DE102012016238B4

DE102012016238B4 - Verfahren zur Beseitigung von elektrischen Kurzschlüssen und Diagnosegerät

Info

Publication number: DE102012016238B4
Application number: DE102012016238.3A
Authority: DE
Inventors: Mario KASPER; Christian Steinert
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2032-08-17
Also published as: US9211851B2; DE102012016238A1; US20140049858A1

Abstract

Verfahren zur Beseitigung eines elektrischen Kurzschlusses, der durch einen fadenförmigen Zinnkristall (11) in einer Elektronikbaugruppe (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs hervorgerufen werden kann, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden:- Bereitstellen der Elektronikbaugruppe (1) umfassend elektrische Bauelemente (2, 12, 13, 14, 15) mit Anschlüssen (4, 8) und Leiterbahnen (6, 10) zur Verbindung der Bauelemente (2, 12, 13, 14, 15), wobei die Bauelemente (2, 12, 13, 14, 15) konfigurierbare Eingänge und Ausgänge aufweisen,- Konfigurieren wenigstens zweier der Eingänge und Ausgänge der elektrischen Bauelemente (2, 12, 13, 14, 15), um einen Eingangsanschluss (3) und einen Ausgangsanschluss (7) zu bilden, so dass zwischen dem Eingangsanschluss (3) und dem Ausgangsanschluss (7) im Falle des elektrischen Kurzschluss durch den fadenförmigen Zinnkristall (11) ein Kurzschluss-Strom fließt, der groß genug ist, um den fadenförmigen Zinnkristall (11) zu zerstören; wobei die Elektronikbaugruppe (1) mit einem Diagnosegerät verbunden wird, über das das Konfigurieren der Eingänge und Ausgänge der elektrischen Bauelemente erfolgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beseitigung von elektrischen Kurzschlüssen, die durch fadenförmige Zinnkristalle in Elektronikbaugruppen eines Kraftfahrzeugs hervorgerufen werden.
Bei modernen Kraftfahrzeugen wird zunehmend eine verbesserte Umweltverträglichkeit auch seitens des Gesetzgebers gefordert. So ist es beispielsweise üblich, die vormals vorherrschenden bleihaltigen Lotverbindungen bei elektronischen Baugruppen durch eine Verbindungstechnik zu ersetzen, in der kein Blei Verwendung findet.
Beim Aufbau elektronischer Baugruppen, die in Kraftfahrzeugen auf vielfältige Weise in Form von Steuergeräten, Sensoren, Navigationssysteme Unterhaltungssysteme oder dergleichen Verwendung finden, werden einzelne Bauelemente auf Leiterplatten angeordnet und mittels Lötverbindungen kontaktiert. Wie aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt ist, begünstigt die Verwendung von bleifreien Lötwerkstoffen die Bildung von fadenförmigen Zinnkristallen, die im englischen Sprachraum auch tin whisker (Zinnhärchen)“ genannt werden.
Fadenförmige Zinnkristalle wachsen bevorzugt auf galvanisch abgeschiedenen Schichten und können eine Länge von mehreren Millimetern erreichen, was bei kompakt angeordneten Bauelementen zu Kurzschlüssen zwischen benachbarten Lötflächen führen kann, wodurch schlimmstenfalls ganze Baugruppen ausfallen oder nur noch fehlerhaft funktionieren können. Dies stellt neben den anfallenden Wartungskosten auch ein Sicherheitsrisiko dar, da beispielsweise Antiblockiersysteme, Airbag-Systeme oder ähnliche Baugruppen sicherheitsrelevante Komponenten sind.
Der mögliche Ausfall von Baugruppen durch Whisker kann entweder durch Vermeiden der Whisker-Bildung während der Zinnabscheidung verhindert beziehungsweise verringert werden.
So ist aus der DE 19755185 A1 ein wässriges, stark saures Austauschbad zum stromlosen Abscheiden von Zinn auf Kupfer bekannt, welches in einer Badflüssigkeit an gelösten Stoffen Zinn in Form eines Zinn-II-Salzes, Thioharnstoff oder ein Derivat, 2-Thiohydantoin Feinkornzusatz für das Zinn, einen Emulgator für den Feinkornzusatz, wenn dieser nicht wasserlöslich ist, und ein Tensid enthält.
JP 2007 - 335 128 A beschreibt eine elektronische Schaltung, welche über standardmäßig geschlossene Schalter, die ein elektrisches Signal abschalten, zu Verbindungsanschlüssen eines Verbindungssteckers verbunden ist. Die Ausgansspannung einer Energieversorgung ist über eine stromlimitierende Schaltung und mehrere standardmäßig geöffnete Schalter mit mehreren Verbindungsanschlüssen verbunden. Mehrere Verbindungsanschlüsse sind geerdet über mehrere standardmäßig offene Schalter. Ein Mikroprozessor öffnet mehrere Schalter immer dann, wenn eine vordefinierte Zeit ab dem Zusammenbauzeitpunkt abgelaufen ist, wobei das Öffnen und Schließen mehrerer standardmäßig geöffneter Schalter von dem Mikroprozessor gesteuert wird und eine Spannung an benachbarte Verbindungsterminals angelegt wird.
JP 2006 - 134 590 A beschreibt ein Verfahren, bei dem einem Verbinder, der mit winzigen Substanzen, wie Zinnhärchen, verbunden ist, ein Strom zum Schmelzen der Zinnhärchen zugeführt wird.
JP 2007 - 090 354 A beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Gerät mit einem Kurzschluss durch Zinnhärchen wieder funktionsfähig gemacht wird. Ein Steuersignal einer Schaltersteuerung schaltet mehrere Wechselschalter auf eine zweite Position, wobei eine große Spannung zwischen mehreren benachbarten Anschlüssen erzeugt wird. Falls an irgendeiner Stelle zwischen den benachbarten Anschlüssen ein Kurzschluss durch Zinnhärchen vorhanden ist, werden die Zinnhärchen dadurch geschmolzen und getrennt.
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Wiederherstellen der Funktion einer Elektronikbaugruppe im Falle eines durch einen fadenförmigen Zinnkristall hervorgerufenen Kurzschlusses zu ermöglichen, ohne die Elektronikbaugruppe dazu austauschen zu müssen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Demnach wird ein Verfahren zur Beseitigung eines elektrischen Kurzschlusses, der durch einen fadenförmigen Zinnkristall in einer Elektronikbaugruppe insbesondere eines Kraftfahrzeugs hervorgerufen werden kann, bereitgestellt, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden:

- Bereitstellen der Elektronikbaugruppe umfassend elektrische Bauelemente mit Anschlüssen und Leiterbahnen zur Verbindung der Bauelemente, wobei die Bauelemente konfigurierbare Eingänge und Ausgänge aufweisen,
- Konfigurieren wenigstens zweier der Eingänge und Ausgänge der elektrischen Bauelemente, um einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss zu bilden, so dass zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss im Falle des elektrischen Kurzschluss durch den fadenförmigen Zinnkristall ein Kurzschluss-Strom fließt, der groß genug ist, um den fadenförmigen Zinnkristall zu zerstören, wobei die Elektronikbaugruppe mit einem Diagnosegerät verbunden wird, über das das Konfigurieren der Eingänge und Ausgänge der elektrischen Bauelemente erfolgt.

Durch die Erzeugung von kontrollierten Kurzschlüssen können die Whisker zerstört werden. Es erfolgt eine softwarebasierende Ansteuerung von Eingängen und Ausgängen mehrerer Steuergeräte und den daran angeschlossenen Sensoren, Aktuatoren usw. im Fahrzeugverbund zur Zerstörung der Tin Whisker.
Resultierend aus einer vorgegebenen Architektur von Steuergeräten im Fahrzeugverbund kann das Verfahren Eingänge und Ausgänge von Steuergeräten gezielt ansteuern und somit Kurzschlüsse zwischen benachbarten Kontakten herstellen. Besonders gefährdet durch Kurzschlüsse sind dicht nebeneinander liegende Leiterbahnen sowie deren Anschlussflächen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Konfigurieren der Eingänge und Ausgänge der elektrischen Bauelemente so, dass sukzessive benachbarte Anschlüsse und Leiterbahnen der Elektronikbaugruppe überprüft werden.
Demgemäß erfolgt eine Zerstörung beziehungsweise Überprüfung auf Kurzschlüsse durch sukzessives Auswählen benachbarter Anschlüsse und Leiterbahnen, die in einer vorgegebenen Abfolge angesteuert werden, um etwaige Kurzschlüsse zu zerstören. Die Abfolge kann dabei in Form einer Liste aufgrund des bekannten Aufbaus der Elektronikbaugruppe vorgegeben werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens beträgt der Kurzschluss-Strom 50 mA oder mehr.
Üblicherweise schmelzen die fadenförmigen Zinnkristalle bei einem Strom von ungefähr 10 mA, so dass demgemäß die sichere Zerstörung durch das Verfahren ermöglicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Kurzschluss-Strom durch Beaufschlagung von Potential an den Ausgängen erzeugt.
Dabei ist es möglich, ein oder mehrere Ausgänge so zu konfigurieren, dass der benötigte Kurzschluss-Strom erreicht wird, um eine sichere Zerstörung durch das Verfahren zu ermöglichen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfassen die elektrischen Bauelemente Aktuatoren, Sensoren oder Steuergeräte.
Demgemäß lässt sich die Erfindung mit den bei der Produktion von Elektronikbaugruppen häufig verwendeten Bauelementen einsetzen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Konfigurieren der Eingänge und der Ausgänge der elektrischen Bauelemente mittels eines standardisierten Protokolls, vorzugsweise nach dem AUTOSAR-Standard.
Neuere Elektronikbaugruppen unterstützen oftmals ein standardisiertes Konfigurationsprotokoll, das beispielsweise nach dem AUTOSAR-Standard ausgeführt wird.
Gemäß der Erfindung wird die Elektronikbaugruppe mit einem Diagnosegerät verbunden, über das das Konfigurieren der Eingänge und der Ausgänge der elektrischen Bauelemente erfolgt.
Demgemäß kann dieses Verfahren beispielsweise im jährlichen Kundendienst per Diagnosebefehl gestartet werden. Ebenso ist es denkbar, dass bei Vorliegen eines Fehlers in einer Elektronikbaugruppe eine entsprechende Meldung erscheint, die dann zum Start des Verfahrens im Rahmen einer Inspektion führt.
Das beschriebene Verfahren zur Beseitigung eines elektrischen Kurzschlusses sowie die vorteilhaften Ausgestaltungen können mit einem Diagnosegerät für ein Kraftfahrzeug, insbesondere in einer Steuereinheit realisiert werden. Zweckmäßigerweise weist die Steuereinheit ein Speichermittel mit einem darauf abgelegten Computerprogramm auf, wobei das Computerprogramm der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient.
Die Steuereinheit kann eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU), einen Arbeitsspeicher (RAM) sowie ein Speichermittel besitzen. Die CPU ist ausgebildet, Befehle, die als eine in einem Speichermittel abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangsignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem kann verschiedene Speichermedien wie optische, magnetische, Festkörper- und andere nichtflüchtige Medien besitzen, auf dem ein entsprechendes Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens sowie der vorteilhaften Ausgestaltungen gespeichert ist. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, so dass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit das Kraftfahrzeug steuern kann.
Des Weiteren wird ein Diagnosegerät mit einer Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug angegeben, wobei die Steuereinheit ein Speichermittel mit einem darauf abgelegten Computerprogramm aufweist, wobei das Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens ausgestattet ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher läutert. Es zeigen:

1 eine Elektronikbaugruppe mit einem Kurzschluss in einer Draufsicht,
2 eine schematische Darstellung einer Elektronikbaugruppe, und
3 ein erfindungsgemäßes Verfahren in einem Flussdiagram.

In den Figuren sind gleiche oder funktional gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Ausschnitt einer Elektronikbaugruppe 1 gezeigt, die ein elektrisches Bauelement 2 aufweist. Das elektrische Bauelement 2 weist einen ersten Anschluss 3 auf und ist über eine erste Anschlussfläche 4 mittels eines Lots 5 mit einer ersten Leiterbahn 6 verbunden. Des Weiteren weist das elektrische Bauelement 2 einen zweiten Anschluss 7 auf und ist über eine zweite Anschlussfläche 8 mittels eines weiteren Lots 9 mit einer zweiten Leiterbahn 10 verbunden.
Wie in 1 gezeigt ist, bildete sich zwischen der ersten Anschlussfläche 4 und der zweiten Anschlussfläche 8 ein fadenförmigen Zinnkristall 11 aus, der zu einem Kurzschluss zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem zweiten Anschluss führt. Die gezeigte Anordnung ist dabei lediglich beispielhaft zu verstehen. Ebenso ist es möglich, dass der fadenförmige Zinnkristall 11 einen Kurzschluss an anderen Stellen, wie beispielsweise zwischen benachbarten Bauelementen, zwischen Leiterbahnen und Anschlussflächen oder zwischen benachbarten Leiterbahnen hervorrufen kann. Auch ein Kurzschluss über nicht benachbarte leitfähige Elemente wäre im Rahmen der Erfindung denkbar.
Bei der Elektronikbaugruppe 1 kann es sich um eine im Kraftfahrzeugbau verwendete Elektronikkomponente handeln, die mehrere elektrische Bauelemente 2 aufweist. Diese können beispielsweise als Aktuatoren, Sensoren oder Steuergeräte ausgeführt sein.
Das Verfahren zur Beseitigung von einem elektrischen Kurzschluss, der durch den fadenförmigen Zinnkristall 11 in der Elektronikbaugruppe 1 hervorgerufen wurde, wird unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert.
Die Elektronikbaugruppe 1 weist neben dem ersten elektrischen Bauelement 2 noch weitere als Steuergeräte (ECU) ausgeführte zweite bis vierte elektrische Bauelemente 12, 13 und 14 sowie ein als ein Sensor ausgeführtes fünftes elektrisches Bauelement 15 auf. Das zweite elektrische Bauelement 12 ist über die erste und die zweite Verbindungsleitung 16 bzw. 17 mit dem vierten Bauelement 14 und über eine dritte Verbindungsleitung 18 mit dem fünften Bauelement 15 und dem ersten Bauelement 2 verbunden. Das erste elektrische Bauelement 2 ist über eine vierte Verbindungsleitung 19 mit dem fünften Bauelement 15 und über die fünfte und die sechste Verbindungsleitung 20 bzw. 21 mit dem dritten Bauelement 13 verbunden. Des Weiteren ist das vierte elektrische Bauelement 14 über eine siebte Verbindungsleitung 22 mit dem fünften Bauelement 15 verbunden. Schließlich sind das erste bis vierte Bauelement 2, 12, 13 und 14 über eine achte Verbindungsleitung 23 mit einer Schnittstelle 24 verbunden.
Die Eingänge und Ausgänge des zweiten, dritten und vierten elektrischen Bauelements 12, 13 und 14 werden nun so konfiguriert, dass zwischen dem Eingangsanschluss 3 und dem Ausgangsanschluss 7 des ersten Bauelements 2 im Falle des elektrischen Kurzschlusses durch den fadenförmigen Zinnkristall 11 ein Kurzschluss-Strom fließt, der groß genug ist, um den fadenförmigen Zinnkristall 11 zu zerstören. Der Kurzschluss-Strom kann dabei 50 mA oder mehr betragen. Der Kurzschluss-Strom wird durch Beaufschlagung von Potential erzeugt.
Das Konfigurieren der Eingänge und Ausgänge der elektrischen Bauelemente 2, 12, 13 und 14 kann dabei so erfolgen, dass sukzessive benachbarte Anschlüsse und Leiterbahnen der Elektronikbaugruppe überprüft werden.
Das Konfigurieren der Eingänge und der Ausgänge der elektrischen Bauelemente 2, 12, 13 und 14 erfolgt mittels eines standardisierten Protokolls zum Beispiel nach dem AUTOSAR-Standard über die Schnittstelle 24. Über die Schnittstelle 24 kann die Elektronikbaugruppe 1 mit einem Diagnosegerät verbunden werden, über das das Konfigurieren der Eingänge und der Ausgänge der elektrischen Bauelemente erfolgt.
Das Verfahren zur Beseitigung des elektrischen Kurzschlusses, der durch den fadenförmigen Zinnkristall 11 in der Elektronikbaugruppe 1 eines Kraftfahrzeugs hervorgerufen werden kann, wird in 3 nochmals zusammengefasst.
In Schritt 100 erfolgt das Bereitstellen der Elektronikbaugruppe 1.
In Schritt 101 erfolgt das Konfigurieren der Eingänge und Ausgänge der elektrischen Bauelemente, um den fadenförmigen Zinnkristall 11 zu zerstören.
Bezugszeichenliste

1: Elektronikbaugruppe
2: erstes elektrisches Bauelement
3: erster Anschluss
4: erste Anschlussfläche
5: Lot
6: erste Leiterbahn zweiter Anschluss
7: zweiter Anschluss
8: zweite Anschlussfläche
9: weiteres Lot
10: zweite Leiterbahn
11: fadenförmiger Zinnkristall
12: zweites elektrisches Bauelement
13: drittes elektrisches Bauelement
14: viertes elektrisches Bauelement
15: fünftes elektrisches Bauelement
16: erste Verbindungsleitung
17: zweite Verbindungsleitung
18: dritte Verbindungsleitung
19: vierte Verbindungsleitung
20: fünfte Verbindungsleitung
21: sechste Verbindungsleitung
22: siebte Verbindungsleitung
23: achte Verbindungsleitung
24: Schnittstelle
101: erster Schritt
102: zweiter Schritt

Claims

Verfahren zur Beseitigung eines elektrischen Kurzschlusses, der durch einen fadenförmigen Zinnkristall (11) in einer Elektronikbaugruppe (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs hervorgerufen werden kann, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden: - Bereitstellen der Elektronikbaugruppe (1) umfassend elektrische Bauelemente (2, 12, 13, 14, 15) mit Anschlüssen (4, 8) und Leiterbahnen (6, 10) zur Verbindung der Bauelemente (2, 12, 13, 14, 15), wobei die Bauelemente (2, 12, 13, 14, 15) konfigurierbare Eingänge und Ausgänge aufweisen, - Konfigurieren wenigstens zweier der Eingänge und Ausgänge der elektrischen Bauelemente (2, 12, 13, 14, 15), um einen Eingangsanschluss (3) und einen Ausgangsanschluss (7) zu bilden, so dass zwischen dem Eingangsanschluss (3) und dem Ausgangsanschluss (7) im Falle des elektrischen Kurzschluss durch den fadenförmigen Zinnkristall (11) ein Kurzschluss-Strom fließt, der groß genug ist, um den fadenförmigen Zinnkristall (11) zu zerstören; wobei die Elektronikbaugruppe (1) mit einem Diagnosegerät verbunden wird, über das das Konfigurieren der Eingänge und Ausgänge der elektrischen Bauelemente erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Konfigurieren der Eingänge (3) und Ausgänge (7) der elektrischen Bauelemente (2, 12, 13, 14, 15) so erfolgt, dass sukzessive benachbarte Anschlüsse und Leiterbahnen der Elektronikbaugruppe (1) überprüft werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kurzschluss-Strom 50 mA oder mehr beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Kurzschluss-Strom durch Beaufschlagung von Potential an den Ausgängen erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die elektrischen Bauelemente (2, 12, 13, 14, 15) Aktuatoren, Sensoren oder Steuergeräte umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Konfigurieren der Eingänge (3) und der Ausgänge (7) der elektrischen Bauelemente (2, 12, 13, 14, 15) mittels eines standardisierten Protokolls, vorzugsweise nach dem AUTOSAR-Standard, erfolgt.
Diagnosegerät mit einer Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug, wobei die Steuereinheit ein Speichermittel mit einem darauf abgelegten Computerprogramm aufweist, wobei das Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgestattet ist.