CN105337100B - 电连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电连接装置。连接装置(1)包含印刷电路板(10)，布置在印刷电路板(10)的第一表面(13)、第一侧面(11)上的半导体部件(20)，布置在印刷电路板(10)的第二表面(14)、第二侧面(12)上的连接设备(30)，与连接设备(30)和电线(50)可接触的接触元件(40)，其中连接设备(30)与半导体部件(20)相对地布置。

Description

电连接装置
技术领域
本发明涉及用于电连接线缆和印刷电路板的电连接装置。
背景技术
在现代机动车辆中，特别是电动车辆中，大电流对于车辆的操作是必要的。这些大电流通过电池和负载之间合适尺寸的电线在汽车的线缆线束中输送。具有大截面的电线用于保持电损耗低，这些电损耗由电线的电阻引起。使用重量轻的铝线附加地增加电线的截面积。电流设置在控制单元（ECU）中的半导体部件控制。术语控制单元在汽车引擎中一般用作用于分布在外壳中的电气单元的集合术语。半导体部件通常布置在印刷电路板上，其上还有其它电子部件。为了将印刷电路板及布置在其上的部件与板上系统连接，通常在印刷电路板上提供接触元件。这些接触元件可连接至配合触头，其布置在线缆线束的线缆的端部。在车辆内，安装空间自然紧密。因此，触头通常附接至印刷电路板的边缘以便虑及控制单元的平面设计。这种情形要求插头触头需要被设计为使得其在外壳壁上可接近以用于线缆线束的接触部分。接触元件具有用于保护的塑料材料的盖体。控制单元处的该插座通常称为“头部”。线缆线束的线缆端部的接触部分被集成在连接器外壳中。线缆线束与控制单元这种类型的电接触已经在汽车引擎中被证明了许多年。然而，如果待传输的电流进入数个数量级，则存在限制，因具有在默认情况下电动车辆而出现。这些接触系统的转移电阻是显著的，它们消耗电能，它们将其转换为热量。用于大电流密度的接触元件具有大尺寸，其具有相对低的电阻，因为电路路径的电阻无需变得太大。大接触元件需要大的插头和对应的插座。这增大了控制单元所需的空间。另一个问题在于控制单元本身。由流过电气部件的大电流形成不被低估的热负荷。该热量需要通过良好的导热元件消散，该导热元件被安装至热量生成元件，安装至外壳且安装至周围环境。或者需要提供被动和/或主动通风系统，其导引空气进入到外壳中用于冷却并排出热气。这种用于冷却的需要使控制单元更大，更重并且更昂贵。
本发明基于以下目标，提供一种连接系统，其具有低电阻，将线缆线束的电线与印刷电路板及其上提供的控制单元的电气部件电连接。此外，该连接系统应该帮助控制单元的冷却。
发明内容
该目标通过根据本发明的连接装置实现。连接装置包含印刷电路板，布置在印刷电路板的第一表面、第一侧面上的半导体部件，布置在印刷电路板的第二表面、第二侧面上的连接设备，与连接设备和电线可接触的接触元件，其中连接设备与半导体部件相对布置，以及保持设备，其可释放地将所述接触元件和所述连接设备保持在一起，其中所述保持设备被适配为使得在致动所述保持设备后，所述接触元件被压在所述连接设备上并且所述保持设备的部分被压在所述半导体部件上，其中所述保持设备具有限定彼此平行的两个腿的U形横截面，并且偏心轮附接至所述腿中的一个，该偏心轮可枢转进入所述腿之间的空间中。
现有技术中使用的印刷电路板具有其中基底被提供有导电覆盖层的结构。其一侧或两侧都可被导电覆盖。通常，不应导电的区域从基底移除。此处由导电覆盖层的一部分制成的连接设备的位置选择在印刷电路板上使得其被定位为与半导体部件相对。术语“相对”应该具有如下含义。连接设备布置在印刷电路板上使得如果基底会从印刷电路板移除，则半导体部件将保持在连接设备上。换句话说，传递通过半导体部件中心并垂直传递通过印刷电路板的虚轴还传递通过连接设备。
这具有如下效果：半导体部件生成的热量被传递通过印刷电路板到连接设备。从那里，热量可通过接触元件直接消散到周围环境中并且还传递进入电线中。由此，一部分多余的热量可被从控制单元输送到线缆线束，其从那被释放到周围环境中。
优选地，连接设备由印刷电路板的导电覆盖层的一部分形成。因此，在印刷电路板的制造工艺之后，连接设备已经被稳固地连接至印刷电路板。连接设备的几何形状可容易地适于所需电流密度和接触元件几何形状。当将适应的接触元件附接至印刷电路板时，大面积的接触元件电连接至大面积的印刷电路板的导电覆盖层。通过两个导电表面的延伸连接，实现了低转移电阻。在该低转移电阻处产生很少的热量，即使在具有较大电流密度的情况下。
更优选地，半导体部件和相对的连接设备被布置为与印刷电路板的边缘间隔开。该连接装置使得能够实现印刷电路板的布局的设计的最佳自由度，因为插头连接不再需要在印刷电路板的侧面上。
优选地，第二半导体部件布置在印刷电路板的第一表面、第一侧面上并可电连接至接触元件。以这种方式，第一半导体部件可由与第一半导体部件相对的接触元件冷却。而并未相对定位的第二半导体部件在并未被冷却的情况下被供电。因此，简化了控制单元的热设计。电和热的问题可以分开考虑。
更优选地，半导体部件至少与导电覆盖层的一部分电连接，该导电覆盖层在半导体部件与印刷电路板的基底之间延伸。因此，电路的热和电的行为可以更加容易地规划。第一导电覆盖层还用于热传导。半导体部件可将热量快速地消散至导电覆盖层。从那里，热量通过基底扩散至连接设备。为了增强冷却效果，可选择第一导电覆盖层大于半导体部件的尺寸。面积越大，热量通过基底输送越好。
优选地，连接设备的面积大于印刷电路板的导电覆盖层的面积，其布置在半导体部件与基底之间。由此，具有更高导热性的面积在半导体部件附近增大，由此该面积被更加高效地冷却。
优选地，印刷电路板包含至少一个在半导体部件与接触元件之间区域中的通孔。这减小了印刷电路板的导电覆盖层之间的电阻和热阻。该通孔一般通过在印刷电路板基底的镗孔中附接一铆钉来执行。该镗孔通常垂直于表面延伸。因此，得到用于电流和热量的最短路径。
更优选地，接触元件具有平坦表面，其适于生成与连接设备的电连接。当将接触元件附接至印刷电路板时，大面积的接触元件电连接至大面积的印刷电路板的导电覆盖层。在具有两个导电表面的延伸连接的情况下，实现了低转移电阻。在该低转移电阻处产生很少的热量，即使在具有较大电流密度的情况下。
优选地，接触元件包含用于冷却的设备。接触元件可由流体设备冷却。其可包含冷却肋或具有实心结构。在实心结构中，可提供冷却剂可流动通过其的镗孔或通道。同样，导热元件可从接触元件凸出，其连接至控制单元的外壳或用于冷却的其它元件。冷却接触元件可附加地增强了用于半导体部件的冷却容量。
优选地，连接装置包含保持设备，其可释放地将接触元件和连接设备保持在一起。作为保持设备，可使用能够将接触元件和连接设备保持在一起的所有机械设备。只要保证了良好的电和热的连接。
更优选地，保持设备是这样适应的，使得当致动保持设备时，接触元件被压在连接设备上并且保持设备的一部分被压在半导体部件上。这确保了接触表面紧密贴靠在一起并具有低电阻。进一步地，保持设备附加地冷却了半导体部件。
优选地，保持设备具有U形截面，并且偏心轮附接至腿中的一个。该偏心轮可枢转进入腿之间的空间中。该偏心轮枢转进入腿之间的空间中并朝向相对的腿推动位于其间的材料。如果印刷电路板和接触元件位于腿之间，则偏心轮推动这些元件抵住第二腿。杆被安装在偏心轮处，偏心轮可使用该杆枢转。所述装置容易操作并且工作可靠。
优选地，保持设备包含用于冷却的设备。保持设备可由流体设备冷却。其可具有冷却肋或是实心到。在实心实施例中，可提供冷却剂可流动通过其的镗孔或通道。导热元件可从保持设备凸出，其连接至控制单元的外壳或用于冷却的其它元件。
优选地，该连接装置适合于大电流应用。
更优选地，电线包含具有多根导线的编织物以及围绕该编织物的绝缘层。在车辆的大电流应用中，需要大的导体横截面。为了将这些电线安装在车辆中，它们需要是柔性的。通过在编织物中使用非常细的各个导线以及在绝缘体中的弹性材料，可产生高柔性电线。接触元件可使用已建立的技术，诸如压接或焊接，附接至电线的端部处。
附图说明
在下文中，将仅通过举例的方式，参照附图使用有利的实施例来描述本发明，其中：
图1示出了现有技术的连接装置。
图2示出了印刷电路板的第一侧面的视图。
图3示出了印刷电路板的第二侧面的视图。
图4示出了电线附接至其的接触元件。
图5示出了附接至印刷电路板第二侧面的接触元件。
图6A示出了接触元件的侧面视图。
图6B示出了接触元件的另一个侧面视图。
图7示出了图5的截面视图。
图8示出了具有附接的接触元件和两个半导体部件的印刷电路板的截面视图。
具体实施方式
在下文中，将更加详细地描述本发明的优选实施例。发明主题的相似或对应的细节被提供有相同的附图标记。
图1在截面视图中示出了现有技术的连接装置。半导体部件20被设置在印刷电路板10上，印刷电路板10经由接触元件40与电线50电连接。印刷电路板10包含在第一表面13、第一侧面11上的第一导电覆盖层15，以及在第二表面14、第二侧面12上的第二导电覆盖层16。半导体部件20经由电线50，接触元件40，导电覆盖层15，16被供电。对抗电流流动的电阻由附图标记Rwc，Rcp，Rp，Rpt和Rt表示。在该图中，可以容易地看到电流不得不克服多个局部的电阻以到达半导体部件。
图2示出了本发明连接装置的第一侧面11。半导体部件20安装在第一表面13上并与第一导电覆盖层15的部分电连接。
图3示出了本发明连接装置的第二侧面12。第二导电覆盖层16被示出在第二表面14上。连接设备30由第二导电覆盖层16的一部分生成。这已经随着印刷电路板10的制造完成。连接设备30是在刻蚀或碾磨导体迹线时生成的。连接设备30的形状对应于接触元件40的接触区域41的形状。应当这样选择接触区域41的形状和大小使得当接触区域41与连接设备30接触时，表面不显著地重叠。仅仅在接触区域41和连接设备30彼此连接的情况下，电流和热量被最佳地输送。
通孔17被示出在连接设备30的区域中，从而提供了在第一导电覆盖层15与第二导电覆盖层16之间的电连接。通孔17在图2中是不可见的，因为它们被半导体部件20阻挡。还在图3中示出了保持设备60，其将被更加详细地解释。
图4在顶视图中示出了接触元件40。电线50借助于压接连接与接触元件40连接。
图5示出了具有附接的电线50的接触元件40。保持设备60包含夹具轮廓61和杆63附接至其的偏心轮62。保持设备60的操作模式可从图7导出。
图6A和6B在侧视图中示出了接触元件40。可以看到平面接触区域41，接触元件40利用该接触区域41接触连接设备30。在该实施例中的接触元件40包含以从接触区域41延伸，与接触区域41相对的冷却肋形式的冷却介质70。在被提供用于与导线线束的连接的接触元件40的连接区域中，电线50借助于压接连接来安装。然而，可以使用任何已知的连接技术，诸如螺纹连接，钎焊或焊接连接。
图7在截面视图中示出了本发明实施例。具有附接电线50的接触元件40使用保持设备60被按压至印刷电路板10的第二导电覆盖层16，并因此通过连接设备30电接触。接触元件40和连接设备30位于印刷电路板10的第二侧面12上，与安装在第一侧面11上的半导体部件20相对。连接设备30包含通孔17，其穿过印刷电路板10从第一导电覆盖层15延伸至第二导电覆盖层16并将它们连接在一起。半导体部件20包含在面对印刷电路板的其本体侧面处的接触区域21。接触区域21电连接至第一导电覆盖层15。该装置使得能够实现起始于电线50并到半导体部件20都具有低电阻的电流路径。此外，该装置提供了使用接触元件40和电线50作为冷却元件的可能性，因为它们直接邻接热源（半导体部件）设置，仅由印刷电路板分离。通过该接近，该装置能够有效地冷却。
图8示出了其中两个半导体部件20，20＇布置在印刷电路板10的第一侧面11上的实施例。接触元件40安装在与第一半导体部件20相对的位置处。然而，半导体部件20不被提供用于控制经由电线50输送的电流。接触元件40通过第二导电覆盖层16电连接至第二半导体部件20＇。第二半导体部件20＇控制流过电线50的电流。在该实施例中，半导体部件20通过选择与连接设备30相对并因此与接触元件40相对的位置被冷却，但并不被供应有电力。第二半导体部件20＇被供应有电力但不被接触元件40冷却，因为其并不与接触元件40相对。此处，不考虑导电覆盖层15，16中较小的平衡热流。

Claims (13)

1.一种连接装置（1），其包含印刷电路板（10），布置在所述印刷电路板（10）的第一表面（13）、第一侧面（11）上的半导体部件（20），
布置在所述印刷电路板（10）的第二表面（14）、第二侧面（12）上的连接设备（30），
与所述连接设备（30）和电线（50）可接触的接触元件（40），其中所述连接设备（30）与所述半导体部件（20）相对地布置，以及
保持设备（60），其可释放地将所述接触元件（40）和所述连接设备（30）保持在一起，
其中所述保持设备（60）被适配为使得在致动所述保持设备（60）后，所述接触元件（40）被压在所述连接设备（30）上并且所述保持设备（60）的部分被压在所述半导体部件（20）上，
其中所述保持设备（60）具有限定彼此平行的两个腿的U形横截面，并且偏心轮（62）附接至所述腿中的一个，该偏心轮可枢转进入所述腿之间的空间中。
2.根据权利要求1的连接装置（1），其中所述连接设备（30）由所述印刷电路板（10）的第二导电覆盖层（16）的一部分形成。
3.根据权利要求1或2的连接装置（1），其中所述半导体部件（20）和相对的连接设备（30）被布置为与所述印刷电路板（10）的边缘间隔开。
4.根据权利要求1或2的连接装置（1），其中第二半导体部件（20＇）布置在所述印刷电路板（10）的第一表面（13）、第一侧面（11）上并且可直接电连接至所述接触元件（40）。
5.根据权利要求1或2的连接装置（1），其中所述半导体部件（20）至少与导电覆盖层（15）的一部分电连接，所述导电覆盖层（15）在所述半导体部件（20）与所述印刷电路板（10）的基底之间延伸。
6.根据权利要求2的连接装置（1），其中所述连接设备（30）的面积大于所述印刷电路板（10）的导电覆盖层（15）的面积，所述导电覆盖层（15）布置在所述半导体部件（20）与基底之间。
7.根据权利要求1或2的连接装置（1），其中所述印刷电路板（10）包含至少一个在所述半导体部件（20）与所述连接设备（30）之间的区域中的通孔（17）。
8.根据权利要求1或2的连接装置（1），其中所述接触元件（40）具有平坦表面（41），其适于提供与所述连接设备（30）的电连接。
9.根据权利要求1或2的连接装置（1），其中所述接触元件（40）包含用于冷却的设备（70）。
10.根据权利要求1的连接装置（1），其中所述保持设备（60）包含用于冷却的设备。
11.根据权利要求1或2的连接装置（1），其中所述连接装置（1）适合于大电流应用。
12.根据权利要求1或2的连接装置（1），其中所述电线（50）包含绝缘层。
13.根据权利要求12的连接装置（1），其中所述电线（50）包含具有多根导线的编织物以及围绕该编织物的绝缘层。
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