WO2016124706A1 - Leiterplattenanordnung mit einer anordnung zur strombegrenzung - Google Patents

Leiterplattenanordnung mit einer anordnung zur strombegrenzung Download PDF

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WO2016124706A1
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printed circuit
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Detlev Bagung
Christina QUEST-MATT
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    • H05K2201/10181—Fuse

Definitions

  • the present disclosure relates to a Porterplattenan ⁇ order with a support plate, a conductor on the support plate and an arrangement for current limiting.
  • AI printed circuit board assemblies with printed circuit fuses are known.
  • the printed conductor fuses disclosed there trigger by melting off a constriction of a copper trace by ohmic heating of the copper at the throat. It is an object of the present disclosure to provide a printed circuit board assembly having an improved current limiting arrangement.
  • a printed circuit board assembly is disclosed.
  • an electronic assembly with the Porter ⁇ plate assembly and an electrical or electronic component is disclosed.
  • the electrical or electronic component is in particular electrically connected to the printed circuit board arrangement and may expediently be fastened mechanically to the printed circuit board arrangement, for example by means of a soldered connection.
  • an electronic control unit for example an engine control unit, of a motor vehicle with the electronic assembly is disclosed.
  • the control unit is preferably connectable to a vehicle battery by means of a cable harness of a cable harness.
  • the printed circuit board assemblies has a carrier plate.
  • the support plate is formed for example of a fiber-reinforced plastic.
  • the carrier plate is electrically insulating.
  • the conductor track is, for example, a signal line or a power supply line of the electrical or electronic component. In one embodiment, this is
  • the circuit board assembly also has an arrangement for
  • the arrangement for limiting the current is in particular formed by an element or an assembly of the conductor track arrangement.
  • the arrangement for current limiting is provided in particular to destroy a portion of the conductor on the carrier plate in the trip operation to a circuit breaking under ⁇ . It may be suitably designed to protect at least one interconnected with the circuit board assembly electrical or electronic component from damage due to excessive heating, which would result in particular from a flowing over a period of time overcurrent.
  • it may be provided to an electrical device and / or outside the line STEU ⁇ er réelles to protect against damage from excessive heating which would result in particular of a current flowing over a period of overcurrent.
  • the trace has a first trace portion and a second trace portion and a fuse portion.
  • the first conductor track section, the securing section and the second conductor track section in particular to follow along the current path through the conductor track in this order aufei ⁇ Nander.
  • the securing section extends from the first to the second conductor track section in order to connect them in an electrically conductive manner.
  • the arrangement for limiting the current comprises a solder bump, an electrical heating element for melting the solder bump at least in places, and a sacrificial region of the securing section of the printed conductor, or is formed by these three elements.
  • Lotbumps are in particular formed from solder surveys and are often referred to by the expert as Lotkugel, Lottropfen, Lotbump, Lotanophen, Lotkuppel or solder deposit.
  • the solder bump does not have to have a spherical shape. Rather, the shape depends on the interaction of the solder with the carrier plate or conductor track and the application process.
  • the solder bump may have a dome-shaped shape, in particular with a flat bottom surface.
  • the solder bump may expediently be applied to the carrier plate and / or on the conductor track and / or on a further conductor track of the printed circuit board arrangement. In particular, it overlaps in plan view of a main surface of the carrier plate with the conductor track. In one embodiment, the solder bump is applied to a support region adjoining the conductor track and preferably integrally formed with the conductor track, and laterally adjoins the conductor track.
  • the Lotbump adjoins the sacrificial area.
  • the sacrificial area is intended to be dissolved in molten solder of the solder bump in order to interrupt the securing section.
  • the material of the sacrificial region and the solder are adapted to one another in such a way that the material of the sacrificial region can be alloyed with the solder, so that it can dissolve into the liquid solder.
  • the sacrificial region contains or consists of copper and the solder is, for example, a tin solder.
  • the current limitation i. H. the interruption of the current flow through the conductor track by means of the arrangement for current limiting, already achievable with particularly low currents through the electric heating element.
  • particularly low tripping currents of the current limiting device can be realized.
  • the current flow can be interrupted even at a tripping current which is too low to melt the sacrificial area by ohmic heating.
  • At least the sacrificial area of the securing section has before ⁇ preferably has a smaller cross section than the first and the second conductor track section.
  • the cross-sectional area of the respective conductor track section is in particular cut ⁇ in a transition region to Sich ceremoniessab, preferably on an uncovered by the solder bump - understood place - ie especially exposed or covered only by solder resist.
  • the cross section is not in the Area of measured by Lotbump, widened bearing area measured on the solder bump is applied.
  • the sacrificial region or the fuse section preferably has the smallest conductor cross section in the series connection of the current path through the conductor track.
  • the electric heating element is adapted to heat the solder bump to a temperature of at least 50 K above the melting temperature of the solder, preferably to a temperature of at least 100 K above the melting temperature of the solder, when the heating element is flowed through by the tripping current the arrangement is designed for current limiting.
  • the arrangement is designed for current limiting. In this way, a particularly high dissolution rate of the sacrificial region in the material of the solder bump can be achieved, so that the arrangement for current limiting can be triggered particularly quickly.
  • the electrical heating element of the fuse portion or a portion of the Siche ⁇ approximately portion is formed.
  • the Sich ceremoniessab- has cut and the portion of the securing section has a smaller cross section than the first and the second conductor track section ⁇ .
  • the sacrificial region can be dissolved by heating by means of the heating element before other elements of the printed circuit board assembly are exposed to excessive current flow and excessive heating.
  • the cross sections of the heating element and the sacrificial area are the same size.
  • the sacrificial region may be part of the heating element or the heating element may be spatially separated from the sacrificial region or adjacent to the sacrificial region.
  • the heating element adjoins the solder bump or overlaps with the solder bump in plan view of the carrier plate.
  • the heating element is from the solder bump spaced. In particular, it may be electrically isolated from the solder bump in this case.
  • the heating element is formed by a portion of the conductor track embedded in the carrier plate or by a section of a further conductor track of the printed circuit board arrangement embedded in the carrier plate.
  • the heating element forming the embedded in the carrier plate portion is at least partially covered by the Lotbump in a development in plan view of the support plate. It preferably has a smaller cross section than the first and as the second conductor track section.
  • the embedded in the support plate, the heating element forming section by means of vias with the arranged on the support plate trace is thermally and in particular electrically connected. In a plan view of the support plate, the vias are covered by the Lotbump in a development.
  • a via also called through-connection, in this context is, in particular, a vertical electrical connection between the conductor track planes of the printed circuit board arrangement.
  • the connection can be realized for example by an internally metallized hole in the support plate. Alternatively, rivets or pins can be used.
  • the securing portion is curved and / or kinked.
  • the Si ⁇ cherungsabites has a portion that is curved in plan view of the support plate and / or he has a portion that has a kink.
  • the curvature or the bend is a particularly fast and reliable interruption of the conductor when triggering the arrangement for current limiting achievable.
  • the inventors have found that mechanical stresses in the region of such bends or kinks are advantageous for the formation of a predetermined breaking point of the conductor track in the sacrificial area. Thus, a particularly rapid interruption of the securing portion during the triggering process can be achieved.
  • a portion of the securing portion extends in a plan view of the support plate arc ⁇ shaped around the Lotbump around.
  • the portion extending around the arc around the solder bump constitutes the heating element or a part of the heating element.
  • the arcuate portion extends up to a bend of the securing portion arc ⁇ shaped around the Lotbump around.
  • the solder bump is arranged between the first and the second conductor track section and spaced therefrom.
  • a first portion of the securing portion of the solder bump in the direction of the first strip conductor portion and a second portion extending he ⁇ extends wherein the first and the second section extend from the solder bump to the second conductor track section, at opposite sides laterally beyond the solder bump.
  • the securing section is T-shaped, so that it has three sections, one of which is adjacent to the first track section, the second track section or to the solder bump.
  • the three sections meet in particular in a common node together.
  • Adjacent to the solder bump section contains responsiblyzeßi ⁇ gish the sacrificial region. It has a length that is preferably at most half as large, more preferably at most a quarter times as large as the length of the other two sections or the smaller of the other two sections. In this way, a comparatively fast triggering of the arrangement for current limitation can be achieved.
  • the securing section has a plurality of sections which are laterally spaced apart from one another, ie at right angles to their main direction of extension, are covered or covered in places by the solder bump and each of which projects laterally beyond the solder bump on opposite sides.
  • the sections are mutually parallel and extend respectively from the first Aberbahnab ⁇ cut out to the second conductor track section.
  • the sections run meandering several times under the Lotbump.
  • arcuate portions of the securing portion are formed by means of the sections, which are arranged in a plan view of the support plate laterally from the Lotbump and their ends extend to Lotbump out.
  • the solder bump at its side facing the carrier plate in places adjacent to the securing portion of the conductor and in places directly to the carrier plate.
  • the printed circuit board assembly has a - in particular metallic - support area, on which the solder bump is applied, so that it overlaps with the support area in plan view of the support plate.
  • the support area and the solder bump in plan view of the support plate have the same outer contour and the support area has a simply contiguous Aufla ⁇ ge Chemistry for the solder bump, in particular from its outer contour is limited. In this way, the lateral extent and the volume of the solder bump are particularly easy and reproducible adjustable.
  • the support area may be formed integrally with the conductor track.
  • the solder bump overlaps in a plan view of the carrier plate with the securing portion and protrudes laterally beyond the sacrificial area.
  • the extent of the solder bump is larger transversely to a main extension direction of the sacrificial region, in particular at least twice as large as the extent of the sacrificial region in this direction.
  • the sacrificial area is particularly fast in the material of the solder bump solvable.
  • FIG. 1 a shows a schematic plan view of a section of a printed circuit board arrangement according to a first exemplary embodiment
  • Figure lb is a schematic plan view of a section of
  • Circuit board assembly according to the first embodiment at a first stage of the tripping operation of the current-limiting device
  • Figure lc is a schematic plan view of a section of
  • Circuit board assembly according to the first embodiment in a stage after the triggering of the current-limiting device
  • Figure 2a is a schematic sectional view of the printed ⁇ tenanix Mr according to FIG la
  • Figure 2b is a schematic sectional view of the printed ⁇ tenan Aunt in the stage of Figure lb
  • Figure 2c is a schematic sectional view of a section of the printed circuit board assembly in the stage of Figure lc
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of a detail of an electronic assembly with a printed circuit board arrangement according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a section of a printed circuit board arrangement according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic plan view of a section of a printed circuit board arrangement according to a fourth exemplary embodiment
  • Figure 6 is a schematic sectional view of an off ⁇ section of a printed circuit board assembly according to a fifth embodiment
  • Figure 7 is a schematic plan view of a section of a printed circuit board assembly according to a sixth embodiment
  • Figure 8 is a schematic plan view of a section of a printed circuit board assembly according to a seventh
  • FIG. 9 is a schematic plan view of a detail of a printed circuit board assembly according to an eighth embodiment
  • Figure 10 is a schematic plan view of a section of a printed circuit board assembly according to a ninth embodiment.
  • identical, functionally identical or similar components having the same reference numbers are provided ⁇ Be.
  • Individual reference numerals may be omitted in some drawings to improve the representability.
  • the sizes and proportions of the elements shown in the figures with each other are basically not to be considered to scale. Rather, individual elements may be exaggerated in size for better presentation or better intelligibility.
  • Figures la and 2a show a schematic plan view and a schematic sectional view of a detail of a printed circuit board assembly according to a first embodiment.
  • the printed circuit board arrangement has a carrier plate 1.
  • the carrier plate 1 has a main surface on which a conductor 2 is applied.
  • the carrier plate 1 with the applied conductor track 2 represents a printed circuit board.
  • the carrier plate is formed from an electrically insulating material, preferably from a fiber-reinforced plastic material.
  • the conductor track 2 has a first conductor track section 21 and a second track track section 22 which are spatially separated from one another.
  • a securing section 23 of the conductor track 2 extends on the carrier plate 1 from the first conductor track section 21 to the second conductor track section 22. In this way, the distance between the first and the second conductor track section 21, 22 is electrically bridged by means of the securing section 23.
  • the printed circuit board assembly has an arrangement for current limiting, which is herein constituted by the securing portion 23 of the conductor track 2, and of two solder bumps 3, the first at ⁇ adjacent to the securing portion 23 or on the second conductor track section 21, 22 are arranged.
  • Figures la and 2a show the arrangement for current limiting in the intact state. That is, in particular, that the arrangement for Strombe ⁇ limit has been acted upon in this state only with currents below a predetermined tripping current, for which it is designed.
  • the solder bumps 3 are printed on the conductor track 2 solder points, which have a dome-shaped - for example, hemispherical - basic shape.
  • regions of the first and second conductor track sections 21, 22 each form a support region, which is preferably flush with a base surface of the solder bumps 3 resting on the support region.
  • the securing section 23 has a smaller cross section than the first and the second conductor track sections 21, 22, whereby underneath is the cross section of the respective section 21, 22 in an area uncovered by the solder bumps 3, ie here in particular outside the contact area.
  • the smaller cross section of the securing portion 23 is realized in the present case by a reduced width of the Sich ceremoniessab ⁇ section 23 in plan view of the main surface of the support plate 1.
  • the conductor 2 is made of copper.
  • the solder bumps consist of a tin solder, which is used or used in particular for the attachment of electrical and / or electronic components 5 on the circuit board assembly.
  • the cross section of the securing portion 23 is selected so that the securing portion 23 is heated when acted upon by the predetermined trip current or a current of greater current such that the Lotbumps 3 are melted at least in a region adjacent to the securing portion 23 area.
  • the cross section is selected so that upon exposure to the tripping current, a temperature of at least 50 K above the melting temperature of the solder is achieved.
  • the melting temperature is for example about 220 ° C.
  • FIGS. 1b and 2b show a plan view corresponding to FIG. 1a and a sectional view of the printed circuit board arrangement corresponding to FIG. 2A at a first stage of the tripping operation of the current-limiting arrangement during the loading of the conductor track 2-and thus of the securing section 23 -with a current of at least is as large as the predetermined tripping current.
  • the solder bumps 3 are melted and a part of the solder material of the solder bumps 3 is flowed onto the sacrificial regions 231 so that it at least stel ⁇ lenweise covers the sacrificial regions 231st
  • the copper of the sacrificial regions 231 dissolves gradually in the molten solder during the triggering process, which is schematically indicated in FIG. 2b by the dotted region in the sacrificial regions 231.
  • the Amsterdamsge ⁇ speed of the copper in the solder is highly temperature dependent, and increases sharply above the melting temperature of the solder.
  • Figures lc and 2c show a schematic plan view and a schematic sectional view of the printed circuit board assembly of the first embodiment in a subsequent to the first stage second stage at the end of the trip or after the triggering operation.
  • the sacrificial regions are dissolved over their entire height in the solder material of the solder bumps 3, and the material of the sacrificial regions 231 has become toward the first due to the surface tension of the solder or the solder-copper mixture Conductor portion 21 and the second conductor track portion 22 withdrawn toward (indicated by the dotted areas within the solder bumps 3 in Figure 2c).
  • the gaps can be increased by the fact that the part of the securing section 23 following in the direction of the solder bumps 3 on the sacrificial areas 231 lifts off from the carrier plate 1 during the tripping operation of the arrangement for current limitation in the region of the gaps (in FIG. 2c upward). This may be caused 23 during the release operation, for example due to thermal stresses between the material of the support plate 1 and the material of the Siche ⁇ approximately portion.
  • the gap of the tripping during the release process between the first and second conductor section 21, 22 and the fuse ⁇ section 23 resulting column can be increased in this way.
  • the securing section 23 is exposed.
  • the solution of the copper of the sacrificial regions 231 in the solder of the solder bumps 3 is presently advantageously already at temperatures below the melting point of (pure) copper. This may be caused, for example, by the formation of intermetallic phases and by chemical reactions between the copper of the sacrificial regions 231 and the solder material of the solder bumps 3.
  • these are preferably free of diffusion barrier layers such as, for example, nickel barrier layers in this or other embodiments.
  • the Lei ⁇ terplattenan angel is configured such that only one of both sacrificial areas 231 dissolves around the track 2 to un ⁇ break. This is z. B. possible if in the vicinity of the two sacrificial areas 231 different adjacent components 5 contribute to the heating or cooling.
  • Figure 3 shows a schematic plan view of a section of an electronic assembly with a circuit board assembly according to a second embodiment and a elekt ⁇ step or electronic component. 5
  • the printed circuit board arrangement basically corresponds to the printed circuit board arrangement which is described above in connection with the first exemplary embodiment with reference to FIGS. 1 a to 1 c and 2 a to 2 c.
  • the component 5 is mounted on the carrier plate 1 and electrically conductively connected to the second conductor track portion 22, in this case by means of a solder joint of an electrical connection pin of the component 5.
  • the arrangement for current limiting the present circuit board assembly only a single Lotbump 3.
  • This is spaced from the first and second conductor section 21, 22 approximately centrally on the securing portion 23 is arranged (in plan view of a major surface of the support plate 1).
  • the securing portion 23 may have a lateral bulge, which forms a support region for the solder bump 3.
  • On opposite sides of the support area outgoing portion of the securing portion 23 have a smaller cross-section than the first and second conductor ⁇ section 21, 22 as in the first embodiment.
  • the solder bump 3 is particularly well with the heatable formed by Siche ⁇ reasoning section 23 heating element 4 from two sides.
  • Sacrificial regions 231 are formed by portions of the securing portion 23 laterally adjacent to the solder bump 3.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a printed circuit board arrangement according to a third exemplary embodiment, which is shown in FIG Substantially corresponds to that of the second embodiment.
  • the solder bump 3 is not designed to overlap the securing section 3 and to project laterally beyond the securing section 23 in two opposite directions. Rather, the solder bump 3 is present laterally ⁇ ordered from the securing portion 23 and is adjacent to a portion of the Sich ceremoniessab ⁇ section 23 at laterally, which thus represents the sacrificial region 231st
  • Figure 5 shows a schematic plan view of a section of a printed circuit board assembly according to a fourth embodiment, which basically corresponds to the embodiment according to the second embodiment.
  • Track section 21 and the second conductor track section 22 - arcuately extend around the Lotbump 3 without touching it. The outgoing from the first conductor portion 21 curved
  • Section 232 ends on the side facing away from this side of the Lotbumps 3 at a bend 233.
  • Analog ends outgoing from the second conductor section 22 curved portion 232 of the securing portion 23 on the side facing away from the second conductor track 22 side of the Lotbumps 3 at a further bend 233.
  • the two Curved portions 232 of the securing portion 23 form in plan view of a main surface of the support plate 1 is a nearly closed arc around the Lotbump 3 around. It should be noted at this point that due to the etching processes in the manufacture of the printed circuit board sharp kinks are not usually produced, but the contours of the conductor 2 are continuously differentiable at all points. Such bodies particularly strong curvature are therefore also subsumed under the term "kink" in the present context.
  • Figure 6 shows a schematic sectional view of a detail of a printed circuit board assembly according to a fifth embodiment.
  • This basically corresponds to that of the first exemplary embodiment, wherein it has only one solder bump 3, which is adjacent to the second conductor track section 22.
  • the electric heating element 4 in the present case is formed by a meandering heating coil section 60 of a further conductor track 6, which is embedded in the carrier plate 1.
  • the Schuschlan ⁇ gene section 60 is at least in places covered by the Lotbump 1 in plan view of the main surface of the support plate 1. From the further conductor track 6 - in particular from the heating coil section 60, thermally and / or electrically conductive vias 7 can be guided to the conductor track 2 through the carrier plate 1.
  • Figure 7 shows a schematic plan view of a section of a printed circuit board assembly according to a sixth embodiment. This corresponds essentially to the fourth embodiment.
  • first and second trace portions 21, 22 are not arranged along a common main extension direction, but the main extension directions of the first and the second conductor track portion 21, 22 are inclined to each other in plan view of the main surface of the support plate 1, in particular to each other perpendicular.
  • the securing portion 23 has only a curved portion 232 which extends almost completely arcuately around the Lotbump 3 around. Short rectilinear or slightly curved end pieces of the securing portion 23 extend from creases 233 at the ends of the curved portion 232 to the first and second bent portions 233, respectively. second trace portion 21, 22.
  • One of the kinks 233 adjoins the solder bump 3, so that a portion of the securing portion 23 having the kink 233 forms the only - sacrificial region 231 of the current-limiting arrangement.
  • Figure 8 shows a schematic plan view of a section of a conductor arrangement according to a seventh embodiment, which substantially corresponds to that of the third embodiment.
  • the securing portion 23 has a T-shape.
  • it has three rectilinear sections 231, 234, which extend from a common node 235, where they meet, to the first track section 21, to the second Porterbahnab ⁇ section 22 and the Lotbump 3 out.
  • two of the rectilinear sections 234 have the same main extension direction and bridge the distance between the first and the second conductor section 21, 22.
  • the third ge ⁇ rectilin section 231 branches off at the junction of the two other rectilinear sections 234 and has a main extension direction, which preferably extends perpendicular to the main direction of extension of the two other sections 234.
  • this section represents the sacrificial area 231 and has, along its main extension direction, a dimension that is many times smaller than the dimensions of the other two sections 234 along its main extension direction.
  • Figure 9 shows a schematic plan view of a section of a printed circuit board assembly according to an eighth embodiment, which substantially corresponds to that of the printed circuit board assembly according to the second embodiment (see Figure 3).
  • the Siche ⁇ reasoning section 23 has three mutually parallel straight portions 234, each of the first to
  • Track section 21 extend to the second conductor track section 22 and are in the meantime covered by the solder bump 3. Where the sections 234 protrude from the solder bump adjacent to each other on opposite sides, the sacrificial areas 231 are formed.
  • the solder bump 3 in the present case is not arranged on the entire surface of a metallic support area. Rather, it adjoins laterally from the rectilinear portions 234 and between them directly to the carrier plate 1.
  • Figure 10 shows a schematic plan view approximately example of a section of a printed circuit board assembly according to a ninth execution, which is substantially similar to the eighth execution ⁇ example.
  • the Sich ceremoniessab ⁇ section 23 three sections 234, which, however, not parallel, but connected in series between the first and the second conductor track section 21, 22 are arranged.
  • the sections 234 are arranged offset from one another such that the Siche ⁇ approximately meandering sections more times below the solder bump 3 passes through.
  • the individual sections are laterally spaced from each other and connected by means of kinking 233 - or alternatively by means of arcuate connecting pieces 232.
  • an N-shaped profile of the securing section 23 is realized by means of the sections 234.
  • V-shaped or arcuate regions of the securing section 23 are formed, which are arranged laterally from the solder bump 3 in plan view of the carrier plate 1 and their ends extend as far as the solder bump 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

Es wird eine Leiterplattenanordnung mit einer Trägerplatte (1), einer Leiterbahn (2) auf der Trägerplatte (1) und an der Anordnung zur Strombegrenzung angegeben. Die Leiterbahn hat einen Sicherungsabschnitt (23), der sich von einem ersten zu einem zweiten Leiterbahnabschnitt (21, 22) erstreckt und diese elektrisch leitend zu verbinden. Die Anordnung zur Strombegrenzung weist einen Lotbump (3), ein Heizelement (4) zum zumindest teilweisen Aufschmelzen des Lotbumps (3) und einen Opferbereich (231) des Sicherungsabschnitts (23) auf. Der Lotbump (3) grenzt an den Opferbereich (231) an, der dazu vorgesehen ist, in dem zumindest teilweise aufgeschmolzenen Lotbump (3) gelöst zu werden um den Sicherungsabschnitt (23) zu unterbrechen. Der Opferbereich (231) des Sicherungsabschnitts (23) hat einen kleineren Querschnitt als der erste und der zweite Leiterbahnabschnitt (21, 22).

Description

Beschreibung
LEITERPLATTENANORDNUNG MIT EINER ANORDNUNG ZUR STROMBEGRENZUNG Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Leiterplattenan¬ ordnung mit einer Trägerplatte, einer Leiterbahn auf der Trägerplatte und einer Anordnung zur Strombegrenzung.
Aus den Druckschriften WO 2008/113343 A2 und WO 2005/039256 AI sind Leiterplattenanordnungen mit Leiterbahnsicherungen bekannt. Die dort offenbarten Leiterbahnsicherungen lösen aus, indem eine Engstelle einer Kupfer-Leiterbahn durch ohmsche Erwärmung des Kupfers an der Engstelle abgeschmolzen wird. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Leiterplattenanordnung mit einer verbesserten Anordnung zur Strombegrenzung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Leiterbahnanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausge¬ staltungen und Weiterbildungen der Leiterplattenanordnung sind in den abhängigen Ansprüchen, in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Leiterplattenanordnung offenbart. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine elektronische Baugruppe mit der Leiter¬ plattenanordnung und einem elektrischen oder elektronischen Bauelement offenbart. Das elektrische oder elektronische Bauelement ist insbesondere mit der Leiterplattenanordnung elektrisch verschaltet und kann zweckmäßigerweise mechanisch an der Leiterplattenanordnung befestigt sein, beispielsweise mittels einer Lötverbindung. Gemäß einem dritten Aspekt wird ein elektronisches Steuergerät, beispielsweise ein Motorsteuer- gerät, eines Kraftfahrzeugs mit der elektronischen Baugruppe offenbart. Das Steuergerät ist vorzugsweise mittels eines Kabelstrangs eines Kabelbaums mit einer Fahrzeugbatterie verbindbar . Die Leiterplattenanordnungen weist eine Trägerplatte auf. Die Trägerplatte ist beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet. Vorzugsweise ist die Trägerplatte elektrisch isolierend.
Auf der Trägerplatte ist eine Leiterbahn angeordnet. Bei der Leiterbahn handelt es sich beispielsweise um eine Signalleitung oder um eine Stromversorgungsleitung des elektrischen oder elektronischen Bauelements. Bei einer Ausgestaltung ist das
Bauelement mit der Leiterbahn verlötet, so dass es mit dieser elektrisch leitend verbunden und mechanisch mit der Leiterplattenanordnung fixiert ist. Die Leiterplattenanordnung weist zudem eine Anordnung zur
Strombegrenzung auf. Mittels der Anordnung zur Strombegrenzung ist insbesondere Stromfluss durch die Leiterbahn zu dem Bau¬ element hin unterbrechbar, sie kann daher auch als elektrische Sicherung bezeichnet werden.
Die Anordnung zur Strombegrenzung ist insbesondere von einem Element oder einer Baugruppe der Leiterbahnanordnung gebildet ist. Die Anordnung zur Strombegrenzung ist insbesondere dazu vorgesehen, beim Auslösevorgang ein Teilstück der Leiterbahn auf der Trägerplatte zu zerstören um einen Stromkreis zu unter¬ brechen. Sie kann zweckmäßig dazu ausgebildet sein, zumindest ein mit der Leiterplattenanordnung verschaltetes elektrisches oder elektronisches Bauelement vor Beschädigung durch zu starke Erwärmung zu schützen, die insbesondere aus einem über einen gewissen Zeitraum fließenden Überstrom resultieren würde.
Alternativ oder zusätzlich kann sie dazu vorgesehen sein, eine elektrische Einrichtung und/oder Leitung außerhalb des Steu¬ ergeräts vor Beschädigung durch zu starke Erwärmung zu schützen, die insbesondere aus einem über einen gewissen Zeitraum fließenden Überstrom resultieren würde.
Die Leiterbahn hat einen ersten Leiterbahnabschnitt und einen zweiten Leiterbahnabschnitt sowie einen Sicherungsabschnitt. Der erste Leiterbahnabschnitt, der Sicherungsabschnitt und der zweite Leiterbahnabschnitt folgen insbesondere entlang des Strompfads durch die Leiterbahn in dieser Reihenfolge aufei¬ nander. Der Sicherungsabschnitt erstreckt sich vom ersten bis zum zweiten Leiterbahnabschnitt, um diese elektrisch leitend zu verbinden .
Die Anordnung zur Strombegrenzung weist einen Lotbump, ein elektrisches Heizelement zum zumindest stellenweisen Auf- schmelzen des Lotbumps und einen Opferbereich des Sicherungsabschnitts der Leiterbahn auf oder wird von diesen drei Elementen gebildet.
Lotbumps sind insbesondere aus Lot gebildete Erhebungen und werden vom Fachmann oft auch als Lotkugel, Lottropfen, Lotbump, Lotanhäufung, Lotkuppel oder Lotdepot bezeichnet. Trotz der alternativen Bezeichnungen als „Kugel" bzw. „Tropfen" muss der Lotbump keine Kugelform haben. Die Form hängt vielmehr von der Wechselwirkung des Lots mit der Trägerplatte bzw. Leiterbahn und dem Aufbringprozess ab. Beispielsweise kann der Lotbump eine kuppeiförmige Gestalt haben, insbesondere mit einer ebenen Bodenfläche .
Der Lotbump kann zweckmäßigerweise auf der Trägerplatte und/oder auf der Leiterbahn und/oder auf einer weiteren Leiterbahn der Leiterplattenanordnung aufgebracht sein. Insbesondere überlappt er in Draufsicht auf eine Hauptfläche der Trägerplatte mit der Leiterbahn. Bei einer Ausführungsform ist der Lotbump auf einem an die Leiterbahn angrenzenden - und vorzugsweise mit der Leiterbahn einstückig ausgebildeten - Auflagebereich aufgebracht und grenzt seitlich an die Leiterbahn an.
Der Lotbump grenzt an den Opferbereich an. Der Opferbereich ist dazu vorgesehen, in aufgeschmolzenem Lot des Lotbumps gelöst zu werden um den Sicherungsabschnitt zu unterbrechen. Das Material des Opferbereichs und das Lot sind insbesondere derart aneinander angepasst, dass das Material des Opferbereichs mit dem Lot legierbar ist, so dass es sich in den flüssigen Lot lösen kann. Beispielsweise enthält der Opferbereich Kupfer oder besteht daraus und das Lot ist beispielsweise ein Zinnlot.
Mittels der Lösung des Opferbereichs in dem zumindest stel- lenweise geschmolzenen Lotbump ist die Strombegrenzung, d. h. die Unterbrechung des Stromflusses durch die Leiterbahn mittels der Anordnung zur Strombegrenzung, bereits mit besonders geringen Strömen durch das elektrische Heizelement erzielbar. Anders ausgedrückt sind mit der Anordnung zur Strombegrenzung gemäß der vorliegenden Offenbarung besonders geringe Auslöseströme der Anordnung zur Strombegrenzung realisierbar. Insbesondere kann der Stromfluss bereits bei einem Auslösestrom unterbrochen werden, der zu gering ist um den Opferbereich durch ohmsche Erwärmung zu schmelzen.
Bei Anschluss an die Leiterplattenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung können daher beispielsweise in Kabelsträngen zwischen der Fahrzeugbatterie und dem Steuergerät besonders geringe Leiterquerschnitte im Kabelbaum verwendet werden, ohne dass im Fall eines Kurzschlusses die Gefahr eines Brandes außerhalb des Steuergeräts ein hohes Brandrisiko au¬ ßerhalb des Steuergeräts in Kauf genommen werden muss. Die Anordnung zur Strombegrenzung kann dabei zweckmäßigerweise derart ausgebildet und verschaltet sein, dass sie vor Überströmen schützt, die durch Ereignisse außerhalb des Steuergeräts verursacht sind.
Zumindest der Opferbereich des Sicherungsabschnitts hat vor¬ zugsweise einen kleineren Querschnitt als der erste und der zweite Leiterbahnabschnitt. Bei einer Weiterbildung hat der
Sicherungsabschnitt an allen Stellen einen kleineren Querschnitt als der erste und der zweite Leiterbahnabschnitt. Unter dem Querschnitt des ersten bzw. zweiten Leiterbahnabschnitts wird insbesondere die Querschnittsfläche des jeweiligen Leiter- bahnabschnitts in einem Übergangsbereich zum Sicherungsab¬ schnitt, vorzugsweise an einer vom Lotbump unbedeckten - d.h. insbesondere freiliegenden oder nur von Lötstopplack bedeckten - Stelle verstanden. Insbesondere ist der Querschnitt nicht im Bereich eines vom Lotbump überdeckten, verbreiterten Auflagebereichs gemessen, auf den der Lotbump aufgebracht ist. Der Opferbereich bzw. der Sicherungsabschnitt hat vorzugsweise in der Serienschaltung des Strompfads durch die Leiterbahn den kleinsten Leiterquerschnitt.
Auf diese Weise ist eine besonders geringe Menge an Leiter¬ bahnmaterial im Lot aufzulösen, um den Sicherungsabschnitt zu unterbrechen. Die Anordnung zur Strombegrenzung kann daher besonders schnell auslösen.
Vorzugsweise ist das elektrische Heizelement dazu ausgebildet, den Lotbump auf eine Temperatur von mindestens 50 K oberhalb der Schmelztemperatur des Lots, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 100 K oberhalb der Schmelztemperatur des Lots zu erwärmen, wenn das Heizelement von dem Auslösestrom durchflössen ist, für den die Anordnung zur Strombegrenzung ausgelegt ist. Auf diese Weise ist eine besonders große Lösungsgeschwindigkeit des Opferbereichs im Material des Lotbumps erzielbar, so dass die Anordnung zur Strombegrenzung besonders schnell auslösen kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist das elektrische Heizelement von dem Sicherungsabschnitt oder einem Teilbereich des Siche¬ rungsabschnitts gebildet. Vorzugsweise hat der Sicherungsab- schnitt bzw. der Teilbereich des Sicherungsabschnitts einen kleineren Querschnitt als der erste und der zweite Leiter¬ bahnabschnitt. So kann der Opferbereich durch Erwärmung mittels des Heizelements aufgelöst werden, bevor andere Elemente der Leiterplattenanordnung einem zu großen Stromfluss und einer zu großen Erwärmung ausgesetzt sind. Bei einer Weiterbildung sind die Querschnitte des Heizelements und des Opferbereich gleich groß. Der Opferbereich kann Bestandteil des Heizelements sein oder das Heizelement kann von dem Opferbereich räumlich getrennt sein oder an den Opferbereich angrenzen. Bei einer Ausfüh- rungsform grenzt das Heizelement an den Lotbump an oder überlappt mit dem Lotbump in Draufsicht auf die Trägerplatte. Bei einer anderen Ausführungsform ist das Heizelement von dem Lotbump beabstandet. Insbesondere kann es in diesem Fall vom Lotbump elektrisch isoliert sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Heizelement von einem in der Trägerplatte eingebetteten Abschnitt der Leiterbahn oder von einem in der Trägerplatte eingebetteten Abschnitt einer weiteren Leiterbahn der Leiterplattenanordnung gebildet. Der das Heizelement bildende, in der Trägerplatte eingebettete Abschnitt ist bei einer Weiterbildung in Draufsicht auf die Trägerplatte zumindest stellenweise von dem Lotbump überdeckt. Er hat vorzugsweise einen kleineren Querschnitt als der erste und als der zweite Leiterbahnabschnitt. Bei einer Weiterbildung ist der in der Trägerplatte eingebettete, das Heizelement bildende Abschnitt mittels Vias mit der auf der Trägerplatte angeordneten Leiterbahn thermisch und insbesondere elektrisch verbunden. In Draufsicht auf die Trägerplatte sind bei einer Weiterbildung die Vias von dem Lotbump überdeckt.
Ein Via (vertical interconnect access) , auch Durchkontaktierung genannt, ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine vertikale elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnebenen der Leiterplattenanordnung. Die Verbindung kann beispielsweise durch eine innen metallisierte Bohrung in der Trägerplatte realisiert sein. Alternativ können auch Nieten oder Stifte verwendet sein.
Gemäß einer Ausführungsform verläuft der Sicherungsabschnitt gekrümmt und/oder geknickt. Mit anderen Worten hat der Si¬ cherungsabschnitt ein Teilstück, das in Draufsicht auf die Trägerplatte gekrümmt verläuft und/oder er hat ein Teilstück, das einen Knick aufweist. Mittels der Krümmung bzw. des Knicks ist eine besonders schnelle und zuverlässige Unterbrechung der Leiterbahn beim Auslösen der Anordnung zur Strombegrenzung erzielbar. Die Erfinder haben festgestellt, dass mechanische Spannungen im Bereich solcher Krümmungen bzw. Knicke vorteilhaft für die Ausbildung einer Sollbruchstelle der Leiterbahn im Opferbereich sind. So ist eine besonders schnelle Unterbrechung des Sicherungsabschnitts beim Auslösevorgang erzielbar. ^
Gemäß einer Ausführungsform verläuft ein Teilstück des Sicherungsabschnitts in Draufsicht auf die Trägerplatte bogen¬ förmig um den Lotbump herum. Insbesondere stellt das um den Lotbump bogenförmig herum verlaufende Teilstück das Heizelement oder einen Teil des Heizelements dar. Mittels des bogenförmigen Verlaufs ist eine besonders effiziente Erwärmung des Lotbumps realisierbar . Bei einer vorteilhaften Weiterbildung verläuft das bogenförmige Teilstück bis zu einem Knick des Sicherungsabschnitts bogen¬ förmig um den Lotbump herum. Vorzugsweise grenzt entweder der Knick an den Lotbump an oder ein Bereich des Sicherungsabschnitts, der insbesondere den Opferbereich enthält, erstreckt sich von dem Knick bis zu dem Lotbump hin. Bei einer Weiterbildung erstreckt er sich gerade von dem Knick bis zu dem Lotbump hin. Bei dieser Ausführungsform ist eine Anordnung zur Strombegrenzung erzielbar, die bei besonders geringem Strom auslöst. Ein - insbesondere schwach gekrümmter - bogenförmiger Verlauf vom Knick bis zum Lotbump hin ist als Variante dieser Ausführungsform ebenfalls denkbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Lotbump zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt angeordnet und von diesem beabstandet. Beispielsweise erstreckt sich ein erstes Teilstück des Sicherungsabschnitts von dem Lotbump in Richtung zum ersten Leiterbahnabschnitt und ein zweites Teilstück er¬ streckt sich von dem Lotbump zum zweiten Leiterbahnabschnitt, wobei das erste und das zweite Teilstück an gegenüberliegenden Seiten lateral über den Lotbump hinausragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Sicherungsabschnitt T-förmig, so dass er drei Teilstücke hat, von denen jeweils eines an den ersten Leiterbahnabschnitt, den zweiten Leiterbahnab- schnitt bzw. an den Lotbump angrenzt. Die drei Teilstücke treffen insbesondere in einem gemeinsamen Knotenpunkt zusammen. 0
o
Das an den Lotbump angrenzende Teilstück enthält zweckmäßi¬ gerweise den Opferbereich. Es hat eine Länge, die vorzugsweise höchstens halb so groß ist, besonders bevorzugt höchstens ein Viertel mal so groß ist wie die Länge der beiden anderen Teilstücke bzw. des kleineren der beiden anderen Teilstücke. Auf diese Weise kann eine vergleichsweise schnelle Auslösung der Anordnung zur Strombegrenzung erzielbar sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Sicherungsab- schnitt mehrere Teilstücke auf, die lateral - d.h. quer zu ihrer Haupterstreckungsrichtung - voneinander beabstandet sind, stellenweise von dem Lotbump bedeckt oder überdeckt sind und von denen jedes an gegenüberliegenden Seiten über den Lotbump lateral hinausragt. Beispielsweise sind die Teilstücke zueinander parallel und verlaufen jeweils von dem ersten Leiterbahnab¬ schnitt bis zu dem zweiten Leiterbahnabschnitt hin. Bei einer anderen Weiterbildung verlaufen die Teilstücke mäanderförmig mehrmals unter dem Lotbump hindurch. Beispielsweise sind mittels der Teilstücke bogenförmige Bereiche des Sicherungsabschnitts gebildet, die in Draufsicht auf die Trägerplatte seitlich von dem Lotbump angeordnet sind und deren Enden bis zum Lotbump hin verlaufen .
Beispielsweise bei dieser Ausführungsform kann der Lotbump an seiner der Trägerplatte zugewandten Seite stellenweise an den Sicherungsabschnitt der Leiterbahn und stellenweise direkt an die Trägerplatte angrenzen. Insbesondere ist er nicht voll¬ flächig auf einem metallischen Auflagebereich aufgebracht. Gemäß einer anderen Ausführungsform hat die Leiterplattenanordnung einen - insbesondere metallischen - Auflagebereich, auf den der Lotbump aufgebracht ist, so dass er mit dem Auflagebereich in Draufsicht auf die Trägerplatte überlappt. Bei einer Wei¬ terbildung überlappt der Lotbump vollflächig mit dem Aufla- gebereich. Insbesondere haben der Auflagebereich und der Lotbump in Draufsicht auf die Trägerplatte die gleiche Außenkontur und der Auflagebereich hat eine einfach zusammenhängende Aufla¬ gefläche für den Lotbump, die insbesondere von seiner Außenkontur begrenzt wird. Auf diese Weise sind die laterale Ausdehnung und das Volumen des Lotbumps besonders einfach und reproduzierbar einstellbar. Der Auflagebereich kann einstückig mit der Leiterbahn ausgebildet sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform überlappt der Lotbump in Draufsicht auf die Trägerplatte mit dem Sicherungsabschnitt und ragt lateral über den Opferbereich hinaus. Mit anderen Worten ist die Ausdehnung des Lotbumps quer zu einer Haupterstreckungs- richtung des Opferbereichs größer, insbesondere mindestens doppelt so groß, wie die Ausdehnung des Opferbereichs in dieser Richtung. Auf diese Weise ist der Opferbereich besonders schnell im Material des Lotbumps lösbar. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Lei¬ terplattenanordnungen und der elektrischen bzw. elektronischen Baugruppe ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit schematischen Figuren dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figur la eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiterplattenanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ,
Figur lb eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt der
Leiterplattenanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei einem ersten Stadium des Auslö- sevorgangs der Anordnung zur Strombegrenzung,
Figur lc eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt der
Leiterplattenanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Stadium nach dem Auslösen der Anordnung zur Strombegrenzung,
Figur 2a eine schematische Schnittansicht der Leiterplat¬ tenanordnung gemäß Figur la, Figur 2b eine schematische Schnittansicht der Leiterplat¬ tenanordnung in dem Stadium der Figur lb, Figur 2c eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts der Leiterplattenanordnung im Stadium der Figur lc,
Figur 3 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer elektronischen Baugruppe mit einer Leiter- plattenanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiterplattenanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Figur 5 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiterplattenanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ,
Figur 6 eine schematische Schnittdarstellung eines Aus¬ schnitts einer Leiterplattenanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, Figur 7 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiterplattenanordnung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel ,
Figur 8 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiterplattenanordnung gemäß einem siebten
Ausführungsbeispiel ,
Figur 9 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiterplattenanordnung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel, und Figur 10 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiterplattenanordnung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel . In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche, gleich wirkende oder gleichartige Bestandteile mit denselben Be¬ zugszeichen versehen. Einzelne Bezugszeichen können dabei in einigen Zeichnungen zur Verbesserung der Darstellbarkeit weggelassen sein. Die Größen und Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein. Die Figuren la und 2a zeigen eine schematische Draufsicht bzw. eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts einer Leiterplattenanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Leiterplattenanordnung weist eine Trägerplatte 1 auf. Die Trägerplatte 1 hat eine Hauptfläche, auf der eine Leiterbahn 2 aufgebracht ist. Die Trägerplatte 1 mit der aufgebrachten Leiterbahn 2 stellt eine Leiterplatte dar. Die Trägerplatte ist aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet, vorzugsweise aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial .
Die Leiterbahn 2 hat einen ersten Leiterbahnabschnitt 21 und einen zweiten Leiterbahnabschnitt 22 die räumlich voneinander getrennt sind. Ein Sicherungsabschnitt 23 der Leiterbahn 2 erstreckt sich auf der Trägerplatte 1 vom ersten Leiterbahn- schnitt 21 bis zum zweiten Leiterbahnabschnitt 22 hin. Auf diese Weise ist der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 21, 22 mittels des Sicherungsabschnitts 23 elektrisch überbrückt. Die Leiterplattenanordnung hat eine Anordnung zur Strombegrenzung, die vorliegend von dem Sicherungsabschnitt 23 der Leiterbahn 2 sowie von zwei Lotbumps 3 gebildet ist, die an¬ grenzend an den Sicherungsabschnitt 23 auf dem ersten bzw. zweiten Leiterbahnabschnitt 21, 22 angeordnet sind. Figuren la und 2a zeigen die Anordnung zur Strombegrenzung in intaktem Zustand. D.h. insbesondere, dass die Anordnung zur Strombe¬ grenzung in diesem Zustand nur mit Strömen unterhalb eines vorgegebenen Auslösestroms beaufschlagt worden ist, für welchen die sie ausgelegt ist.
Bei den Lotbumps 3 handelt es sich um auf die Leiterbahn 2 aufgedruckt Lötpunkte, die eine kuppeiförmige - beispielsweise halbkugelige - Grundform haben. Vorliegend bilden Bereiche des ersten und des zweiten Leiterbahnabschnitts 21, 22 jeweils einen Auflagebereich, der vorzugsweise bündig mit einer auf dem Auflagebereich aufliegenden Grundfläche der Lotbumps 3 ist. Der Sicherungsabschnitt 23 hat einen kleineren Querschnitt als der erste und der zweite Leiterbahnabschnitt 21, 22, wobei darunter der Querschnitt des jeweiligen Abschnitts 21, 22 in einem von den Lotbumps 3 unbedeckten Bereich - d.h. hier insbesondere außerhalb des Auflagebereichs - zu verstehen ist. Der kleinere Querschnitt des Sicherungsabschnitts 23 ist vorliegend durch eine verringerte Breite des Sicherungsab¬ schnitts 23 in Draufsicht auf die Hauptfläche der Trägerplatte 1 realisiert. Die Leiterbahn 2 ist aus Kupfer gefertigt. Die Lotbumps bestehen aus einem Zinnlot, das insbesondere auch zur Befestigung von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 5 auf der Leiterplattenanordnung verwendbar bzw. verwendet ist. Der Querschnitt des Sicherungsabschnitts 23 ist so gewählt, dass sich der Sicherungsabschnitt 23 bei Beaufschlagung mit dem vorgegebenen Auslösestrom oder einem Strom größerer Stromstärke derart erwärmt, dass die Lotbumps 3 zumindest in einem an dem Sicherungsabschnitt 23 angrenzenden Bereich aufgeschmolzen werden. Insbesondere ist der Querschnitt so gewählt, dass bei Beaufschlagung mit dem Auslösestrom eine Temperatur von mindestens 50 K oberhalb der Schmelztemperatur des Lots erzielt wird. Bei üblichen, in der Automobilindustrie verwendeten Zinnloten beträgt die Schmelztemperatur beispielsweise etwa 220 °C. Der Sicherungsabschnitt 23 stellt auf diese Weise ein elektrisches Heizelement 4 zum Aufschmelzen der Lotbumps 3 dar. Zugleich stellen an die Lotbumps 3 angrenzende Abschnitte des Sicherungsabschnitts 23 Opferbereiche 231 dar, die dazu vor¬ gesehen sind, in den zumindest teilweise aufgeschmolzenen Lotbumps 3 gelöst zu werden um den Sicherungsabschnitt 23 zu unterbrechen .
Die Figuren lb und 2b zeigen eine der Figur la entsprechende Draufsicht bzw. eine der Figur 2A entsprechende Schnittansicht der Leiterplattenanordnung in einem ersten Stadium des Auslösevorgangs der Anordnung zur Strombegrenzung während der Beaufschlagung der Leiterbahn 2 - und damit des Sicherungsabschnitts 23 - mit einem Strom der mindestens so groß ist wie der vorgegebene Auslösestrom.
In diesem Stadium sind die Lotbumps 3 geschmolzen und ein Teil des Lotmaterials der Lotbumps 3 ist auf die Opferbereiche 231 geflossen, so dass er die Opferbereiche 231 zumindest stel¬ lenweise überdeckt. Das Kupfer der Opferbereiche 231 löst sich während des Auslösevorgangs allmählich im geschmolzenen Lot auf, was in Figur 2b durch den punktierten Bereich in den Opfer- bereichen 231 schematisch angedeutet ist. Die Lösungsge¬ schwindigkeit des Kupfers im Lot ist stark temperaturabhängig und steigt oberhalb der Schmelztemperatur des Lots stark an.
Die Figuren lc und 2c zeigen eine schematische Draufsicht bzw. eine schematische Schnittansicht der Leiterplattenanordnung des ersten Ausführungsbeispiels in einem auf das erste Stadium nachfolgenden zweiten Stadium am Ende des Auslösevorgangs bzw. nach dem Auslösevorgang. In diesem Stadium sind die Opferbereiche über ihre gesamte Höhe in dem Lotmaterial der Lotbumps 3 aufgelöst und das Material der Opferbereiche 231 hat sich aufgrund der Oberflächenspannung des Lots bzw. des Lot-Kupfer-Gemischs in Richtung zum ersten Leiterbahnabschnitt 21 bzw. zum zweiten Leiterbahnabschnitt 22 hin zurückgezogen (angedeutet durch die gepunkteten Bereiche innerhalb der Lotbumps 3 in Figur 2c) . Dadurch entstehen im Bereich der Opferbereiche 231 Spalte, mittels welchen der Sicherungsabschnitt 23 unterbrochen ist, so dass auch der
Stromfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 21, 22 unterbrochen ist.
Die Spalte können dadurch vergrößert sein, dass sich der in Richtung von den Lotbumps 3 weg auf die Opferbereiche 231 nachfolgende Teil des Sicherungsabschnitts 23 während des Auslösevorgangs der Anordnung zur Strombegrenzung im Bereich der Spalte von der Trägerplatte 1 abhebt (in Figur 2c nach oben) . Dies kann beispielsweise aufgrund von thermischen Spannungen zwischen dem Material der Trägerplatte 1 und dem Material des Siche¬ rungsabschnitts 23 während des Auslösevorgangs hervorgerufen sein. Das Spaltmaß der beim Auslösevorgang zwischen dem ersten bzw. zweiten Leiterbahnabschnitt 21, 22 und dem Sicherungs¬ abschnitt 23 entstehenden Spalte kann auf diese Weise vergrößert sein.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind zumindest die Opferbereiche 231 von Lötstopplack unbedeckt. Beispielsweise liegt der Sicherungsabschnitt 23 frei.
Die Lösung des Kupfers der Opferbereiche 231 im Lot der Lotbumps 3 erfolgt vorliegend mit Vorteil bereits bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunkts von (reinem) Kupfer. Dies kann beispielsweise durch die Bildung von intermetallischen Phasen und durch chemische Reaktionen zwischen dem Kupfer der Opferbereiche 231 und dem Lotmaterial der Lotbumps 3 verursacht sein. Um eine besonders schnelle Auflösung der Opferbereiche zu erzielen sind diese bei dieser oder anderen Ausgestaltungen vorzugsweise frei von Diffusionsbarriereschichten wie bei- spielsweise Nickel-Sperrschichten.
Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispiels ist die Lei¬ terplattenanordnung derart ausgestaltet, dass sich nur einer der beiden Opferbereiche 231 auflöst um die Leiterbahn 2 zu un¬ terbrechen. Dies ist z . B . möglich, wenn in der Umgebung der beiden Opferbereiche 231 unterschiedliche benachbarte Bauelemente 5 zur Erhitzung oder Kühlung mit beitragen.
Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer elektronischen Baugruppe mit einer Leiterplattenanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und mit einem elekt¬ rischen oder elektronischen Bauelement 5.
Die Leiterplattenanordnung entspricht grundsätzlich der Leiterplattenanordnung, die im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel anhand der Figuren la bis lc und 2a bis 2c vorstehend beschrieben ist. Das Bauelement 5 ist auf der Trägerplatte 1 montiert und elektrisch leitend mit dem zweiten Leiterbahnabschnitt 22 verbunden, vorliegend mittels einer Lötverbindung eines elektrischen Anschlusspins des Bauelements 5. Im Gegensatz zur Leiterplattenanordnung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel weist die Anordnung zur Strombegrenzung der vorliegenden Leiterplattenanordnung nur einen einzigen Lotbump 3 auf. Dieser ist beabstandet vom ersten und zweiten Leiterbahnabschnitt 21, 22 etwa mittig auf dem Sicherungsabschnitt 23 angeordnet (in Draufsicht auf eine Hauptfläche der Trägerplatte 1) . Hierzu kann der Sicherungsabschnitt 23 eine laterale Ausbuchtung haben, die einen Auflagebereich für den Lotbump 3 bildet. An gegenüberliegenden Seiten von dem Auflagebereich ausgehende Teilstück des Sicherungsabschnitts 23 haben einen geringeren Querschnitt als der erste und zweite Leiterbahn¬ abschnitt 21, 22 wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Auf diese Weise ist der Lotbump 3 besonders gut mit dem vom Siche¬ rungsabschnitt 23 gebildeten Heizelement 4 von zwei Seiten her erwärmbar. Opferbereiche 231 sind von an den Lotbump 3 seitlich angrenzenden Teilstücken des Sicherungsabschnitts 23 gebildet.
Figur 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Leiter¬ plattenanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel , das im Wesentlichen demjenigen des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht. Im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel ist der Lotbump 3 jedoch nicht den Sicherungsabschnitt 3 überdeckend und in zwei entgegengesetzte Richtungen lateral über den Siche- rungsabschnitt 23 hinausragend ausgebildet. Vielmehr ist der Lotbump 3 vorliegend seitlich vom Sicherungsabschnitt 23 an¬ geordnet und grenzt an einen Teilbereich des Sicherungsab¬ schnitts 23 lateral an, welcher somit den Opferbereich 231 darstellt .
Figur 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiterplattenanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, die grundsätzlich der Ausgestaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht.
Während der Sicherungsabschnitt 23 beim zweiten Ausführungs¬ beispiel jedoch geradlinig vom ersten Leiterbahnabschnitt 21 zum zweiten Leiterbahnabschnitt 22 verläuft, weist der Siche¬ rungsabschnitt 23 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ge- krümmte Teilstücke 232 auf, die sich - ausgehend vom ersten
Leiterbahnabschnitt 21 bzw. vom zweiten Leiterbahnabschnitt 22 - bogenförmig um den Lotbump 3 herum erstrecken ohne diese zu berühren . Das vom ersten Leiterbahnabschnitt 21 ausgehende gekrümmte
Teilstück 232 endet auf der von diesem abgewandten Seite des Lotbumps 3 an einem Knick 233. Analog endet das vom zweiten Leiterbahnabschnitt 22 ausgehende gekrümmte Teilstück 232 des Sicherungsabschnitts 23 auf der vom zweiten Leiterbahnabschnitt 22 abgewandten Seite des Lotbumps 3 an einem weiteren Knick 233. Die beiden gekrümmten Teilstücke 232 des Sicherungsabschnitts 23 bilden in Draufsicht auf eine Hauptfläche der Trägerplatte 1 einen nahezu geschlossenen Kreisbogen um die Lotbump 3 herum. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass aufgrund der Ätzprozesse beim Herstellen der Leiterplatte scharfe Knicke in der Regel nicht herstellbar sind, sondern die Konturen der Leiterbahn 2 an allen Stellen stetig differenzierbar sind. Derartige Stellen besonders starker Krümmung werden daher im vorliegenden Zusammenhang ebenfalls unter dem Begriff „Knick" subsummiert.
Zwischen den zwei Knicken 233 erstreckt sich ein geradlinig - oder bei einer Variante leicht gekrümmt - verlaufendes Teilstück des Sicherungsabschnitts 23. Opferbereiche 231 des Sicherungsab¬ schnitts 23 sind von Teilbereichen dieses geradlinig verlau¬ fenden Teilstücks gebildet, die ausgehend von dem Lotbump 3 auf den jeweiligen Knick 233 zu verlaufen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Erwärmung des Lotbumps 3 zu einem Großteil durch Wärmeleitung von den vom Lotbump 3 beabstandeten, gekrümmten Teilstücken 232.
Figur 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer Leiterplattenanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Dieses entspricht grundsätzlich demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, wobei es nur einen Lotbump 3 aufweist, die dem zweiten Leiterbahnabschnitt 22 benachbart ist. Zusätzlich zum Sicherungsabschnitt 23 ist das elektrische Heizelement 4 vorliegend von einem mäanderförmigen Heizschlangen-Abschnitt 60 einer weiteren Leiterbahn 6 gebildet, die in die Trägerplatte 1 eingebettet ist. Der Heizschlan¬ gen-Abschnitt 60 ist dabei in Draufsicht auf die Hauptfläche der Trägerplatte 1 zumindest stellenweise von dem Lotbump 1 überdeckt. Von der weiteren Leiterbahn 6 - insbesondere von dem Heizschlangen-Abschnitt 60 können thermisch und/oder elektrisch leitfähige Vias 7 zu der Leiterbahn 2 durch die Trägerplatte 1 geführt sein.
Figur 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiterplattenanordnung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Dieses entspricht im Wesentlichen dem vierten Ausführungsbeispiel .
Jedoch sind der erste und der zweite Leiterbahnabschnitt 21, 22 nicht entlang einer gemeinsamen Haupterstreckungsrichtung angeordnet, sondern die Haupterstreckungsrichtungen des ersten und des zweiten Leiterbahnabschnitts 21, 22 sind in Draufsicht auf die Hauptfläche der Trägerplatte 1 zueinander geneigt, insbesondere zueinander senkrecht. Der Sicherungsabschnitt 23 hat nur ein gekrümmtes Teilstück 232, das nahezu vollständig bogenförmig um den Lotbump 3 herum verläuft. Kurze geradlinige oder leicht gekrümmte Endstücke des Sicherungsabschnitts 23 verlaufen von Knicken 233 an den Enden des gekrümmten Teilstücks 232 zum ersten bzw . zweiten Leiterbahnabschnitt 21 , 22. Einer der Knicke 233 grenzt an den Lotbump 3 an, so dass ein den Knick 233 aufweisendes Teilstück des Sicherungsabschnitts 23 den einzigen - Opferbereich 231 der Anordnung zur Strombegrenzung bildet .
Figur 8 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiterbahnanordnung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel, das im Wesentlichen demjenigen des dritten Ausführungsbeispiels entspricht.
Jedoch hat der Sicherungsabschnitt 23 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine T-Form. Anders ausgedrückt hat er drei geradlinige Teilstücke 231, 234, die sich ausgehend von einem gemeinsamen Knotenpunkt 235, wo sie zusammentreffen, bis zum ersten Leiterbahnabschnitt 21, bis zum zweiten Leiterbahnab¬ schnitt 22 bzw. zum Lotbump 3 hin erstrecken. Dabei haben zwei der geradlinigen Teilstücke 234 die gleiche Haupterstre- ckungsrichtung und überbrücken den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 21, 22. Das dritte ge¬ radlinige Teilstück 231 zweigt am Knotenpunkt von den beiden anderen geradlinigen Teilstücken 234 ab und hat eine Haupt- erstreckungsrichtung, die vorzugsweise senkrecht zur Haupt- erstreckungsrichtung der beiden anderen Teilstücke 234 verläuft. Dieses Teilstück stellt bei der vorliegenden Ausführungsform den Opferbereich 231 dar und hat entlang seiner Haupterstre- ckungsrichtung eine Abmessung, die um ein Vielfaches kleiner ist als die Abmessungen der beiden anderen Teilstücke 234 entlang deren Haupterstreckungsrichtung . Auf diese Weise wird beim Auslösen der Anordnung zur Strombegrenzung - wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben - der Siehe- rungsabschnitt im Bereich des Knotenpunkts 235 aufgelöst, so dass die Teilstücke 234, welche an den ersten bzw. den zweiten Leiterbahnabschnitt 21, 22 angrenzen, beim Auslösen der Anordnung zur Strombegrenzung räumlich und galvanisch voneinander getrennt werden.
Figur 9 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiterplattenanordnung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel, dass im Wesentlichen demjenigen der Leiterplatten- anordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (siehe Figur 3) entspricht .
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Siche¬ rungsabschnitt 23 jedoch drei parallel zueinander verlaufende geradlinige Teilstücke 234 auf, die sich jeweils vom ersten
Leiterbahnabschnitt 21 zum zweiten Leiterbahnabschnitt 22 hin erstrecken und stellenweile von dem Lotbump 3 bedeckt sind. Dort wo die Teilstücke 234 angrenzend an den Lotbump jeweils an gegenüberliegenden Seiten aus diesem herausragen, sind die Opferbereiche 231 gebildet.
Im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel ist der Lotbump 3 vorliegend nicht vollflächig auf einem metallischen Auflagebereich angeordnet. Vielmehr grenzt er seitlich von den ge- radlinigen Teilstücken 234 und zwischen diesen direkt an die Trägerplatte 1 an.
Figur 10 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiterplattenanordnung gemäß einem neunten Ausfüh- rungsbeispiel , das im Wesentlichen dem achten Ausführungs¬ beispiel entspricht.
Wie beim achten Ausführungsbeispiel weist der Sicherungsab¬ schnitt 23 drei Teilstücke 234 auf, die jedoch nicht parallel, sondern seriell verschaltet zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 21, 22 angeordnet sind. Die Teilstücke 234 sind derart versetzt zueinander angeordnet, dass der Siche¬ rungsabschnitt mäanderförmig mehrfach unter dem Lotbump 3 hindurch verläuft. Die einzelnen Teilstücke sind lateral voneinander beabstandet und mittels Knicken 233 - oder alternativ mittels bogenförmigen Verbindungsstücken 232 - miteinander verbunden. Beispielsweise ist mittels der Teilstücke 234 ein N-förmiger Verlauf des Sicherungsabschnitts 23 realisiert. Mittels der Teilstücke 234 und der Knicke 233 bzw. bogenförmigen Verbindungsstücke 232 sind V-förmige oder bogenförmige Bereiche des Sicherungsabschnitts 23 gebildet, die in Draufsicht auf die Trägerplatte 1 seitlich von dem Lotbump 3 angeordnet sind und deren Enden bis zum Lotbump 3 hin verlaufen.
Die Erfindung ist durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele nicht auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in Ausführungsbeispielen und Patentansprüchen beinhaltet.

Claims

Patentansprüche
1. Leiterplattenanordnung mit einer Trägerplatte (1), einer Leiterbahn (2) auf der Trägerplatte (1) und einer Anordnung zur Strombegrenzung, wobei
- die Leiterbahn (2) einen ersten Leiterbahnabschnitt (21), einen zweiten Leiterbahnabschnitt (22) und einen Sicherungsabschnitt (23) aufweist,
- der Sicherungsabschnitt (23) sich vom ersten zum zweiten Leiterbahnabschnitt (21, 22) erstreckt um diese elektrisch leitend zu verbinden,
wobei
- die Anordnung zur Strombegrenzung einen Lotbump (3) , ein Heizelement (4) zum zumindest partiellen Aufschmelzen des Lotbumps (3) und einen Opferbereich (231) des Sicherungsab¬ schnitts (23) aufweist,
- der Lotbump an den Opferbereich (231) angrenzt, der dazu vorgesehen ist, in dem zumindest stellenweise aufgeschmolzenen Lotbump (3) gelöst zu werden um den Sicherungsabschnitt (23) zu unterbrechen, und
- zumindest der Opferbereich (231) des Sicherungsabschnitts (23) einen kleineren Querschnitt hat als der erste und der zweite Leiterbahnabschnitt (21, 22).
2. Leiterplattenanordnung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Heizelement (4) von dem Sicherungsabschnitt (23) oder einem Teilstück davon gebildet ist.
3. Leiterplattenanordnung gemäß Anspruch 1, wobei das Heiz- element (4) von einem in der Trägerplatte (1) eingebetteten
Abschnitt (60) der Leiterbahn (2) oder einer weiteren Leiterbahn (6) gebildet ist, wobei der Abschnitt (60) insbesondere einen kleineren Querschnitt hat als der erste und der zweite Lei¬ terbahnabschnitt (21, 22).
4. Leiterplattenanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sicherungsabschnitt (23) ein gekrümmtes Teilstück (232) und/oder einen Knick (233) aufweist.
5. Leiterplattenanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sicherungsabschnitt (23) in Draufsicht auf die Trägerplatte (1) bogenförmig um den Lotbump (3) herum bis zu einem Knick (233) des Sicherungsabschnitts (23) verläuft.
6. Leiterplattenanordnung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- entweder der Knick (233) an den Lotbump (3) angrenzt
- oder sich ein Bereich des Sicherungsabschnitts (23) , der den Opferbereich (231) enthält, von dem Knick bis zu dem Lotbump (3) hin erstreckt.
7. Leiterplattenanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lotbump (3) zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt (21, 22) angeordnet und von diesen beabstandet ist.
8. Leiterplattenanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Sicherungsabschnitt (23) T-förmig ist, so dass er drei Teilstücke (231, 234) hat, von denen je eines an den ersten Leiterbahnabschnitt (21), den zweiten Leiterbahnabschnitt (22) und der Lotbump (3) angrenzt, oder
- der Sicherungsabschnitt (23) mehrere Teilstücke (234) auf- weist, die lateral voneinander beabstandet sind, stellenweise von dem Lotbump (3) bedeckt sind und jeweils an gegenüberliegenden Seiten über den Lotbump (3) lateral hinaus ragen.
9. Leiterplattenanordnung gemäß einem der vorhergehenden An- Sprüche, wobei die Leiterbahn (2) einen Auflagebereich hat, auf den der Lotbump (3) aufgebracht ist, so dass der Lotbump (3) mit dem Auflagebereich in Draufsicht auf die Trägerplatte (1) insbesondere vollflächig überlappt.
10. Leiterplattenanordnung gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Lotbump (3) in Draufsicht auf die Trä¬ gerplatte (1) mit dem Sicherungsabschnitt (23) überlappt und lateral über den Opferbereich (231) hinaus ragt.
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