Beschreibung

[1] Doppelseitige Platine mit Leiterbahnsicherung

Technisches Gebiet

[2] Die Erfindung betrifft eine doppelseitige Platine mit einer Leiterbahnsicherung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

[3] Die Leiterbahnsicherung einer Platine hat die Aufga ^¬ be, bei einem anormalen Betriebszustand, insbesondere bei einem Kurzschluss, die Verbindung zur Spannungsversorgung schnell und zuverlässig zu unterbrechen. Damit soll ver ^¬ hindert werden, dass sich der Kurzschluss auf der Platine ausbreitet und weiteren Schaden anrichtet. Außerdem soll durch das frühzeitige Ansprechen der Leiterbahnsicherung vermieden werden, dass ein Netzschutzschalter ausgelöst wird.

[4] Zu diesem Zweck wird häufig ein bestimmter Leiterbahnabschnitt auf der Platine als Schmelzsicherung ausge ^¬ führt. Dieser Leiterbahnabschnitt hat einen im Vergleich zu den anderen Leiterbahnen auf der Platine verengten Querschnitt, der bei Auftreten eines Kurzschlusses kon ^¬ trolliert schmelzen und so den Stromkreis unterbrechen soll .

[5] Ein Problem dabei ist, dass das beim Schmelzen und Verdampfen der Schmelzsicherung auftretende Plasma ein neues, niederohmig unter Netzspannung stehendes Kontaktpaar findet und dadurch unkontrolliert weiterbrennt. Auf diese Weise wird ein indirekter Kurzschluss ausgelöst, der meistens zwischen Lötstellen und/oder wesentlich

breiteren Leiterbahnen brennt und aufgrund der größeren verfügbaren Metallmenge wesentlich mehr leitfähiges Plas ^¬ ma erzeugt als der eigentliche Kurzschluss und somit wei ^¬ teren Schaden auf der Platine verursacht. Der Prozess schaukelt sich so lange auf, bis schließlich der Netz ^¬ schutzschalter ausgelöst wird. Je niederohmiger das anschließende Netzfilter ist, d.h. je höher die Nennleis ^¬ tung des Geräts ist, desto häufiger tritt der soeben be ^¬ schriebene Fall ein.

[6] Ein Lösungsversuch für dieses Problem findet sich in der EP 0 774 887 A2. Diese zeigt eine Leiterbahnsiche ^¬ rung, bei der zwei gegensinnig von Strom durchflossene Leiterbahnabschnitte möglichst parallel in einem geringen Abstand zueinander angeordnet sind, so dass die Leiter- bahn insgesamt eine U-Form aufweist. Durch den geringen Abstand stehen die Magnetfelder im Bereich der Leitungsabschnitte in Wechselwirkung miteinander. Einer der Leiterbahnabschnitte hat einen verengten Querschnitt und schmilzt im Falle eines Kurzschlusses. Das dabei entste- hende Plasma wird durch die Wechselwirkung der Magnetfel ^¬ der vom benachbarten Leiterabschnitt ferngehalten und es kann ein Weiterbrennen des Plasmas vermieden werden.

[7] Hiermit kann das Eingangs geschilderte Problem je ^¬ doch nicht zuverlässig und für jede Anwendung gelöst wer- den. Vor allem bei dicht bestückten Platinen besteht die Gefahr, dass das Plasma zu anderen benachbarten Leiterbahnen überspringt, in denen noch kein Kurzschlussstrom fließt und die demzufolge auch kein (wie auch immer ge- poltes) für die Abstoßung des Plasmas ausreichend starkes Magnetfeld haben. Außerdem wird es aus Platzgründen nicht

immer möglich sein, diese U-förmige Leiterbahnsicherung auf jeder Platine unterzubringen.

[8] In der DE 37 23 832 Al ist eine Leiterbahnsicherung offenbart, bei der ebenfalls eine Schmelzsicherung ver- wendet wird, die einen in diesem Fall durch eine Ausspa ^¬ rung verringerten Leiterbahnquerschnitt hat. Diese Stelle mit dem verringerten Querschnitt wird mit einem funkenlö ^¬ schenden Medium abgedeckt. Außerdem soll die Aussparung in der Schmelzsicherung, die z.B. eine Bohrung sein und bis durch die Platine hindurchreichen kann, ein Abströmen der beim Schmelzen entstehenden Gase ermöglichen.

[9] Problematisch an dieser Lösung ist die komplizierte Anbringung der Abdeckschicht und Herstellung der Aussparung in der Leiterbahn. Des Weiteren kann unter der Ab- deckschicht ein sich ungünstig auf die Unterbrechung des Kurzschluss-Stroms auswirkender Hitzestau entstehen.

Aufgabe

[10] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Be ^¬ triebssicherheit der Platine mit einfachen Mitteln zu verbessern.

[11] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkma ^¬ le des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausfüh ^¬ rungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben .

Darstellung der Erfindung

[12] Bei der erfindungsgemäßen Platine ist der als Schmelzsicherung ausgeführte Leiterbahnabschnitt auf der anderen Platinenseite als die restliche Leiterbahn. Dies

hat den großen Vorteil, dass im Kurzschlussfall nur das Material dieses Abschnitts verdampfen kann, da ein Mate ^¬ rialabtrag durch die Durchkontaktierungen aus verschiede ^¬ nen Gründen sehr unwahrscheinlich ist. Zum einen ist die zu verdampfende Metallmenge in einer Durchkontaktierung vergleichsweise Groß, zum anderen ist diese Masse sehr kompakt in der Durchkontaktierung vorhanden und schon deshalb ist eine große Sicherheit vor unkontrolliertem Weiterbrennen des Plasmas im Kurzschlussfall vorhanden.

[13] Die erfindungsgemäße Leiterbahnsicherung hat den weiteren Vorteil einer möglichen platzsparenden Auslegung dieser Sicherung. Dadurch, dass beide Seiten der Leiterplatte für die Sicherung verwendet werden, ist der Ge ^¬ samtflächenbedarf auf der Leiterplatte reduziert.

[14] Sollten für den Seitenwechsel sehr feine Durchkontaktierungen mit wenig Metallmasse verwendet werden, so kann es von Vorteil sein, wenn die Durchkontaktierungen mit SMD-Klebepunkten belegt werden, um ein Abbrennen des Plasmas durch die Kontaktierung sicher verhindern zu kön- nen. Da die Unterseite, aber auch die Oberseite der Pla ^¬ tine bei modernen elektronischen Betriebsgeräten üblicherweise zum Teil mit SMD-Bauteilen bestückt ist, werden vor dem Bestücken dieser Bauteile eine Vielzahl von Klebepunkten aufgebracht, die die darauf bestückten Bauteile bis zum Lötvorgang in Position halten sollen. Daher gehen die Mehrkosten von zwei zusätzlichen Klebepunkten auf den Durchkontaktierungen gegen Null.

[15] Um im Falle eines Kurzschlusses ein übergreifen des

Plasmas auf benachbarte Leiterbahnen zu unterbinden, ist es von Vorteil, wenn sich zwischen dem Schmelzsicherungs-

teil der Leiterbahn und den benachbarten Leiterbahnen eine Trennwand befindet. Die Trennwand kann an der Platine angebracht sein, sie kann aber auch Teil des Gehäuses sein. Dies hat den Vorteil einer einfachen Montage und geringen Kosten. Auf der Seite, die der Schmelzsicherung zugewandt ist, kann die Trennwand vorzugsweise mit einer als Diffusor wirkenden zusätzlichen isolierenden Ablenkfläche versehen sein, um das bei einem Schmelzen der Schmelzsicherung entstehende Plasma, das sich in Richtung der benachbarten Leiterbahn bewegt, von dieser weg abzulenken und den Plasmastrahl aufzuweiten. Dadurch kann ein Ausbreiten und überspringen des Plasmas auf benachbarte Leiterbahnen und somit ein indirekter Kurzschluss auf wirkungsvolle und einfache Weise verhindert werden.

[16] Zum besseren Reflektieren und Ablenken des Plasmas kann die Ablenkfläche eben ausgebildet und in Bezug auf die Trennwandebene schräg angestellt, wobei der Winkel so gewählt ist, dass das Plasma weg von der benachbarten Leiterbahn gelenkt wird und zudem eine leichte Herstell- barkeit gewährleistet ist.

[17] Für die Anstellung der Schrägfläche kann in Bezug zu der Trennwandebene und der Platinenoberfläche ein Winkel von 45° gewählt werden.

[18] Es ist auch möglich, eine Trennwand durch geeignete Bauteile, wie z.B. gebecherte Kondensatoren, auszubilden. Dies stellt für viele Fälle eine gangbare weil ausrei ^¬ chend sichere, und deutlich kosteneffektivere Lösung dar.

Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)

[19] Fig. 1 Draufsicht auf den Zuführungsteil der erfin ^¬ dungsgemäßen Leiterbahnsicherung auf der Leiterplatte .

[20] Fig. 2 Schnitt durch eine erfindungsgemäße Leiter- bahnsicherungsanordnung.

[21] Fig. 3 Draufsicht auf den Schmelzsicherungsteil der erfindungsgemäßen Leiterbahnsicherung auf der Leiterplatte.

[22] Fig. 4a Schnittansicht eines Details der Leiterbahn- Sicherung mit einem SMD-Klebepunkt .

[23] Fig. 4b Draufsicht eines Details der Leiterbahnsi ^¬ cherung mit einem SMD-Klebepunkt.

[24] Fig. 5 Darstellung der Leiterbahnsicherung im Zusammenspiel mit einer Trennwand, die eine schräge Ablenkfläche aufweist.

[25] Fig. 6 Darstellung der Leiterbahnsicherung im Zusammenspiel mit einer Trennwand, die zwei schräge Ablenkflächen aufweist.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

[26] Wie in den Fig. 1-3 ersichtlich, ist die Leiterbahnsicherung in zwei Abschnitte aufgeteilt: den auf einer Seite der Platine verlaufenden Zuführungsteil 2, 3, und den auf der anderen Seite der Platine verlaufenden Schmelzsicherungsteil 4. Die beiden Teile werden mit 2 Durchkontaktierungen 5 verbunden. Die Durchkontaktierun- gen 5 können, wie in der Fig. 2 Dargestellt reine Vias sein, sie können aber auch durch ein bedrahtetes Bauteil,

z.B. einen Widerstand mit einem hohen Wert, gebildet wer ^¬ den .

[27] Wie die Fig. 4a und 4b zeigen, wird die Durchkontak- tierung 5 bevorzugt als reines Via ausgeführt, und auf der Seite der Schmelzsicherung 4 mit einem Klebepunkt 6 aus SMD-Klebstoff überdeckt. Dieser kann im Zuge der SMD- Bestückung aufgebracht werden, so dass kein zusätzlicher Arbeitsgang notwendig ist. Der Klebepunkt 6 trägt zusätz ^¬ lich dazu bei, dass im Falle eines Kurzschlusses das Plasma 21 nicht durch die Durchkontaktierung brennen kann .

[28] Für den Fall, dass zwei Leiterbahnsicherungen jeweils auf unterschiedlichen Platinenseiten vorgesehen sind, können die SMD-Klebepunkte auch auf die Seite der Zuführungsteile der Durchkontaktierungen aufgebracht wer ^¬ den .

[29] Somit wird nur das zwischen den Durchkontaktierungen 5 liegende schmale Leiterbahnstück 4 verdampft was eine saubere und sichere Trennung vom Netz gewährleistet.

[30] Bei Geräten größerer Leistung kann der Kurzschluss- Strom so groß sein, dass eine gewisse Gefahr besteht, dass im Falle eines Kurzschlusses das leitende Plasma 21 auf andere Leiterbahnen übergreift (Fig. 5 & 6) . Hier ist es sinnvoll, zwischen der Schmelzsicherung 4 und benach- barten Leiterbahnen 60 eine Trennwand 8 vorzusehen, die das Plasma 21 davon abhält, in die Bereiche der benach ^¬ barten Leiterbahnstücke 60 vorzudringen. Die Trennwand 8 hat vorzugsweise eine der Schmelzsicherung 4 zugewandte Ablenkfläche 16, die in einem schrägen Winkel zur Leiter- plattenoberfläche angeordnet ist. Im Kurzschlussfall wird

das von der Schmelzsicherung 4 weg auf die Ablenkfläche 16 und die benachbarten Leiterbahnstücke 60 zuströmende Plasma 21 von der Leiterbahnoberfläche weggelenkt und ge ^¬ streut, so dass dessen Leitfähigkeit sinkt. Diese Umlen- kung bewirkt, dass kein Plasma 21 mehr in die Nähe be ^¬ nachbarter Leiterbahnstücke gelangen kann.

[31] Die Ablenkfläche 16 kann z.B. in einem Winkel von 45° zur Leiterplattenoberfläche angeordnet sein. Die Trennwand 8 und die Ablenkfläche 16 können ein Bauteil bilden, dass an der Leiterplatte befestigt wird, z.B. durch Einclipsen in eine Ausnehmung 14 der Leiterplatte. Wie in Fig. 6 dargestellt kann die Trennwand 8 auch eine zweite Ablenkfläche 26 aufweisen, die das Plasma ein wei ^¬ teres mal umlenkt und streut, so dass es danach von den Benachbarten Leiterbahnen 60 wegfliesst.

[32] Bevorzugt werden die Trennwand 8 und die Ablenkflä ^¬ che (n) 16, 26 jedoch zusammen mit dem Gehäuse 22 ausgebildet. Dies hat den Vorteil geringerer Kosten, da kein zusätzliches Bauteil gefertigt und montiert werden muss. Bei der Montage von Leiterplatte 1 und Gehäuse 22 sitzt die Trennwand dann automatisch an der richtigen Stelle.