DE102020001617A1

DE102020001617A1 - Molded part or printed circuit board with integrated current measuring device

Info

Publication number: DE102020001617A1
Application number: DE102020001617.0A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Jumatech GmbH
Current assignee: JUMATECH GMBH, DE
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2021-09-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte, vorzugsweise für Hochstromanwendungen, umfassend wenigstens ein elektrisch leitendes Formteil mit wenigstens zwei Anschlussstellen für elektronische Bauteile. Um eine kostengünstige Leiterplatte für Hochstromanwendungen sowie ein dafür geeignetes Formteil bereitzustellen, die eine Stromstärkemessung ermöglichen, stellt die vorliegende Erfindung eine Leiterplatte (1), vorzugsweise für Hochstromanwendungen, umfassend wenigstens ein elektrisch leitendes Formteil (2) mit wenigstens zwei Anschlussstellen (3) für elektronische Bauteile und mit einer zwischen den Anschlussstellen (3) ausgebildeten Verjüngung (4), wobei die Leiterplatte (1) einen Temperatursensor (5) zur Messung der Temperatur des Formteils (2) im Bereich der Verjüngung (4) aufweist. Zudem stellt die Erfindung ein entsprechendes Formteil zum Einbau in/auf einer solchen Leiterplatte bereit.The present invention relates to a printed circuit board, preferably for high-current applications, comprising at least one electrically conductive molded part with at least two connection points for electronic components. In order to provide a cost-effective printed circuit board for high-current applications as well as a molded part suitable for this, which enable a current measurement, the present invention provides a printed circuit board (1), preferably for high-current applications, comprising at least one electrically conductive molded part (2) with at least two connection points (3) for electronic devices Components and with a taper (4) formed between the connection points (3), the printed circuit board (1) having a temperature sensor (5) for measuring the temperature of the molded part (2) in the region of the taper (4). In addition, the invention provides a corresponding molded part for installation in / on such a printed circuit board.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte, vorzugsweise für Hochstromanwendungen, umfassend wenigstens ein elektrisch leitendes Formteil mit wenigstens zwei Anschlussstellen für elektronische Bauteile. Ebenso betrifft die Erfindung ein Formteil für den Einbau in/auf einer derartigen Leiterplatte.The present invention relates to a printed circuit board, preferably for high-current applications, comprising at least one electrically conductive molded part with at least two connection points for electronic components. The invention also relates to a molded part for installation in / on such a printed circuit board.

Eine solche Leiterplatte ist aus der DE 10 2011 102 484.4 bekannt.Such a circuit board is from the DE 10 2011 102 484.4 known.

Um bei einer Leiterplatte die Stärke des zwischen den Anschlussstellen fließenden Stroms zu messen, werden üblicherweise Präzisionswiderstände aus Manganin, Isarohm oder Konstantan verwendet.In order to measure the strength of the current flowing between the connection points on a circuit board, precision resistors made of Manganin, Isarohm or Constantan are usually used.

Eine Leiterplatte mit eingebettetem Präzisionswiderstand ist z.B. aus der DE 10 2013 223 143.1 bekannt. Derartige Präzisionswiderstände weisen über einen großen Temperaturbereich nahezu konstante Widerstandsbeiwerte auf. Bei Kenntnis einer zwischen zwei Anschlussstellen anliegenden Spannung kann so ein im Präzisionswiderstand fließender Strom einfach ermittelt werden.A printed circuit board with embedded precision resistor is, for example, from the DE 10 2013 223 143.1 known. Such precision resistors have almost constant resistance coefficients over a large temperature range. With knowledge of a voltage between two connection points, a current flowing in the precision resistor can easily be determined.

Derartige Präzisionswiderstände sind insbesondere für Stromstärken in der Größenordnung von 10-20 A geeignet. Höhere Stromstärken in der Größenordnung von mehr als 100 A - sog. Hochstromanwendungen - erfordern erhebliche größere Materialquerschnitte. Die Kosten der für Hochstromanwendungen entsprechend dimensionierten Präzisionswiderstände sind erheblich.Such precision resistors are particularly suitable for currents in the order of 10-20 A. Higher currents in the order of magnitude of more than 100 A - so-called high-current applications - require considerably larger material cross-sections. The costs of the precision resistors dimensioned accordingly for high-current applications are considerable.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Leiterplatte für Hochstromanwendungen sowie ein dafür geeignetes Formteil bereitzustellen, um eine Stromstärkemessung zu ermöglichen.The present invention is based on the object of providing a cost-effective printed circuit board for high-current applications as well as a molded part suitable for this in order to enable a current measurement.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und den Gegenstand des Anspruchs 15.The object of the invention is achieved by the subject matter of claim 1 and the subject matter of claim 15.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Leiterplatte, vorzugsweise für Hochstromanwendungen bereit, umfassend wenigstens ein elektrisch leitendes Formteil mit wenigstens zwei Anschlussstellen für elektronische Bauteile und mit einer zwischen den Anschlussstellen ausgebildeten Verjüngung, wobei die Leiterplatte einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Formteils im Bereich der Verjüngung aufweist. Bei dieser Leiterplatte kann die Stromstärke im Formteil rechnerisch über die mit dem Temperatursensor im Formteil gemessene Temperatur und die zwischen den Anschlussstellen angelegte Spannung auf Basis des temperaturspezifischen Widerstands im Bereich der Verjüngung ermittelt werden. Dadurch sind bei der erfindungsgemäßen Leiterplatte keine Präzisionswiderstände zur Stromstärkenmessung erforderlich. Gerade bei Leiterplatten für Hochstromanwendungen führt dies zu einer erheblichen Kostenersparnis, da die Präzisionswiderstände zur Messung von Stromstärken von über 100 A erhebliche Dimensionen aufweisen und dementsprechend Kosten verursachen.The present invention provides a circuit board, preferably for high-current applications, comprising at least one electrically conductive molded part with at least two connection points for electronic components and with a taper formed between the connection points, the circuit board having a temperature sensor for measuring the temperature of the molded part in the area of the taper . With this circuit board, the current intensity in the molded part can be calculated using the temperature measured with the temperature sensor in the molded part and the voltage applied between the connection points on the basis of the temperature-specific resistance in the area of the taper. As a result, no precision resistors for current measurement are required in the circuit board according to the invention. In the case of printed circuit boards for high-current applications in particular, this leads to considerable cost savings, since the precision resistors for measuring current intensities of over 100 A have considerable dimensions and accordingly generate costs.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.Advantageous further developments are the subject matter of the dependent claims.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei Anlegen einer Spannung zwischen den Anschlussstellen ein zwischen den Anschlussstellen fließender, elektrischer Strom zwangsläufig durch die Verjüngung fließt, vorzugsweise quer, bevorzugt senkrecht zu einer die Anschlussstellen verbindenden Linie. Dadurch kann der Stromfluss zwischen den Anschlussstellen - und damit der zugehörige elektrische Widerstand des Formteils - besonders genau festgelegt werden.It can be advantageous if, when a voltage is applied between the connection points, an electrical current flowing between the connection points inevitably flows through the taper, preferably transversely, preferably perpendicularly, to a line connecting the connection points. As a result, the current flow between the connection points - and thus the associated electrical resistance of the molded part - can be determined particularly precisely.

Es kann sinnvoll sein, wenn die Verjüngung den minimalen Leitungsquerschnitt (Qmin) des Formteils zwischen den Anschlussstellen definiert, wobei vorzugsweise dieser minimale Leitungsquerschnitt (Qmin) des Formteils höchstens 60%, 50% oder 40% und ggf. wenigstens 5 %, 10 %, oder 20% eines (durchschnittlichen oder) maximalen Leitungsquerschnitts (Qmax) des Formteils zwischen einer der Anschlussstellen und der Verjüngung beträgt. Bei diesen Abmessungen ist der elektrische Widerstand, der durch die Verjüngung bestimmt wird, für den elektrischen Gesamtwiderstand des Formteils zwischen Anschlussstellen dominant.It can be useful if the taper exceeds the minimum line cross-section ( Qmin ) of the molded part is defined between the connection points, whereby this minimum line cross-section ( Qmin ) of the molded part at most 60%, 50% or 40% and possibly at least 5%, 10% or 20% of an (average or) maximum cable cross-section ( Qmax ) of the molded part between one of the connection points and the taper. With these dimensions, the electrical resistance, which is determined by the taper, is dominant for the total electrical resistance of the molded part between connection points.

Es kann aber auch nützlich sein, wenn das Formteil im Bereich der Verjüngung mäanderförmig oder schleifenförmig ausgebildet ist, vorzugsweise derart, dass sich eine Stromflussrichtung zwischen den Anschlussstellen im Bereich der Verjüngung wenigstens einfach oder mehrfach ändert, wobei bevorzugt ein Stromflusspfad zwischen den Anschlussstellen im Formteil länger ist als der direkte Abstand der Anschlussstellen. Auch dadurch lässt sich der Stromfluss im Formteil besonders genau bestimmen.However, it can also be useful if the molded part is meander-shaped or loop-shaped in the area of the taper, preferably in such a way that a current flow direction between the connection points in the area of the taper changes at least once or several times, with a current flow path between the connection points in the molded part preferably being longer is than the direct distance between the connection points. This also enables the current flow in the molded part to be determined particularly precisely.

Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn die Verjüngung durch wenigstens einen Einschnitt gebildet ist, der sich ausgehend von einer seiner Randseiten in das Formteil erstreckt, vorzugsweise senkrecht zu dieser Randseite des Formteils, wobei bevorzugt die Verjüngung durch wenigstens zwei solche Einschnitte gebildet ist, die sich von verschiedenen seiner Randseiten in das Formteil erstrecken. Dadurch lässt sich die Verjüngung im Formteil mit besonders einfachen, konstruktiven Maßnahmen erzeugen. Es kann nützlich sein, wenn jeder der Einschnitte eine die Anschlussstellen verbindende (imaginäre) Linie ein- oder mehrfach schneidet, sodass der Stromfluss zwischen den Anschlussstellen zwangsläufig umgelenkt wird.It can prove to be helpful if the taper is formed by at least one incision which extends from one of its edge sides into the molded part, preferably perpendicular to this edge side of the molded part, the tapering preferably being formed by at least two such incisions, which extend from various of its edge sides into the molded part. As a result, the taper in the molded part can be produced with particularly simple, structural measures. It can be useful to have each of the incisions one The (imaginary) line connecting the connection points intersects one or more times, so that the flow of current between the connection points is inevitably diverted.

Es kann zweckdienlich sein, wenn die Leiterplatte wenigstens eine Leiterschicht mit einer Leiterstruktur aufweist, die durch Ätzung aus einer elektrisch leitenden Folie herausgearbeitet ist, wobei die Leiterstruktur vorzugsweise wenigstens zwei (geätzte) Anschlussstellen und eine sich zwischen den Anschlussstellen erstreckende (geätzte) Leiterbahn aufweist, wobei bevorzugt wenigstens eine der Leiterschichten an der Oberseite der Leiterplatte und/oder wenigstens eine der Leiterschichten an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet ist und/oder wenigstens eine der Leiterschichten zwischen zwei Isolierstoffschichten in der Leiterplatte eingebettet ist. Dadurch können verschiedene elektronische Bauteile besonders einfach angeschlossen und miteinander verbunden werden.It can be expedient if the circuit board has at least one conductor layer with a conductor structure which is machined from an electrically conductive film by etching, the conductor structure preferably having at least two (etched) connection points and one (etched) conductor track extending between the connection points, wherein preferably at least one of the conductor layers is arranged on the top of the circuit board and / or at least one of the conductor layers is arranged on the underside of the circuit board and / or at least one of the conductor layers is embedded between two layers of insulating material in the circuit board. As a result, various electronic components can be connected and connected to one another in a particularly simple manner.

Es kann sich als sinnvoll erweisen, wenn der Temperatursensor entweder in einer im Formteil eingebrachten Öffnung bzw. Ausnehmung, oder in einer dem Formteil benachbarten Leiterschicht oder in einem am Formteil angebrachten Bauteil angeordnet ist. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele ermöglichen unterschiedliche Arten der Kontaktierung für spezifische Anwendungsfälle.It can prove to be useful if the temperature sensor is arranged either in an opening or recess made in the molded part, or in a conductor layer adjacent to the molded part, or in a component attached to the molded part. Different exemplary embodiments enable different types of contact for specific applications.

Es kann hilfreich sein, wenn der Temperatursensor vom Formteil elektrisch isoliert ist. Dadurch kann verhindert werden, dass Strom unbeabsichtigt über den Temperatursensor abfließt und das Messergebnis beeinträchtigt.It can be helpful if the temperature sensor is electrically isolated from the molded part. This can prevent current from unintentionally flowing through the temperature sensor and affecting the measurement result.

Es kann sich auch als praktisch erweisen, wenn der Temperatursensor ausgehend von einer dem Formteil benachbarten Leiterschicht elektrisch kontaktiert ist, vorzugsweise unter Durchdringung einer zwischenliegenden Isolierstoffschicht und ggf. des Formteils. Dadurch können die Bauteile der Leiterplatte besonders kompakt arrangiert werden.It can also prove to be practical if the temperature sensor is electrically contacted starting from a conductor layer adjacent to the molded part, preferably with penetration of an intermediate layer of insulating material and possibly the molded part. As a result, the components of the circuit board can be arranged in a particularly compact manner.

Es kann auch sinnvoll sein, wenn der Temperatursensor im Bereich der Verjüngung des Formteils angeordnet ist, vorzugsweise in einem Bereich, in welchem sich eine Richtung des Stromflusses zwischen den Anschlussstellen ändert, wobei bevorzugt der Temperatursensor in Bezug auf den Einschnitt gemäß Anspruch 5 in einem Abstand angeordnet ist, der weniger als die Länge des Einschnitts beträgt, besonders bevorzugt weniger als 50% der Länge des Einschnitts (gemessen vom Rand des Formteils), wobei ganz besonders bevorzugt der Temperatursensor bei Projektion senkrecht auf eine die Anschlussstellen verbindende Linie in einer Position zwischen den Einschnitten angeordnet ist. Dadurch kann die Temperatur im Bereich der Verjüngung besonders präzise gemessen werden.It can also be useful if the temperature sensor is arranged in the area of the taper of the molded part, preferably in an area in which a direction of the current flow changes between the connection points, the temperature sensor preferably at a distance in relation to the incision according to claim 5 is arranged, which is less than the length of the incision, particularly preferably less than 50% of the length of the incision (measured from the edge of the molded part), with very particularly preferably the temperature sensor when projected perpendicular to a line connecting the connection points in a position between the Incisions is arranged. As a result, the temperature in the area of the taper can be measured particularly precisely.

Es kann nützlich sein, wenn der Temperatursensor wenigstens eine elektrische Leiterbahn aufweist, die sich zumindest abschnittsweise mäanderförmig zwischen zwei Kontaktstellen zur Spannungsmessung erstreckt, sodass durch Spannungsmessung an den Kontaktstellen unter Berücksichtigung des spezifischen Widerstands, des Leitungsquerschnitts und der Länge der Leiterbahn eine Temperatur der Leiterbahn als Temperatur des Temperatursensors ermittelbar ist. Die Leiterbahn besteht vorzugsweise aus dem gleichen Leitermaterial wie das Formteil. Vorzugsweise weist die Leiterbahn über die gesamte Länge von einer zur anderen Kontaktstelle einen einheitlichen Leitungsquerschnitt auf. Über den spezifischen Widerstand der Leiterbahn und die zwischen den Kontaktstellen gemessene Spannung kann die Temperatur der Leiterbahn genau ermittelt werden.It can be useful if the temperature sensor has at least one electrical conductor track that extends at least in sections in a meandering manner between two contact points for voltage measurement, so that a temperature of the conductor track as a Temperature of the temperature sensor can be determined. The conductor track is preferably made of the same conductor material as the molded part. The conductor track preferably has a uniform line cross-section over the entire length from one contact point to the other. The temperature of the conductor can be determined precisely via the specific resistance of the conductor track and the voltage measured between the contact points.

Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn der Temperatursensor leiterplattenartig ausgebildet ist und zwei oder mehr Schichten aufweist, in/auf welchen sich die Leiterbahn zumindest abschnittsweise erstreckt. Durch z. B. eine Mäanderform und den Verlauf über mehrere Schichten hinweg kann die Leiterbahn eine Länge aufweisen, die deutlich größer ist als die maximalen Abmessungen des Temperatursensors. Bei einer Länge und Breite im Bereich von 2 bis 4 mm ist mit einem insbesondere vierschichtigen Aufbau des Temperatursensors bei einer Gesamtdicke von 300 µm (d.h. jede der vier Schichten ist ca. 75 µm dick) oder weniger eine Länge der Leiterbahn von 10 cm oder mehr bewerkstelligbar. Dadurch kann die Temperatur des Temperatursensors besonders genau ermittelt werden.It can prove to be helpful if the temperature sensor is designed like a circuit board and has two or more layers in / on which the conductor track extends at least in sections. By z. B. a meander shape and the course over several layers, the conductor track can have a length that is significantly greater than the maximum dimensions of the temperature sensor. With a length and width in the range of 2 to 4 mm, with a particularly four-layer structure of the temperature sensor with a total thickness of 300 μm (ie each of the four layers is approx. 75 μm thick) or less, a length of the conductor track of 10 cm or more achievable. As a result, the temperature of the temperature sensor can be determined particularly precisely.

Es kann zweckdienlich sein, wenn die Leiterbahnabschnitte auf/in benachbarten Schichten über Durchkontaktierung verbunden sind. Dadurch lässt sich die Leiterbahn nahezu beliebig erweitern.It can be useful if the conductor track sections on / in adjacent layers are connected via plated-through holes. As a result, the conductor track can be expanded almost at will.

Es kann sich auch als praktisch erweisen, wenn der Temperatursensor exakt oder im Wesentlichen in der Ebene des Formteils angeordnet ist. So wird die Temperaturmessung durch ein Magnetfeld, das sich um das stromdurchflossene Formteil aufbaut, nicht oder nur minimal beeinträchtigt.It can also prove to be practical if the temperature sensor is arranged exactly or essentially in the plane of the molded part. The temperature measurement is not or only minimally affected by a magnetic field that builds up around the molded part through which current flows.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Formteil für den Einbau in und/oder auf einer Leiterplatte für Hochstromanwendungen, vorzugsweise für den Einbau in und/oder auf einer Leiterplatte nach einer der vorangehenden Ausführungen, umfassend: wenigstens zwei Anschlussstellen für elektronische Bauteile und wenigstens eine zwischen den Anschlussstellen ausgebildete Verjüngung, wobei das Formteil elektrisch leitend ausgebildet ist und im Bereich der Verjüngung einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Formteils aufweist. Das Formteil kann alle Merkmale des Formteils aus der erfindungsgemäßen Leiterplatte nach den vorangehenden Ausführungen aufweisen. Das Formteil ist somit als Fertigbauteil unmittelbar in/auf einer Leiterplatte einbaubar.Another aspect of the present invention relates to a molded part for installation in and / or on a circuit board for high-current applications, preferably for installation in and / or on a circuit board according to one of the preceding embodiments, comprising: at least two connection points for electronic components and at least one taper formed between the connection points, the molded part being electrically conductive is formed and has a temperature sensor for measuring the temperature of the molded part in the region of the taper. The molded part can have all the features of the molded part from the printed circuit board according to the invention according to the preceding statements. The molded part can thus be installed directly in / on a printed circuit board as a prefabricated component.

Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Temperatursensor zum Einbau in eine Leiterplatte oder in ein Formteil zum Einbau in eine Leiterplatte, wobei der Temperatursensor zwei Kontaktstellen, wenigstens zwei Schichten und eine sich abschnittsweise auf jeder der Schichten sowie zwischen den Kontaktstellen erstreckende, elektrische Leiterbahn aufweist, sodass durch Spannungsmessung zwischen den Kontaktstellen unter Berücksichtigung des spezifischen Widerstands, des Leitungsquerschnitts und der Länge der Leiterbahn eine Temperatur der Leiterbahn als Temperatur des Temperatursensors ermittelbar ist. Der Temperatursensor weist insbesondere zwei, drei, vier oder mehr Schichten auf. Der Leitungsquerschnitt der Leiterbahn ist vorzugsweise über deren gesamte Länge konstant.Yet another aspect of the present invention relates to a temperature sensor for installation in a printed circuit board or in a molded part for installation in a printed circuit board, the temperature sensor having two contact points, at least two layers and an electrical conductor track extending in sections on each of the layers and between the contact points has, so that a temperature of the conductor track can be determined as the temperature of the temperature sensor by measuring the voltage between the contact points, taking into account the specific resistance, the line cross-section and the length of the conductor track. The temperature sensor has in particular two, three, four or more layers. The line cross-section of the conductor track is preferably constant over its entire length.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Leiterplatte wenigstens eine der folgenden Eigenschaften aufweist:

• Die Leiterplatte umfasst einen Spannungsmesser, um eine zwischen den Anschlussstellen anliegende Spannung zu messen.
• Die Leiterplatte umfasst eine Stromstärkeermittlungseinrichtung, die ausgebildet ist, um aus der zwischen den Anschlussstellen anliegenden Spannung, einem temperaturabhängigen Widerstandsbeiwert des Formteils sowie der mit dem Temperatursensor gemessenen Temperatur des Formteils im Bereich der Verjüngung die Stromstärke eines zwischen den Anschlussstellen fließenden Stroms zu ermitteln.
• Die Leiterplatte ist zur Bestückung mit Steuerelektronik und/oder Leistungselektronik konfiguriert.
• Die Leiterplatte weist einen rechteckigen Umriss auf.
• Die Leiterplatte wenigstens zwei geätzte Anschlussstellen auf
• Die Leiterplatte weist geätzte Leiterbahnen auf, die auf/in der Leiterplatte verlaufen.
• Die Leiterplatte weist eine Isolierung auf, welche das Formteil vorzugsweise oberseitig und/oder unterseitig und/oder randseitig zumindest abschnittsweise oder vollständig umgibt und/oder das Formteil im Bereich wenigstens eines Durchbruchs durchdringt.
• Die Leiterplatte weist wenigstens eine Leiterschicht mit wenigstens zwei (geätzten) Anschlussstellen und einer sich zwischen den Anschlussstellen erstreckenden (geätzten)

It can be advantageous if the circuit board has at least one of the following properties:

• The circuit board includes a voltmeter to measure a voltage between the connection points.
• The circuit board comprises a current intensity determination device, which is designed to determine the amperage of a current flowing between the connection points from the voltage applied between the connection points, a temperature-dependent resistance coefficient of the molded part and the temperature of the molded part measured with the temperature sensor in the area of the taper.
• The circuit board is configured for equipping with control electronics and / or power electronics.
• The circuit board has a rectangular outline.
• The circuit board has at least two etched connection points
• The circuit board has etched conductor tracks that run on / in the circuit board.
• The circuit board has an insulation, which preferably surrounds the molded part on the top and / or bottom and / or the edge at least in sections or completely and / or penetrates the molded part in the area of at least one opening.
• The circuit board has at least one conductor layer with at least two (etched) connection points and one (etched) extending between the connection points

Leiterbahn auf, die vorzugsweise durch Ätzung aus einer elektrisch leitenden Folie herausgearbeitet sind, wobei sich die Leiterschicht an der Oberseite oder an der Unterseite der Leiterplatte oder in der Leiterplatte eingebettet zwischen zwei Isolierstoffschichten befindet.

• Die Leiterplatte weist eine konstante Dicke auf.
• Die Dicke der Leiterplatte liegt im Bereich von 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2 mm, bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1,7 mm.

Conductor track, which are preferably worked out by etching from an electrically conductive film, wherein the conductor layer is located on the top or bottom of the circuit board or embedded in the circuit board between two layers of insulating material.

• The printed circuit board has a constant thickness.
• The thickness of the circuit board is in the range from 0.1 to 5 mm, preferably in the range from 0.5 to 2 mm, preferably in the range from 0.8 to 1.7 mm.

Es kann aber auch nützlich sein, wenn das Formteil wenigstens eine der folgenden Eigenschaften aufweist:

• Das Formteil ist in die Leiterplatte eingebettet.
• Das Formteil erstreckt sich parallel zu einer Oberseite und/oder einer Unterseite der Leiterplatte.
• Die Oberseite und Unterseite des Formteils sind exakt oder im Wesentlichen parallel.
• Das Formteil weist einen rechteckigen Umriss auf.
• Das Formteil ist durch Materialabtrag aus einem Materialrohling hergestellt, vorzugsweise durch Stanzen oder Laserschneiden.
• Das Formteil erstreckt sich exakt oder im Wesentlichen in einer Ebene.
• Das Formteil besteht aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer.
• Die Anschlussstellen befinden sich an unterschiedlichen Enden des Formteils.
• Das Formteil weist im Bereich jeder Anschlussstelle wenigstens einen Durchbruch auf, der das Formteil vorzugsweise senkrecht zur seiner Erstreckungsebene vollständig durchdringt, vorzugsweise mehrere Durchbrüche, die im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch um einen zentralen Durchbruch angeordnet sind. Über Durchbrüche sind elektronische Bauteile im Wege der Durchkontaktierung elektrisch und/oder thermisch ankoppelbar. Die Durchbrüche werden vorzugsweise erst nach dem Verpressen der Leiterplatte eingebracht und sind im Originalzustand im Formteil nicht zwingend vorhanden.
• Die Anschlussstellen sind identisch ausgebildet.
• Die Anschlussstellen sind in Bezug auf den Umriss des Formteils und/oder die Verjüngung symmetrisch angeordnet.
• Das Formteil bildet einen Stromleiter für einen zwischen den Anschlussstellen fließenden, elektrischen Strom, wobei der Stromleiter vorzugsweise länger ist als der direkte Abstand der Anschlussstellen.
• Das Formteil weist eine konstante Dicke auf.
• Die Dicke des Formteils liegt im Bereich von 0,05 bis 2 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1,5 mm, bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 1,0 mm.

However, it can also be useful if the molded part has at least one of the following properties:

• The molded part is embedded in the circuit board.
• The molded part extends parallel to an upper side and / or an underside of the circuit board.
• The top and bottom of the molded part are exactly or essentially parallel.
• The molded part has a rectangular outline.
• The molded part is produced from a material blank by removing material, preferably by punching or laser cutting.
• The molded part extends exactly or essentially in one plane.
• The molded part is made of metal, preferably copper.
• The connection points are at different ends of the molded part.
The molded part has at least one opening in the area of each connection point, which preferably completely penetrates the molded part perpendicular to its plane of extension, preferably several openings which are essentially rectangular or square around a central opening. Electronic components can be electrically and / or thermally coupled by means of through-hole plating via openings. The openings are preferably only made after the printed circuit board has been pressed and are not necessarily present in the molded part in the original state.
• The connection points are designed identically.
• The connection points are arranged symmetrically with respect to the outline of the molded part and / or the taper.
• The molded part forms a current conductor for an electrical current flowing between the connection points, the current conductor preferably being longer than the direct distance between the connection points.
• The molded part has a constant thickness.
The thickness of the molded part is in the range from 0.05 to 2 mm, preferably in the range from 0.1 to 1.5 mm, preferably in the range from 0.2 to 1.0 mm.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Kombinationen der Merkmale, die in den Ansprüchen, in der Beschreibung und in den Zeichnungen offenbart sind.Further advantageous developments result from combinations of the features that are disclosed in the claims, in the description and in the drawings.

FigurenlisteFigure list

Es zeigen:

1 verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Leiterplatte nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und insbesondere in Ansicht (a) ein Formteil der Leiterplatte in der Draufsicht, in Ansicht (b) das Formteil in einer Querschnittsansicht, und in Ansicht (c) eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit diesem Formteil in einer Querschnittsansicht.
2 verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Formteils zum Einbau in/auf einer Leiterplatte nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und insbesondere in Ansicht (a) das Formteil in der Draufsicht und in Ansicht (b) das Formteil in einer Querschnittsansicht.
3 ein erfindungsgemäßes Formteil zum Einbau in/auf einer Leiterplatte nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Draufsicht (die Durchbrüche werden vorzugsweise erst nach dem Verpressen der Leiterplatte eingebracht und sind im Originalzustand im Formteil nicht zwingend vorhanden).
4 eine erfindungsgemäße Leiterplatte nach dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Querschnittsansicht.
5 ein Detail einer erfindungsgemäßen Leiterplatte nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Querschnittsansicht.
6 ein erfindungsgemäßes Formteil zum Einbau in/auf einer Leiterplatte nach dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Draufsicht.
7 ein erfindungsgemäßes Formteil zum Einbau in/auf einer Leiterplatte nach dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Draufsicht.
8 die vier Schichten eines erfindungsgemäßen Temperatursensors zum Einbau in eine Leiterplatte in der Draufsicht, umfassend eine Leiterbahn, die zwischen zwei Kontaktstellen zur Strommessung mäanderförmig über die vier Schichten hinweg verläuft.
9 in Ansicht (a) ein erfindungsgemäßes Formteil nach dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Draufsicht in einem Zustand vor dem Einbau in die Leiterplatte (ohne Durchbrüche), und in Ansicht (b) dasselbe Formteil in einem Zustand nach dem Einbau in die Leiterplatte mit den im Zuge der Leiterplattenherstellung erzeugten Durchbrüchen bzw. Anschlussstellen oder als Bauteil zur Verwendung auf der Leiterplatte.
10 in Ansicht (a) ein erfindungsgemäßes Formteil nach dem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Draufsicht in einem Zustand vor dem Einbau in die Leiterplatte (ohne Durchbrüche), und in Ansicht (b) dasselbe Formteil in einem Zustand nach dem Einbau in die Leiterplatte mit den im Zuge der Leiterplattenherstellung erzeugten Durchbrüchen bzw. Anschlussstellen oder als Bauteil zur Verwendung auf der Leiterplatte.

Show it:

1 Different views of a printed circuit board according to the invention according to the first embodiment of the invention, and in particular in view (a) a molded part of the printed circuit board in plan view, in view (b) the molded part in a cross-sectional view, and in view (c) a printed circuit board according to the invention with this molded part in a cross-sectional view.
2 Different views of a molded part according to the invention for installation in / on a printed circuit board according to the second embodiment of the invention, and in particular in view (a) the molded part in plan view and in view (b) the molded part in a cross-sectional view.
3 a molded part according to the invention for installation in / on a printed circuit board according to the third embodiment of the invention in plan view (the openings are preferably only made after pressing the printed circuit board and are not necessarily present in the original state in the molded part).
4th a circuit board according to the invention according to the fourth embodiment of the invention in a cross-sectional view.
5 a detail of a printed circuit board according to the invention according to the fifth embodiment of the invention in a cross-sectional view.
6th a molded part according to the invention for installation in / on a circuit board according to the sixth embodiment of the invention in plan view.
7th a molded part according to the invention for installation in / on a circuit board according to the seventh embodiment of the invention in plan view.
8th the four layers of a temperature sensor according to the invention for installation in a printed circuit board in plan view, comprising a conductor track that runs in a meandering manner over the four layers between two contact points for current measurement.
9 In view (a) a molded part according to the invention according to the eighth embodiment of the invention in plan view in a state before installation in the circuit board (without openings), and in view (b) the same molded part in a state after installation in the circuit board with the Breakthroughs or connection points produced in the course of the circuit board manufacture or as a component for use on the circuit board.
10 In view (a) a molded part according to the invention according to the ninth embodiment of the invention in plan view in a state before installation in the circuit board (without openings), and in view (b) the same molded part in a state after installation in the circuit board with the Breakthroughs or connection points produced in the course of the circuit board manufacture or as a component for use on the circuit board.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsbeispieleDetailed description of the preferred embodiments

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.The preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt eine Leiterplatte 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und deren Formteil 2 in verschiedenen Ansichten. 1 shows a printed circuit board 1 according to the first embodiment of the invention and its molded part 2 in different views.

Die Leiterplatte 1 ist insbesondere für Hochstromanwendungen mit Stromstärken über 100 A ausgelegt und umfasst ein elektrisch leitendes Formteil 2 mit zwei Anschlussstellen 3 für elektronische Bauteile. Das Formteil 2 ist hierbei ein Formätzteil aus Kupfer mit einem näherungsweise rechteckigen Umriss und einer konstanten Dicke über seine gesamte Fläche. Die beiden Anschlussstellen 3 befinden sich an den in Längsrichtung des Formteils 2 unterschiedlichen Enden in einem imaginären Quadrat, dessen Kantenlänge der Kantenlänge kürzeren Seite des Formteils 2 entspricht, und umfassen jeweils eine zentrale, kreisrunde Öffnung, die von einer Vielzahl von kleineren kreisrunden Öffnungen umgeben ist. Die Mittelachsen der kleineren Öffnungen liegen näherungsweise auf einem weiteren imaginären Quadrat, dessen Mittelpunkt mit der Mittelachse der zentralen Öffnung zusammenfällt. Über die Öffnungen sind elektronische Bauteile im Wege der Durchkontaktierung an den Anschlussstellen 3 mit dem Formteil 2 elektrisch und thermisch koppelbar. Obwohl die Öffnungen die elektrische und thermische Ankoppelung der elektronischen Bauteile begünstigt, sind derartige Öffnungen im Bereich der Anschlussstellen 3 nicht erforderlich, da die elektrische und thermische Ankoppelung der elektronischen Bauteile an das Formteil 2 auch auf anderem Wege, z.B. über leitfähigen Klebstoff, erfolgen kann. Erfindungsgemäß weist das Formteil 1 zwischen den Anschlussstellen 3 eine Verjüngung 4 auf. Zudem umfasst die Leiterplatte 1 einen Temperatursensor 5 zur Messung der Temperatur des Formteils 1 im Bereich der Verjüngung 4. Im Einbauzustand in der Leiterplatte 1 ist das Formteil 2 vollständig von Isolierstoff 1c umgeben bzw. zwischen benachbarten Isolierstoffschichten 1c eingebettet.The circuit board 1 is designed especially for high-current applications with currents above 100 A and includes an electrically conductive molded part 2 with two connection points 3 for electronic components. The molding 2 is a form-etched part made of copper with an approximately rectangular outline and a constant thickness over its entire surface. The two connection points 3 are located on the lengthways of the molded part 2 different ends in an imaginary square, the edge length of which is the edge length of the shorter side of the molded part 2 corresponds, and each comprise a central, circular opening which is surrounded by a plurality of smaller circular openings. The central axes of the smaller openings lie approximately on another imaginary square, the center of which coincides with the central axis of the central opening. Electronic components are in the way of the openings via the openings Through-hole plating at the connection points 3 with the molding 2 can be electrically and thermally coupled. Although the openings promote the electrical and thermal coupling of the electronic components, such openings are in the area of the connection points 3 not necessary because the electrical and thermal coupling of the electronic components to the molded part 2 can also be done in other ways, for example via conductive adhesive. According to the invention, the molded part 1 between the connection points 3 a rejuvenation 4th on. It also includes the circuit board 1 a temperature sensor 5 for measuring the temperature of the molded part 1 in the area of rejuvenation 4th . When installed in the circuit board 1 is the molding 2 completely of insulating material 1c surround or between adjacent layers of insulating material 1c embedded.

Die Leiterplatte 1 umfasst oberseitig und unterseitig sowie zwischen je zwei Isolierstoffschichten 1c in der Leiterplatte 1 eingebettet insgesamt mehrere Leiterschichten 1d zur Ankontaktierung und elektrischen Verbindung von elektronischen Komponenten. Jede dieser Leiterschichten 1d umfasst eine Leiterstruktur mit Anschlussstellen und diese verbindenden Leiterbahnen, die durch Ätzung aus einer elektrisch leitenden Folie herausgearbeitet sind.The circuit board 1 includes the top and bottom as well as between two layers of insulating material 1c in the circuit board 1 embedded a total of several conductor layers 1d for contacting and electrical connection of electronic components. Each of these conductor layers 1d comprises a conductor structure with connection points and conductor tracks connecting them, which are machined from an electrically conductive film by etching.

Das elektrisch leitende Formteil 2 ist derart konstruiert, dass bei Anlegen einer Spannung zwischen den Anschlussstellen 3 ein zwischen den Anschlussstellen 3 fließender, elektrischer Strom zwangsläufig durch die Verjüngung 4 fließt.The electrically conductive molded part 2 is constructed in such a way that when a voltage is applied between the connection points 3 one between the connection points 3 flowing, electric current inevitably through the rejuvenation 4th flows.

Die Verjüngung 4 ist hierbei durch zwei Einschnitte 6 gebildet, die sich ausgehend von gegenüberliegenden Randseiten senkrecht jeweils in etwa bis zur Mitte in das Formteil 2 erstrecken, sodass jeder Einschnitt 6 das Formteil 2 unter Verringerung des leitenden Materialquerschnitts zur Hälfte durchtrennt. Da die Einschnitte 6 entlang einer die Anschlussstellen 3 verbindenden Linie zueinander versetzt sind, definiert die Verjüngung 4 den minimalen Leitungsquerschnitt Qmin des Formteils 2 zwischen den Anschlussstellen 3. Dieser minimale Leitungsquerschnitt Qmin beträgt ca. 50% des maximalen elektrisch leitenden Querschnitts Qmax des Formteils 2 zwischen jeder der Anschlussstellen 3 und der Verjüngung 4.The rejuvenation 4th is here by two incisions 6th formed, which, starting from opposite edge sides, extend vertically in each case approximately to the middle in the molded part 2 extend so that each incision 6th the molding 2 cut in half while reducing the conductive material cross-section. Because the incisions 6th along one of the junctions 3 connecting line are offset from one another, defines the taper 4th the minimum cable cross-section Qmin of the molded part 2 between the connection points 3 . This minimum line cross-section Qmin is approx. 50% of the maximum electrically conductive cross-section Qmax of the molded part 2 between each of the junctions 3 and the rejuvenation 4th .

Bedingt durch die Einschnitte 6 ist das Formteil 2 im Bereich der Verjüngung 4 mäanderförmig oder schleifenförmig ausgebildet, sodass sich eine Stromflussrichtung zwischen den Anschlussstellen 3 - wie durch den gestrichelten Pfeil angezeigt - im Bereich der Verjüngung 4 mehrfach ändert. Ein Stromflusspfad zwischen den Anschlussstellen 3 im Formteil 2 ist somit länger als der direkte Abstand der Anschlussstellen 3.Due to the incisions 6th is the molding 2 in the area of rejuvenation 4th Meander-shaped or loop-shaped, so that there is a current flow direction between the connection points 3 - as indicated by the dashed arrow - in the area of the taper 4th changes several times. A current flow path between the connection points 3 in the molded part 2 is therefore longer than the direct distance between the connection points 3 .

Im ersten Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 5 in einer im Formteil 2 eingebrachten Öffnung bzw. Ausnehmung 7 angeordnet. Diese Öffnung 7 erstreckt sich als Durchgangsöffnung senkrecht zur Erstreckungsebene des Formteils 2 und umfasst in der Ansicht gemäß 1a einen näherungsweise ovalen Umriss. Die Öffnung 7 muss nicht zwingend als Durchgangsöffnung ausgebildet sein, sondern kann sich lediglich von der Oberseite oder der Unterseite in das Formteil 2 erstrecken, um eine Ausnehmung zu bilden. Der Temperatursensor 5 befindet sich in dieser Öffnung bzw. Ausnehmung 7 und ist vollständig von Isolierstoff 1c umgeben, sodass er keinen Kontakt zum Formteil 2 aufweist und somit von diesem elektrisch isoliert ist. Hierbei ist der Temperatursensor 5 im Bereich der Verjüngung 4 des Formteils 2 angeordnet, in welchem sich eine Richtung des Stromflusses zwischen den Anschlussstellen 3 ändert. Der Temperatursensor 5 ist bei Projektion senkrecht auf eine die Anschlussstellen 3 verbindende Linie in einer Position zwischen den Einschnitten 6 angeordnet.In the first embodiment is the temperature sensor 5 in one in the molding 2 introduced opening or recess 7th arranged. This opening 7th extends as a through opening perpendicular to the plane of extent of the molded part 2 and includes in the view according to 1a an approximately oval outline. The opening 7th does not necessarily have to be designed as a through opening, but can only extend into the molded part from the top or bottom 2 extend to form a recess. The temperature sensor 5 is located in this opening or recess 7th and is completely made of insulating material 1c so that it does not come into contact with the molded part 2 and is thus electrically isolated from this. Here is the temperature sensor 5 in the area of rejuvenation 4th of the molded part 2 arranged in which there is a direction of current flow between the connection points 3 changes. The temperature sensor 5 is perpendicular to one of the connection points when projected 3 connecting line in a position between the incisions 6th arranged.

Wie in der Schnittansicht gemäß 1c ersichtlich ist, ist das Formteil 2 derart in die Leiterplatte 1 eingebettet, dass es sich parallel zur Oberseite 1a und zur Unterseite 1b der Leiterplatte 1 erstreckt. Die Unterseite des Formteils 2 ist mit einer Isolierstoffschicht 1c bedeckt, an deren Unterseite eine Leiterschicht 1d angeordnet ist. An der Oberseite des Formteils 2 befinden sich abwechselnd mehrere Isolierstoff- und Leiterschichten 1c, 1d. Die Oberseite 1a der Leiterplatte 1 wird durch eine Isolierstoffschicht 1c gebildet, auf welcher eine aus Anschlussstellen und Leiterbahnen gebildete Leiterstruktur einer oberseitigen Leiterschicht 1d angeordnet ist.As in the sectional view according to 1c can be seen is the molded part 2 like this in the circuit board 1 embedded that it is parallel to the top 1a and to the bottom 1b the circuit board 1 extends. The bottom of the molding 2 is with a layer of insulating material 1c covered, on the underside of which a conductor layer 1d is arranged. At the top of the molding 2 there are alternating layers of insulating material and conductor 1c , 1d . The top 1a the circuit board 1 is through a layer of insulating material 1c formed, on which a conductor structure formed from connection points and conductor tracks of an upper-side conductor layer 1d is arranged.

Der Temperatursensor 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel ausgehend von der auf der Oberseite 1 a der Leiterplatte 1 angeordneten Leiterschicht 1d unter Durchdringung mehrerer zwischenliegender Isolierstoffschichten 1c sowie unter Durchdringung des Formteils 2 elektrisch kontaktiert.The temperature sensor 5 in this exemplary embodiment starting from the one on the top 1 a of the circuit board 1 arranged conductor layer 1d with penetration of several intermediate layers of insulating material 1c as well as penetrating the molded part 2 electrically contacted.

Die nachstehenden Ausführungsbeispiele weisen dieselben Merkmale und Funktionsweisen auf wie das erste Ausführungsbeispiel, mit Ausnahme der im Folgenden genannten Unterschiede:

Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 füllt der Temperatursensor 5 die Durchgangsöffnung 7 im Formteil 2 bis auf die umfangsseitige Isolierung 1c vollständig aus.

The following exemplary embodiments have the same features and functions as the first exemplary embodiment, with the exception of the differences mentioned below:

In the second embodiment according to 2 the temperature sensor fills 5 the through opening 7th in the molded part 2 except for the insulation on the circumference 1c completely off.

Im dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 sitzt der Temperatursensor 5 außerhalb des Umrisses des Formteils 2 auf einem an dem Formteil 2 angebrachten Bauteil bzw. Plättchen 8. Die Kontaktierung des Temperatursensors 5 erfolgt wie im ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel per Durchkontaktierung ausgehend von der Leiterschicht 1c an der Oberseite 1a und/oder der Leiterschicht 1c an der Unterseite 1b der Leiterplatte 1. Im dritten Ausführungsbeispiel werden die Kontakte zur Durchkontaktierung des Temperatursensors 5 aber nicht durch das Formteil 2 bzw. die den Temperatursensor 5 aufnehmende Durchgangsöffnung geführt, sondern an dem Formteil 2 vorbei, soweit das Plättchen 8 auskragt und in der Draufsicht, wie in 3 dargestellt, über den Rand des Formteils 2 vorsteht. Das Plättchen 8 kann beispielsweise mit einem elektrisch isolierenden Klebstoff auf dem Formteil 2 befestigt werden.In the third embodiment according to 3 the temperature sensor is seated 5 outside the outline of the molding 2 on one on the molding 2 attached component or plate 8th . The contacting of the temperature sensor 5 takes place, as in the first or second exemplary embodiment, by plated-through hole starting from the conductor layer 1c at the Top 1a and / or the conductor layer 1c on the bottom 1b the circuit board 1 . In the third exemplary embodiment, the contacts are used for through-contacting the temperature sensor 5 but not through the molding 2 or the temperature sensor 5 receiving through opening out, but on the molded part 2 over as far as the plate 8th cantilevered and in plan view, as in 3 shown, over the edge of the molding 2 protrudes. The platelet 8th can for example with an electrically insulating adhesive on the molded part 2 be attached.

Im vierten Ausführungsbeispiel gemäß 4 sitzt der Temperatursensor 5 in oder auf einer zum Formteil 2 benachbarten Leiterschicht 1d, die über eine vorzugsweise dünne Isolierstoffschicht 1c vom Formteil 2 getrennt ist. In diesem Fall können die Leiterbahnen direkt zum Temperatursensor 5 hinführen, sodass keine vertikale Kontaktierung unter Durchdringung von Isolierstoffschichten 1c oder Leiterschichten 1d der Leiterplatte 1 erforderlich ist. Eine über dem Formteil 2 platzierte Leiterbahn kann dabei auch selbst als Temperatursensor 5 eigesetzt werden.In the fourth embodiment according to 4th the temperature sensor is seated 5 in or on one to the molded part 2 adjacent conductor layer 1d over a preferably thin layer of insulating material 1c from the molding 2 is separated. In this case, the conductor tracks can go directly to the temperature sensor 5 so that there is no vertical contact with penetration of layers of insulating material 1c or conductor layers 1d the circuit board 1 is required. One above the molding 2 placed conductor track can also act as a temperature sensor 5 be used.

Im fünften Ausführungsbeispiel gemäß 5 sitzt der Temperatursensor 5 elektrisch isoliert vom Formteil 2 in einer teilweise mit Isolierstoff befüllten Ausnehmung 7 an einer Oberseite 1a oder Unterseite 1b des Formteils 2 und schließt bündig mit der jeweiligen Oberseite 1a bzw. Unterseite 1 b des Formteils 2 ab. Die Kontaktierung erfolgt ausgehend von einer benachbarten Leiterschicht 1d über Mikrovias 9 über eine zwischenliegende Isolierstoffschicht 1c hinweg.In the fifth embodiment according to 5 the temperature sensor is seated 5 electrically isolated from the molded part 2 in a recess partially filled with insulating material 7th at a top 1a or bottom 1b of the molded part 2 and closes flush with the respective top 1a or bottom 1 b of the molding 2 away. The contact is made starting from an adjacent conductor layer 1d via microvias 9 via an intermediate layer of insulating material 1c away.

In anderen Worten bildet die Verjüngung 4 den kleinsten stromdurchflossenen Leitungsquerschnitt des Formteils 2 zwischen den beiden Anschlussstellen 3. Diese Verjüngung 4 bildet quasi das „Nadelöhr“ bzw. den größten elektrischen Widerstand für den Stromfluss zwischen den beiden Anschlussstellen 3. Der elektrische Widerstand des Formteils 2 (Konduktion bzw. Wärmeleitung) zwischen den beiden Anschlussstellen 3 lässt sich näherungsweise errechnen aus dem spezifischen elektrischen Widerstand des Werkstoffs des Formteils (λFormteil) multipliziert mit der leitenden Querschnittsfläche des Leitungsabschnitts geteilt durch die Länge des Leitungsabschnitts. Die Kehrwerte der Widerstände einzelner Leitungsabschnitte addieren sich zum Kehrwert des gesamten Leitungswiderstands (1/Wges = 2/(λFormteil*Qmax/L1) + 1/(λFormteil(T)*Qmin/L2). Durch die Addition der Kehrwerte kommt dem durch die Verjüngung 4 gebildeten, größten elektrischen Widerstand zwischen den beiden Anschlussstellen 3 die größte Bedeutung zu.In other words, the taper forms 4th the smallest current-carrying line cross-section of the molded part 2 between the two connection points 3 . This rejuvenation 4th forms the “eye of the needle” or the greatest electrical resistance for the flow of current between the two connection points 3 . The electrical resistance of the molded part 2 (Conduction or heat conduction) between the two connection points 3 can be approximately calculated from the specific electrical resistance of the material of the molded part (λ molded part) multiplied by the conductive cross-sectional area of the line section divided by the length of the line section. The reciprocal values of the resistances of individual line sections add up to the reciprocal value of the total line resistance (1 / Wges = 2 / (λformpart * Qmax / L1) + 1 / (λformteil (T) * Qmin / L2) rejuvenation 4th formed, greatest electrical resistance between the two connection points 3 the greatest importance to it.

Da der Widerstand des vorzugsweise aus Kupfer gefertigten Formteils 2 in Abhängigkeit von der Temperatur stark schwankt, insbesondere im Bereich des kleinsten elektrisch leitenden Querschnitts d. h. der Verjüngung 4, kann über die von dem Temperatursensor 5 gemessene Temperatur der gegenwärtige elektrische Widerstand des Formteils 2 - und über die ohmsche Formel - die Stärke des im Formteil 2 fließenden Stroms bei Kenntnis der zwischen den Anschlussstellen 3 angelegten Spannung präzise ermittelt werden. Because the resistance of the molded part, which is preferably made of copper 2 varies greatly as a function of the temperature, in particular in the area of the smallest electrically conductive cross section, ie the taper 4th , can about that from the temperature sensor 5 measured temperature the current electrical resistance of the molded part 2 - and via the Ohmic formula - the strength of the part 2 flowing current with knowledge of the between the connection points 3 applied voltage can be determined precisely.

6 und 7 zeigen erfindungsgemäße Formteile 2 gemäß den Ausführungsbeispielen sechs und sieben. Das Formteil 2 ist in beiden Ausführungsbeispielen im Wesentlichen S-förmig konturiert, wobei die Verjüngung 4 im Mittelteil zwischen den beiden Anschlussstellen 3 durch Einschnitte 6 von gegenüberliegenden Randseiten des Formteils 2 ausgebildet ist. Der Temperatursensor 5 befindet sich jeweils im Bereich der Verjüngung 4 und erstreckt sich in der Ebene des Formteils 2. Im sechsten Ausführungsbeispiel gemäß 6 befindet sich der Temperatursensor 5 im Bereich der Verjüngung 4 zentral in der Mitte zwischen den Rändern des Formteils 2. Im siebten Ausführungsbeispiel gemäß 7 sind die Einschnitte 6 entlang einer die Anschlussstellen 3 verbindenden Linie versetzt zueinander angeordnet, wobei sich der Temperatursensor 5 näher an einer der beiden Randseiten des Formteils 2 als an der anderen befindet. 6th and 7th show molded parts according to the invention 2 according to embodiments six and seven. The molding 2 is contoured essentially S-shaped in both exemplary embodiments, with the taper 4th in the middle part between the two connection points 3 through incisions 6th from opposite edge sides of the molded part 2 is trained. The temperature sensor 5 is located in the area of the taper 4th and extends in the plane of the molding 2 . In the sixth embodiment according to 6th is the temperature sensor 5 in the area of rejuvenation 4th centrally in the middle between the edges of the molding 2 . In the seventh embodiment according to 7th are the cuts 6th along one of the junctions 3 connecting line offset from one another, the temperature sensor 5 closer to one of the two edge sides of the molding 2 than on the other.

8 zeigt den Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Temperatursensors 5. Der Temperatursensor 5 ist leiterplattenartig aufgebaut und umfasst z.B. vier Schichten 5a, 5b, 5c, 5d aus Isolierstoff (z.B. Prepreg) mit z.B. oberseitiger (geätzter) Leiterbahn 5e, die sich abschnittsweise auf jeder der vier Schichten 5a, 5b, 5c, 5d zwischen zwei Kontaktstellen 5f, 5g zur Strommessung erstreckt. Die Schichten 5a, 5b, 5c, 5d sind laminiert und weisen näherungsweise einen rechteckigen Umriss auf. Die längere Seite des Rechtecks weist eine Länge von ca. 2 bis 6 mm, vorzugsweise 3 bis 5 mm, bevorzugt 4 mm auf. Die kürzere Seite des Rechtecks weist eine Länge von ca. 1 bis 4 mm, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 mm, bevorzugt 2 mm auf. Die Ober- und Unterseiten des Temperatursensors 5 verlaufen im Einbauzustand nahezu bündig mit den Ober- und Unterseiten des Formteils 2, sodass sich der Temperatursensor 5 in der Ebene des Formteils 2 erstreckt und nicht durch das sich um das stromdurchflossene Formteil 2 aufbauende Magnetfeld in der Temperaturmessung beeinträchtigt wird. 8th shows the layer structure of a temperature sensor according to the invention 5 . The temperature sensor 5 is constructed like a printed circuit board and comprises, for example, four layers 5a , 5b , 5c , 5d Made of insulating material (e.g. prepreg) with e.g. an etched conductor track on the top 5e that are divided into sections on each of the four layers 5a , 5b , 5c , 5d between two contact points 5f , 5g for current measurement extends. The layers 5a , 5b , 5c , 5d are laminated and have an approximately rectangular outline. The longer side of the rectangle has a length of approximately 2 to 6 mm, preferably 3 to 5 mm, preferably 4 mm. The shorter side of the rectangle has a length of approx. 1 to 4 mm, preferably 1.5 to 2.5 mm, preferably 2 mm. The top and bottom of the temperature sensor 5 run almost flush with the top and bottom of the molded part when installed 2 so that the temperature sensor 5 in the plane of the molding 2 extends and not through that around the molded part through which current flows 2 building up magnetic field in the temperature measurement is impaired.

Die vorliegende Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass zu einer präzisen Ermittlung der Stromstärke auch bei Hochstromanwendungen im Bereich von über 100 A keine teuren Präzisionswiderstände verbaut werden müssen, sodass die Leiterplatte für Hochstromanwendungen insgesamt kostengünstiger herstellbar ist.The present invention has the particular advantage that no expensive precision resistors have to be installed for a precise determination of the current intensity even in high-current applications in the range of over 100 A, so that the printed circuit board for high-current applications can be manufactured more cost-effectively overall.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der Merkmale, die in den Ansprüchen, in den Zeichnungen und in der Beschreibung offenbart sind.Further advantageous developments of the invention result from combinations of the features that are disclosed in the claims, in the drawings and in the description.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: LeiterplatteCircuit board
1a1a: OberseiteTop
1b1b: Unterseitebottom
1c1c: IsolierstoffInsulating material
1d1d: Leiterschicht (mit geätzten Leiterbahnen und Anschlussstellen)Conductor layer (with etched conductor tracks and connection points)
22: FormteilMolded part
33rd: AnschlussstelleJunction
44th: Einschnürung bzw. VerjünungConstriction or tapering
55: Temperaturmesseinrichtung bzw. TemperatursensorTemperature measuring device or temperature sensor
5a-d5a-d: Schichten des TemperatursensorsLayers of the temperature sensor
5e5e: Leiterbahn des TemperatursensorsConductor track of the temperature sensor
5f, g5f, g: Kontaktstellen des TemperatursensorsContact points of the temperature sensor
66th: Einschnittincision
77th: Öffnung/Ausnehmung/DurchbruchOpening / recess / breakthrough
88th: Anbauteil (Plättchen)Attachment part (plate)
QminQmin: Minimaler Leitungsquerschnitt des FormteilsMinimum line cross-section of the molded part
QmaxQmax: Maximaler Leitungsquerschnitt des FormteilsMaximum cable cross-section of the molded part

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102011102484 [0002]DE 102011102484 [0002]
DE 102013223143 [0004]DE 102013223143 [0004]

Claims

Leiterplatte (1), vorzugsweise für Hochstromanwendungen, umfassend wenigstens ein elektrisch leitendes Formteil (2) mit wenigstens zwei Anschlussstellen (3) für elektronische Bauteile und mit einer zwischen den Anschlussstellen (3) ausgebildeten Verjüngung (4), wobei die Leiterplatte (1) einen Temperatursensor (5) zur Messung der Temperatur des Formteils (1) im Bereich der Verjüngung (4) aufweist.Circuit board (1), preferably for high-current applications, comprising at least one electrically conductive molded part (2) with at least two connection points (3) for electronic components and with a taper (4) formed between the connection points (3), the circuit board (1) having a Has temperature sensor (5) for measuring the temperature of the molded part (1) in the region of the taper (4).

Leiterplatte (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anlegen einer Spannung zwischen den Anschlussstellen (3) ein zwischen den Anschlussstellen (3) fließender, elektrischer Strom zwangsläufig durch die Verjüngung (4) fließt, vorzugsweise quer, bevorzugt senkrecht zu einer die Anschlussstellen (3) verbindenden Linie.Circuit board (1) Claim 1 , characterized in that when a voltage is applied between the connection points (3), an electrical current flowing between the connection points (3) inevitably flows through the taper (4), preferably transversely, preferably perpendicularly to a line connecting the connection points (3).

Leiterplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung (4) den minimalen Leitungsquerschnitt (Qmin) des Formteils (2) zwischen den Anschlussstellen (3) definiert, wobei vorzugsweise dieser minimale Leitungsquerschnitt (Qmin) des Formteils (2) höchstens 60%, 50% oder 40% und ggf. wenigstens 5 %, 10 %, oder 20% eines maximalen Leitungsquerschnitts (Qmax) des Formteils (2) zwischen einer der Anschlussstellen (3) und der Verjüngung (4) beträgt.Circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the taper (4) defines the minimum line cross-section (Qmin) of the molded part (2) between the connection points (3), this minimum line cross-section (Qmin) of the molded part (2 ) is at most 60%, 50% or 40% and possibly at least 5%, 10% or 20% of a maximum line cross-section (Qmax) of the molded part (2) between one of the connection points (3) and the taper (4).

Leiterplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (2) im Bereich der Verjüngung (4) mäanderförmig oder schleifenförmig ausgebildet ist, vorzugsweise derart, dass sich eine Stromflussrichtung zwischen den Anschlussstellen (3) im Bereich der Verjüngung (4) wenigstens einfach oder mehrfach ändert, wobei bevorzugt ein Stromflusspfad zwischen den Anschlussstellen (3) im Formteil (2) länger ist als der direkte Abstand der Anschlussstellen (3).Printed circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the molded part (2) in the area of the taper (4) is designed in a meander-shaped or loop-shaped manner, preferably in such a way that a current flow direction between the connection points (3) in the area of the taper ( 4) changes at least once or several times, with a current flow path between the connection points (3) in the molded part (2) preferably being longer than the direct distance between the connection points (3).

Leiterplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung (4) durch wenigstens einen Einschnitt (6) gebildet ist, der sich ausgehend von einer seiner Randseiten in das Formteil (2) erstreckt, vorzugsweise senkrecht zu dieser Randseite des Formteils (2), wobei bevorzugt die Verjüngung (4) durch wenigstens zwei solche Einschnitte (6) gebildet ist, die sich von verschiedenen seiner Randseiten in das Formteil (2) erstrecken.Circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the taper (4) is formed by at least one incision (6) which extends from one of its edge sides into the molded part (2), preferably perpendicular to this edge side of the Molded part (2), the taper (4) preferably being formed by at least two such incisions (6) which extend from different of its edge sides into the molded part (2).

Leiterplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) wenigstens eine Leiterschicht (1d) mit einer Leiterstruktur aufweist, die durch Ätzung aus einer elektrisch leitenden Folie herausgearbeitet ist, wobei die Leiterstruktur vorzugsweise wenigstens zwei Anschlussstellen und eine sich zwischen den Anschlussstellen erstreckende Leiterbahn aufweist, wobei bevorzugt wenigstens eine der Leiterschichten (1d) an der Oberseite der Leiterplatte (1) und/oder wenigstens eine der Leiterschichten (1d) an der Unterseite der Leiterplatte (1) angeordnet ist und/oder wenigstens eine der Leiterschichten (1d) zwischen zwei Isolierstoffschichten (1c) in der Leiterplatte (1) eingebettet ist.Circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (1) has at least one conductor layer (1d) with a conductor structure which is machined from an electrically conductive film by etching, the conductor structure preferably having at least two connection points and one has conductor track extending between the connection points, at least one of the conductor layers (1d) being arranged on the top side of the circuit board (1) and / or at least one of the conductor layers (1d) on the bottom side of the circuit board (1) and / or at least one of the conductor layers (1d) is embedded between two layers of insulating material (1c) in the circuit board (1).

Leiterplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (5) entweder in einer im Formteil (2) eingebrachten Öffnung bzw. Ausnehmung (7), oder in einer dem Formteil (2) benachbarten Leiterschicht (1d) oder in einem am Formteil (2) angebrachten Bauteil (8) angeordnet ist.Circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor (5) is either in an opening or recess (7) made in the molded part (2), or in a conductor layer (1d) or adjacent to the molded part (2) is arranged in a component (8) attached to the molded part (2).

Leiterplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (5) vom Formteil (2) elektrisch isoliert ist.Circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor (5) is electrically isolated from the molded part (2).

Leiterplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (5) ausgehend von einer dem Formteil (2) benachbarten Leiterschicht (1d) elektrisch kontaktiert ist, vorzugsweise unter Durchdringung einer zwischenliegenden Isolierstoffschicht (1c) und ggf. des Formteils (2).Circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor (5) is electrically contacted starting from a conductor layer (1d) adjacent to the molded part (2), preferably penetrating an intermediate layer of insulating material (1c) and possibly the molded part (2).

Leiterplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (5) im Bereich der Verjüngung (4) des Formteils (2) angeordnet ist, vorzugsweise in einem Bereich, in welchem sich eine Richtung des Stromflusses zwischen den Anschlussstellen (3) ändert, wobei bevorzugt der Temperatursensor (5) in Bezug auf den Einschnitt (6) gemäß Anspruch 5 in einem Abstand angeordnet ist, der weniger als die Länge des Einschnitts (6) beträgt, besonders bevorzugt weniger als 50% der Länge des Einschnitts (6), wobei ganz besonders bevorzugt der Temperatursensor (5) bei Projektion senkrecht auf eine die Anschlussstellen (3) verbindenden Linie in einer Position zwischen den Einschnitten (6) angeordnet ist.Circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor (5) is arranged in the area of the taper (4) of the molded part (2), preferably in an area in which there is a direction of the current flow between the connection points ( 3) changes, the temperature sensor (5) preferably in relation to the incision (6) according to FIG Claim 5 is arranged at a distance which is less than the length of the incision (6), particularly preferably less than 50% of the length of the incision (6), with very particularly preferably the temperature sensor (5) when projected perpendicularly onto one of the connection points (3 ) connecting line is arranged in a position between the incisions (6).

Leiterplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (5) wenigstens eine elektrische Leiterbahn (5e) aufweist, die sich zumindest abschnittsweise mäanderförmig zwischen zwei Kontaktstellen (5f, 5g) zur Spannungsmessung erstreckt, sodass durch Spannungsmessung zwischen den Kontaktstellen (5f, 5g) unter Berücksichtigung des spezifischen Widerstands, des Leitungsquerschnitts und der Länge der Leiterbahn (5e) eine Temperatur der Leiterbahn (5e) als Temperatur des Temperatursensors (5) ermittelbar ist.Circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor (5) has at least one electrical conductor track (5e) which extends at least in sections in a meandering manner between two contact points (5f, 5g) for voltage measurement, so that by voltage measurement between the Contact points (5f, 5g), taking into account the specific resistance, the line cross-section and the length of the conductor track (5e), a temperature of the conductor track (5e) can be determined as the temperature of the temperature sensor (5).

Leiterplatte (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (5) leiterplattenartig ausgebildet ist und zwei oder mehr Schichten (5a, 5b, 5e, 5d) aufweist, in/auf welchen sich die Leiterbahn (5e) zumindest abschnittsweise erstreckt, wobei vorzugsweise die Leiterbahnabschnitte auf/in benachbarten Schichten (5a, 5b, 5c, 5d) über Durchkontaktierung verbunden sind.Circuit board (1) Claim 11 , characterized in that the temperature sensor (5) Is designed like a printed circuit board and has two or more layers (5a, 5b, 5e, 5d) in / on which the conductor track (5e) extends at least in sections, preferably the conductor track sections on / in adjacent layers (5a, 5b, 5c, 5d ) are connected via plated-through holes.

Leiterplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (5) exakt oder im Wesentlichen in der Ebene des Formteils (2) angeordnet ist.Circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor (5) is arranged exactly or essentially in the plane of the molded part (2).

Formteil (2) für den Einbau in und/oder auf einer Leiterplatte (1) für Hochstromanwendungen, vorzugsweise für den Einbau in und/oder auf einer Leiterplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend: wenigstens zwei Anschlussstellen (3) für elektronische Bauteile und wenigstens eine zwischen den Anschlussstellen (3) ausgebildete Verjüngung (4), wobei das Formteil (2) elektrisch leitend ausgebildet ist und im Bereich der Verjüngung (4) einen Temperatursensor (5) zur Messung der Temperatur des Formteils (1) aufweist.Molding (2) for installation in and / or on a circuit board (1) for high-current applications, preferably for installation in and / or on a circuit board (1) according to one of the preceding claims, comprising: at least two connection points (3) for electronic Components and at least one taper (4) formed between the connection points (3), the molded part (2) being electrically conductive and having a temperature sensor (5) for measuring the temperature of the molded part (1) in the area of the taper (4).

Temperatursensor (5) zum Einbau in eine Leiterplatte (1) oder in ein Formteil (2) zum Einbau in eine Leiterplatte (1), wobei der Temperatursensor (5) zwei Kontaktstellen (5f, 5g), wenigstens zwei Schichten (5a, 5b, 5c, 5d) und eine sich abschnittsweise auf jeder der Schichten (5a, 5b, 5c, 5d) sowie zwischen den Kontaktstellen (5f, 5g) erstreckende, elektrische Leiterbahn (5e) aufweist, sodass durch Spannungsmessung zwischen den Kontaktstellen (5f, 5g) unter Berücksichtigung des spezifischen Widerstands, des Leitungsquerschnitts und der Länge der Leiterbahn (5e) eine Temperatur der Leiterbahn (5e) als Temperatur des Temperatursensors (5) ermittelbar ist.Temperature sensor (5) for installation in a circuit board (1) or in a molded part (2) for installation in a circuit board (1), the temperature sensor (5) having two contact points (5f, 5g), at least two layers (5a, 5b, 5c, 5d) and an electrical conductor track (5e) extending in sections on each of the layers (5a, 5b, 5c, 5d) and between the contact points (5f, 5g), so that by measuring the voltage between the contact points (5f, 5g) taking into account the specific resistance, the line cross-section and the length of the conductor track (5e), a temperature of the conductor track (5e) can be determined as the temperature of the temperature sensor (5).