolge je nach Zweckmäßigkeit vorgesehen sein .
Darüber hinaus wird eine Haube H angebracht, wobei die Haube H zumindest abschnittsweise eine Löschhilfe aufweist .
Beispielsweise kann die Haube H als ein Formteil in eine Bohrung B auf dem Träger P eingesteckt werden. Eine
alternative Anbringungsmöglichkeit ist beispielha t in den Figuren 4 bis 6 gezeigt . Hier wird die Haube H auf den Träger aufgeschoben .
Bei spie1 swei se kann die Haube H mittels geeigneter
Vo sprünge, welche an der Haube H angeformt sind, auf dem Träger P ver astet werden .
Andere, alternative oder zusätzliche, Anbringungsweisen, insbesondere eine Verlötung, sind jedoch hierdurch nicht ausgeschlossen . Insbesondere können die Anbringungsweisen mit anderen Verfahrensschritten, z.B. einer Verlötung der Bautei le EC kombiniert sein, um so das
Herstellungsverfahren zeite fizient und kostengünstig zu gestalten . Eine solche Bestückung einer Haube H ist kostengünstig in den Fertigungsprozess integrierbar . Da die Haube H
abschnittsweise eine Löschhilfe enthält, kann nun im
Schaltfall ein entstehender Lichtbogen, der bei einer DC- Anwendung in aller Regel nicht ohne weiteres gelöscht werden kann, unterbrochen werden, wie im folgenden
dargestellt werden wird .
Das Sehaltelement SE ist, wie in Figur 2 und 5 gezeigt, unter einer mechanischen Vorspannung F im Einsatz . Die
Vorspannung F kann zum einen bereits zum Montage Zeitpunkt des Schaltelementes vorhanden sein, oder aber erst zu einem späteren Zeitpunkt durch geeignete Maßnahmen, wie z.B.
einem Aktivieren oder Biegen, erreicht werden .
Alternativ oder zusätzlich kann auch ein geeignetes externes Federe 1ement vorgesehen sein .
Tritt im Fehlerfall eine unzulässige Erwärmung des
elektrischen Bauelements EC auf , so erweicht der
Haftvermittler S . Da das Schaltelement SE unter einer Vorspannung F montiert ist, löst sich nun das Schaltelement SE vom Anschluss CT ab . Es bildet sich dabei kurzfristig ein Lichtbogen . Der Lichtbogen führt zu einer Reaktion der Löschhilfe in der Haube H, die nun mittels Verdrängung und/oder Begasung zu einem Verlöschen des Lichtbogens und damit einer Abtrennung des elektrischen Bauelements EC führt . Dabei begrenzt die Haube H bereits zu Beginn den Raum des Lichtbogens . Dieser Zustand ist in Figur 3 bz . Figur 6 gezeigt .
Die Haube H kann insbesondere durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden . Diese Herstellungsart ist besonders kostengünstig .
Beispielhafte elektrische Bauelemente EC, die mittels der erfindungsgemäß hergestel lten DC-geeigneten thermischen Schaltvorrichtung S geschüt zt werden können, sind Überspannungsschutzgeräte/ableiter im allgemeinen und insbesondere Halbleiter, beispielsweise Suppressordioden bzw. Varistoren, gasgefüllte Überspannungsabieiter, aber auch Widerstände .
Wie in Figur 1 gezeigt ist die Vorrichtung im
Montagezustand kraftfrei . Die Montage der Haube H auf einem Träger P kann durch einfaches Bestücken wie in Figur 2 gezeigt erfolgen . Für den Lötprozess ist keine Fixierung oder ein Niederhalter erforderlich . Im Anschluss an die
Montage und/oder den Lötprozess kann die Vorrichtung durch die gegenseitige Verrastung von Sehaltelement und
Federelement aktiviert werden . Die Löschhilfe ist beispielsweise als Haube H ausgeführt . Die Löschhilfe kann z.B. aus POM (Polyoxymethylen)
bestehen . Ein entstehender Schaltlichtbogen führt zu einer Dissoziation des Materials der Löschhilfe und trägt zur Kühlung des Lichtbogens bei .
Hierdurch wird eine höhere Lichtbogenspannung erz ielt und eine Löschung des Stroms kann erfolgen .
In der Ausführungsform der Figuren 4 bis 6 wird das gleiche Funktionsprinzip verwendet .
Aufgrund der flachen Bauweise mit einer Verlagerung des Schaltelementes SE, im Wesent 1 ichen paral lel zur Oberfläche des Trägers P, ist diese Ausführungsform besonders für geringe Bauhöhen geeignet .
Durch die Verwendung eine Haube H, welche zumindest
abschnittsweise eine Löschhilfe aufweist , ist es möglich kleine Bauräume zu gewährleisten . Von besonderem Vorteil ist, dass die Montage der Haube H in einen Surface Mounted Herstellungsprozess integrierbar ist und somit besonders kostengünstig ist .
Durch die Erfindung wird insbesondere auch für DC- Anwendungen im Bereich von typischen MSR-AnWendungen eine kostengünstige und raumoptimierte Lösung bereitgestellt .
Bezugs zeichenliste
Schaltvorrichtung S
Elektrisches Bauteil EC Haube H
Träger P
Schaltelement SE
Haftvermittler S
Anschluss CT Bohrung B
Vorspannung F

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer DC-geeigneten
thermischen Schaltvorrichtung { S ) zur Absicherung von einem oder mehreren elektrischen Bauteilen (EC) , wobei die Schaltvorrichtung eine Haube (H) aufweist,
aufweisend die Schritte :
• Bestücken eines Trägers (P) mit dem einen oder
mehreren elektrischen Bauteilen (EC),
· Bestücken eines Sehaltelementes { SE ) auf dem Träger
(P) ,
• Anbringen einer Haube (H) , wobei die Haube (H)
zumindest abschnittsweise eine Löschhilfe aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Schritt des Anbringens der Haube (H) eine
Verrastung der Haube (H) auf dem Träger aufweist .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet , dass der Schritt des Bestückens des
Träge s (P ) mit dem einen oder mehreren elektrischen Bauteilen (EC) eine Verlötung aufweist .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestückens des
Trägers {P ) mit dem Schaltelement (SE) eine Verlötung aufweist .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin au weisend den Schritt des Formens der Haube (H) mittels eines Sprit zgießens .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch
gekennzeichnet , dass der Schritt des Anbringens der Haube (H) ein seitliches Aufschieben oder senkrechtes
Aufstecken auf den Träger (P ) aufweist.
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