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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und einen elektrischen Anschlusskasten.
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Stand der Technik
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Herkömmlicherweise ist ein elektrischer Anschlusskasten (auch als Stromverteiler bezeichnet) zum Verteilen von Leistung aus einer Stromquelle (Batterie) auf Lasten wie etwa Scheinwerfer und Scheibenwischer in einem Kraftfahrzeug angebracht. Der elektrische Anschlusskasten weist eine Stromschiene, die mit der Stromquelle verbunden ist und Teil einer Leistungsschaltung ist, und eine Leiterplatte mit einer Steuerschaltung zum Steuern des elektrischen Stromflusses in der Leistungsschaltung auf. Die Steuerschaltung weist ein auf der Leiterplatte gebildetes Leitungsmuster und elektronische Bauteile wie etwa Schaltelemente (z.B. Relais und FETs (Feldeffekttransistoren)) und Steuerelemente auf (z.B. Mikrocomputer und Steuer-ICs (integrierte Schaltungen)).
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Zur Verringerung der Größe des elektrischen Anschlusskastens wurden in den letzten Jahren Schaltungsanordnungen entwickelt, bei denen eine Leiterplatte integral mit der Oberseite einer Stromschiene angeordnet ist. Die
JP 2005 - 117719 A offenbart eine Schaltungsanordnung, zu deren Fertigung eine Haftfolie zur Bindung der Stromschiene und der Leiterplatte aneinander verwendet wird. In manchen Fällen muss die auf der Leiterplatte vorgesehene Steuerschaltung in der Schaltungsanordnung direkt mit der Stromschiene elektrisch verbunden sein. Die
JP 2005 - 224053 A schlägt ein Verbindungsverfahren vor, bei dem ein Verbindungs-Chip als Zwischenelement verwendet wird. Insbesondere offenbart die
JP 2005 - 224053 A eine Schaltungsanordnung, bei der eine leitende Fläche auf der einen Seite der Leiterplatte vorgesehen ist, ein Durchgangsloch, durch das die Stromschiene freiliegt, an einer Position gebildet ist, die an die leitende Fläche angrenzt, und ein Verbindungs-Chip mit einer Form, die das Durchgangsloch und die leitende Fläche überspannt, an sowohl die Stromschiene als auch die leitende Fläche gelötet ist. Bei der in der
JP 2005 - 224053 A offenbarten Schaltungsanordnung sind die Stromschiene und die leitende Fläche über den Verbindungs-Chip elektrisch miteinander verbunden.
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Die
JP 2005 - 176581 A offenbart einen Verbindungskasten für Fahrzeuge, bei dem mehrere flexible Flachkabel mit parallelen Leitern voneinander beabstandet und mit Kunststofffilmen bedeckt sind. Teile der Leiter der FFC flexiblen Flachkabel werden zuvor abhängig von einem Schaltungsmuster geschnitten. An einem Schaltungsverbindungsteil werden die Kunststofffilme auf einer Seite abgezogen und die Leiter werden freigelegt und ein Durchgangsloch wird in das Schaltungsverbindungsteil gebohrt. Die Leiter sind so angeordnet, dass sie sich senkrecht schneiden, indem die flexiblen Flachkabel in Schichten gelegt werden. Die Schaltungsverbindungsteile werden vertikal gestapelt und die freiliegenden Teile der Leiter werden auf der oberen und unteren Oberfläche angeordnet. Ein Niet wird von einer Seite durch ein Durchgangsloch am Schaltungsverbindungsteil geführt und auf der anderen Seite mit einer Nietscheibe gekoppelt, wodurch eine elektrische Verbindung hergestellt wird.
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Die
JP 2015 - 139289 A offenbart eine Schalttafel aufweisend eine Steuerplatine; eine Isolierfolie; Sammelschienen; eine Schaltungskonfiguration mit einer Zubehörplatte; und Halbleiterschaltelemente mit Anschlüssen. Die Steuerplatine weist Montagefenster auf, die Isolierfolie weist Einlegefenster auf, die mit Montagefenstern angeordnet und überlappt sind, Stromschienen sind an einem einer Montageinnenseite ausgesetzten Bereich angeordnet.
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Die
DE 101 41 400 A1 offenbart ein Steuergerät mit einem Gehäuse und mit einer darin angeordneten mit einem elektronischen Schaltungsteil versehenen Leiterplatte und einem Stanzgitter mit wenigstens einer parallel zur Leiterplatte angeordneten Stanzgitterebene, welches Stanzgitter mittels aus der Stanzgitterebene abgebogenen ersten Kontaktabschnitten mit der Leiterplatte elektrisch verbunden ist, sowie mit der Leiterplatte und/oder dem Stanzgitter verbindbare elektrische Bauelemente, wobei das Gehäuse ein erstes Gehäuseteil mit einer parallel zur Leiterplatte und zu der Stanzgitterebene verlaufenden Gehäusewand aufweist, an deren Außenseite wenigstens ein erstes elektrisches Bauelement festlegbar ist, wobei erste Anschlußelemente und zweite Anschlußelemente des ersten Bauelementes durch Aussparungen der Gehäusewand hindurchführbar sind und die ersten Anschlußelemente mit zweiten Kontaktabschnitten des Stanzgitters und die zweiten Anschlußelemente mit auf der Leiterplatte angeordneten und zur Gehäusewand hin abstehenden diskreten Kontaktelementen elektrisch verbindbar sind.
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Die
JP 2005 - 294741 A offenbart einen Verbindungskasten bei dem das Basisende eines Halters (Haltemittels) mit einem Gehäuse verbunden ist, und ein Riegelabschnitt des Halters mit einem schaltungsbildenden Körper verriegelt ist, Der schaltungsbildende Körper und das Gehäuse werden durch die Verriegelungswirkung des Verriegelungsabschnitts mit einem Spiel miteinander gekoppelt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Schaltungsanordnung der vorliegenden Offenbarung ist eine Schaltungsanordnung, in der eine Leiterplatte, die eine Steuerschaltung zum Steuern eines elektrischen Stromflusses in einer Leistungsschaltung aufweist, integral auf einer plattenförmigen Stromschiene angeordnet ist, die Teil der Leistungsschaltung ist, wobei die Schaltungsanordnung aufweist:
- eine Stromschiene, die mit einem ersten Durchgangsloch versehen ist;
- eine Leiterplatte, bei der beide Seiten mit Leitungsmustern versehen sind und die mit einem zweiten Durchgangsloch versehen ist, das mit dem ersten Durchgangsloch geradlinig ausgerichtet ist;
- eine isolierende Folie, die auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet ist und zwischen der Stromschiene und der Leiterplatte eingefügt ist; und
- einen leitfähigen Niet, der in das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch eingeführt ist und die Leiterplatte auf der Stromschiene fixiert,
- wobei der Niet einen in das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch eingeführten Körper und einen aus der Leiterplatte vorstehenden Kopf aufweist.
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Ein elektrischer Anschlusskasten der vorliegenden Offenbarung weist auf:
- die oben genannte Schaltungsanordnung der vorliegenden Offenbarung;
- eine an der Stromschiene angebrachte Wärmesenke und
- ein Gehäuse, das die Schaltungsanordnung und die Wärmesenke aufnimmt.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Schaltungsanordnung gemäß Ausführungsform 1.
- 2 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht der Schaltungsanordnung gemäß Ausführungsform 1.
- 3 ist eine schematische Querschnittsansicht in Längsrichtung, die einen relevanten Abschnitt der Schaltungsanordnung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
- 4 ist eine schematische Querschnittsansicht in Längsrichtung, die ein Verfahren zum Crimpen eines Niets illustriert.
- 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines elektrischen Anschlusskastens gemäß Ausführungsform 1.
- 6 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht des elektrischen Anschlusskastens gemäß Ausführungsform 1.
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Durch die vorliegende Offenbarung zu lösendes Problem
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Bei einer herkömmlichen Schaltungsanordnung erfolgt die Bindung der Stromschiene und der Leiterplatte aneinander im Allgemeinen durch Übereinanderschichten der Stromschiene und der Leiterplatte, zwischen denen sandwichartig eine Haftfolie angeordnet ist, bei der duroplastischer Klebstoff auf Epoxidbasis auf beiden Seiten eines aus einem Polyimidfilm hergestellten Substrats aufgetragen ist, und Durchführen von Thermokompressionsbonden mithilfe einer Heißpressvorrichtung.
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Bei der herkömmlichen Schaltungsanordnung wird die Leiterplatte an der Oberseite der Stromschiene fixiert, indem die Haftfolie zur Bindung der Stromschiene und der Leiterplatte aneinander verwendet wird, und daher gibt es Fälle, in denen die Leiterplatte sich während des Thermokompressionsbondens bewegt und somit nicht an einer vorbestimmten Position fixiert werden kann. In dem herkömmlichen Verbindungsverfahren, bei dem ein Verbindungs-Chip als Zwischenelement verwendet wird, werden der Verbindungs-Chip und die auf die Leiterplatte montierten elektronischen Bauteile im Aufschmelzverfahren zur gleichen Zeit gelötet. Es gibt jedoch Fälle, in denen der Verbindungs-Chip sich während des Schmelzens des Lötmittels bewegt und so nicht an eine vorbestimmte Position gelötet wird. Im ungünstigsten Fall besteht daher das Risiko, dass die Stromschiene und die auf der Leiterplatte vorgesehene Steuerschaltung über den Verbindungs-Chip nicht elektrisch verbunden werden können.
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Dementsprechend ist die herkömmliche Schaltungsanordnung hinsichtlich der Produktivität verbesserungsfähig.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist daher die Bereitstellung einer hinsichtlich der Produktivität überlegenen Schaltungsanordnung. Daneben ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung die Bereitstellung eines elektrischen Anschlusskastens, der diese Schaltungsanordnung enthält.
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Vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Offenbarung
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Die Schaltungsanordnung und der elektrische Anschlusskasten der vorliegenden Offenbarung sind hinsichtlich der Produktivität überlegen.
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Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
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Um die Leiterplatte auf der Oberseite der Stromschiene zu positionieren und daran zu fixieren, schlagen die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Bildung von Durchgangslöchern in der Stromschiene und der Leiterplatte, die geradlinig miteinander ausgerichtet sind, und die Einführung eines leitfähigen Niets in diese Durchgangslöcher zum Fixieren der Leiterplatte vor. Zunächst werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgeführt und beschrieben.
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(1) Eine Schaltungsanordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schaltungsanordnung, in der eine Leiterplatte, die eine Steuerschaltung zum Steuern eines elektrischen Stromflusses in einer Leistungsschaltung aufweist, integral auf einer plattenförmigen Stromschiene angeordnet ist, die Teil der Leistungsschaltung ist, wobei die Schaltungsanordnung aufweist:
- eine Stromschiene, die mit einem ersten Durchgangsloch versehen ist;
- eine Leiterplatte, bei der beide Seiten mit Leitungsmustern versehen sind und die mit einem zweiten Durchgangsloch versehen ist, das mit dem ersten Durchgangsloch geradlinig ausgerichtet ist;
- eine isolierende Folie, die auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet ist und zwischen der Stromschiene und der Leiterplatte eingefügt ist; und
- einen leitfähigen Niet, der in das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch eingeführt ist und die Leiterplatte auf der Stromschiene fixiert,
- wobei der Niet einen in das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch eingeführten Körper und einen aus der Leiterplatte vorstehenden Kopf aufweist.
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Bei der oben genannten Schaltungsanordnung sind die ersten und zweiten Durchgangslöcher, die geradlinig miteinander ausgerichtet sind, in der Stromschiene bzw. der Leiterplatte gebildet, und die Stromschiene und die Leiterplatte sind durch Einführen des leitfähigen Niets in diese Durchgangslöcher in Bezug zueinander positioniert und mechanisch zusammengefügt. Der Niet ist also zum Positionieren und Fixieren der Stromschiene und der Leiterplatte verwendbar. Daher können die Positionsverschiebungen zwischen der Stromschiene und der Leiterplatte während des Fixierens der Leiterplatte an der Oberseite der Stromschiene unterbunden werden, und somit ist die oben genannte Schaltungsanordnung hinsichtlich der Produktivität überlegen. Der Niet ist leitfähig, und daher können die Stromschiene und die Steuerschaltung der Leiterplatte über den Niet elektrisch miteinander verbunden sein. Insbesondere ist ein Ende des Körpers des Niets, der in das erste Durchgangsloch eingeführt ist, an der Stromschiene fixiert, und auf diese Weise sind die Stromschiene und der Niet elektrisch miteinander verbunden. Sodann sind das Leitungsmuster und die in der Steuerschaltung enthaltenen elektronischen Bauteile durch Löten oder dergleichen elektrisch mit dem aus der Leiterplatte vorstehenden Kopf des Niets verbunden und auf diese Weise sind die Stromschiene und die Steuerschaltung über den Niet elektrisch miteinander verbunden. Dementsprechend hat der Niet, der in die geradlinig miteinander ausgerichteten ersten und zweiten Durchgangslöcher eingeführt ist, in der oben genannten Schaltungsanordnung nicht nur die Funktion, die Stromschiene und die Leiterplatte zu positionieren und zu fixieren, sondern auch die Funktion, die Stromschiene und die Steuerschaltung elektrisch zu verbinden.
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Bei der oben genannten Schaltungsanordnung wird die Leiterplatte an der Stromschiene fixiert, indem der Niet zum mechanischen Verbinden der Stromschiene und der Leiterplatte verwendet wird. Anders als bei der herkömmlichen Schaltungsanordnung ist daher keine Bindung der Stromschiene und der Leiterplatte aneinander durch Thermokompressionsbonden mit einem duroplastischen Klebstoff (z.B. Klebstoff auf Epoxidbasis) notwendig. Dementsprechend kann das Thermokompressionsbonden entfallen und so die Herstellungszeit verringert werden. Außerdem ist auch eine Vorrichtung wie die Heißpressvorrichtung nicht erforderlich, was eine Verringerung der Herstellungskosten ermöglicht. Da das Thermokompressionsbonden nicht durchgeführt wird, können zudem die Verformung der Leiterplatte und Risse in dem Lötmittel, die durch Restspannungen infolge von wiederholtem Erhitzen und Abkühlen entstehen, verhindert werden, so dass die Zuverlässigkeit verbessert wird.
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(2) In einer Ausführungsform der oben genannten Schaltungsanordnung ist eine Anschlussfläche um eine Öffnung des zweiten Durchgangslochs auf der anderen Seite der Leiterplatte vorgesehen, und der Kopf des Niets und die Anschlussfläche sind elektrisch verbunden.
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Da die Anschlussfläche um die Öffnung des zweiten Durchgangslochs auf der anderen Seite der Leiterplatte vorgesehen ist, auf der das Leitungsmuster gebildet ist, ist der Kopf des Niets leicht mit der Anschlussfläche zu verbinden und durch Löten daran zu fixieren.
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(3) In einer Ausführungsform der oben genannten Schaltungsanordnung sind mehrere der ersten Durchgangslöcher und mehrere der zweiten Durchgangslöcher gebildet sowie mehrere der in die ersten Durchgangslöcher und die zweiten Durchgangslöcher eingeführten Niete vorgesehen.
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In der Stromschiene und der Leiterplatte sind mehrere der ersten Durchgangslöcher und mehrere der zweiten Durchgangslöcher gebildet, und in die Durchgangslöcher ist mehrere der Niete eingeführt, was es ermöglicht, die Bewegung der Leiterplatte in Bezug auf die Stromschiene einzuschränken und die Positionsverschiebungen zwischen der Stromschiene und der Leiterplatte wirksamer zu unterbinden. Dementsprechend wird mit der oben genannten Ausführungsform eine Positionierung der Stromschiene und der Leiterplatte mit verbesserter Genauigkeit erreicht.
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(4) Ein elektrischer Anschlusskasten gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf:
- die Schaltungsanordnung nach einem der obigen Abschnitte (1) bis (3);
- eine an der Stromschiene angebrachte Wärmesenke und ein Gehäuse, das die Schaltungsanordnung und die Wärmesenke aufnimmt.
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Der oben genannte elektrische Anschlusskasten weist die oben genannte Schaltungsanordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung auf und ist somit hinsichtlich der Produktivität überlegen. Außerdem ist bei dem oben genannten elektrischen Anschlusskasten die Wärmesenke an der Stromschiene der Schaltungsanordnung angebracht, und daher kann in der Schaltungsanordnung erzeugte Wärme zu der Wärmesenke abgeleitet werden, und es wird die hohe Zuverlässigkeit erreicht.
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Details zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
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Nachfolgend werden spezifische Beispiele für die Schaltungsanordnung und den elektrischen Anschlusskasten entsprechend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Figuren sind Bauteile mit gleichem Namen durch die gleiche Bezugsziffer bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt ist und durch den Umfang der beigefügten Ansprüche definiert ist, und dass beabsichtigt ist, dass alle Änderungen, die innerhalb des gleichen wesentlichen Gedankens wie der Umfang der Ansprüche liegen, darin enthalten sind.
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Ausführungsform 1
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Schaltungsanordnung
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Eine Schaltungsanordnung der Ausführungsform 1 wird mit Bezug auf 1 bis 4 beschrieben. Wie in 1 bis 3 gezeigt, weist eine Schaltungsanordnung 1 der Ausführungsform 1 eine plattenförmige Stromschiene 10 und eine Leiterplatte 20 auf. Die Leiterplatte 20 ist mit der oberen Seite der Stromschiene 10 integral angeordnet. Ein Merkmal der Schaltungsanordnung 1 der Ausführungsform 1 ist, wie in 2 und 3 gezeigt, dass erste Durchgangslöcher 15 und zweite Durchgangslöcher 25, die geradlinig miteinander ausgerichtet sind, in der Stromschiene 10 bzw. der Leiterplatte 20 gebildet sind, und leitfähige Niete 50 vorgesehen sind, die in diese Durchgangslöcher 15 und 25 eingeführt sind. Im Folgenden wird der Aufbau der Schaltungsanordnung 1 ausführlich beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung wird bei der Schaltungsanordnung 1 die Seite der Leiterplatte 20 als „obere Seite“ und die Seite der Stromschiene 10 als „untere Seite“ bezeichnet.
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Stromschiene
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Die Stromschiene 10 ist ein plattenförmiges Bauteil, das Teil einer Leistungsschaltung ist. In dieser Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, weist die Stromschiene 10 mehrere Stromschienenstücken 11 bis 13 auf, und die Stromschienenstücke 11 bis 13 liegen in einer vorbestimmten Anordnung auf derselben Ebene. Die Stromschiene 10 (Stromschienenstücke 11 bis 13) ist aus einer leitfähigen Metallplatte hergestellt. Insbesondere ist die Stromschiene 10 durch Schneiden eines aus Kupfer hergestellten Plattenmaterials zu einer vorbestimmten Form gebildet. Die Größe der Stromschiene 10 (der Stromschienenstücke 11 bis 13) ist so eingestellt, dass sie für eine Stromflussmenge und zur Wärmeableitung geeignet ist, und ihre Dicke ist beispielsweise auf 0,5 bis 1,0 mm eingestellt. Ein Kabelbaum 90 (siehe 5) ist elektrisch mit der Stromschiene 10 verbunden, wie noch beschrieben wird. In dieser Ausführungsform sind in den Stromschienenstücken 11 und 12 Anschlusseinführlöcher 18 gebildet, in welche Stromquellenanschlüsse 85 einführbar sind, die noch beschrieben werden (siehe 5 und 6), und die Stromschienenstücke 11 und 12 sind über die Stromquellenanschlüsse 85 elektrisch mit den Kabelbäumen 90 verbunden.
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Erstes Durchgangsloch
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Wie in 2 und 3 gezeigt, sind in der Stromschiene 10 die ersten Durchgangslöcher 15 gebildet (nachfolgend als „Nieteinführlöcher“ bezeichnet), in welche die Niete 50 einzuführen sind, die noch beschrieben werden. In dieser Ausführungsform ist in der Stromschiene 10 mehrere Nieteinführlöchern 15 gebildet.
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Leiterplatte
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Wie in 1 bis 3 gezeigt, ist die Leiterplatte 20 auf der Stromschiene 10 angeordnet und weist eine Steuerschaltung zum Steuern des elektrischen Stromflusses in der Leistungsschaltung auf. Leitungsmuster 21 (siehe 3) sind auf beiden Seiten (d.h. der oberen und der unteren Seite) der Leiterplatte 20 gebildet. In 3 ist nur das Leitungsmuster 21 auf der oberen Seite der Leiterplatte 20 gezeigt (auf einer Seite gegenüber der Seite, auf der die Stromschiene 10 angeordnet ist), und das Leitungsmuster auf der unteren Seite (der anderen Seite, auf der die Stromschiene 10 angeordnet ist) ist weggelassen (das gleiche gilt für 4). Insbesondere ist die Leiterplatte 20 eine gedruckte Leiterplatte, die durch Drucken des Leitungsmusters 21 auf eine isolierte Platine 28 gewonnen ist, und die Leitungsmuster 21 sind aus einer Kupferfolie hergestellt. Eine externe elektronische Steuereinheit (nicht gezeigt) ist mit der Leiterplatte 20 zu verbinden.
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Wie in 1 gezeigt, ist ein Teil der Anschlüsse von FETs 31 und elektronischen Bauteilen wie etwa einem Mikrocomputer 32 und einem Steuer-Verbindungselement 33 durch Löten auf der Leiterplatte 20 montiert. Der Mikrocomputer 32 ist ein Steuerelement zum Steuern der FETs 31 und dergleichen. Das Steuer-Verbindungselement 33 ist ein Verbindungselement, mit dem eine elektronische Steuereinheit verbindbar ist, und die elektronischen Bauteile arbeiten auf Basis der Steuersignale aus der elektronischen Steuereinheit. Die Steuerschaltung besteht aus den auf der Leiterplatte 20 gebildeten Leitungsmustern 21 und den auf die Leiterplatte 20 montierten elektronischen Bauteilen.
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In dieser Ausführungsform ist ein weiterer Teil der Anschlüsse von FETs 31 durch Löten direkt an die Oberseite der Stromschiene 10 angefügt. Wie in 2 gezeigt, sind daher Bauteilöffnungen 29, die den FETs 31 entsprechen, an Abschnitten der Leiterplatte 20 gebildet, an denen die FETs 31 anzuordnen sind.
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Zweites Durchgangsloch
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Wie in 2 und 3 gezeigt, sind in der Leiterplatte 20 die zweiten Durchgangslöcher 25 gebildet (nachfolgend als „Nieteinführlöcher“ bezeichnet), die mit den Nieteinführlöchern 15 in der Stromschiene 10 geradlinig ausgerichtet sind und in welche die Niete 50, die noch beschrieben werden, eingeführt werden. Insbesondere sind die Nieteinführlöcher 15 und 25 an den gleichen Positionen angeordnet und sind geradlinig miteinander ausgerichtet, wenn die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20 übereinandergeschichtet sind, und die Niete 50 sind in die Nieteinführlöcher 15 und 25 eingeführt, die geradlinig miteinander ausgerichtet sind. In dieser Ausführungsform ist in der Leiterplatte 20 mehrere Nieteinführlöchern 25 gebildet, die den Nieteinführlöchern 15 in der Stromschiene 10 entsprechen.
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Anschlussfläche
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Um die Öffnung jedes Nieteinführlochs 25 auf der oberen Seite der Leiterplatte 20 (einer Seite gegenüber der Seite, auf der die Stromschiene 10 angeordnet ist) ist eine Anschlussfläche 24 gebildet. Ein Kopf 52 des Niets 50 ist durch Löten an die Anschlussfläche 24 angefügt und so elektrisch damit verbunden. Die Anschlussfläche 24 ist elektrisch mit dem auf der Leiterplatte 20 gebildeten Leitungsmuster 21 verbunden und ist über den Niet 50 elektrisch mit der Stromschiene 10 verbunden.
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Isolierende Folie
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Wie in 2 und 3 gezeigt, ist eine isolierende Folie 40, die zwischen der Stromschiene 10 und der Leiterplatte 20 eingefügt ist, auf der unteren Seite der Leiterplatte 20 angeordnet (der anderen Seite, auf der die Stromschiene 10 angeordnet ist). Mit dieser isolierenden Folie 40 wird eine elektrische Isolierung zwischen der Stromschiene 10 und der Leiterplatte 20 sichergestellt.
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Die isolierende Folie 40 ist aus einem isolierenden Material hergestellt und besitzt Wärmebeständigkeit gegen eine Lötmittel-Aufschmelztemperatur während der Montage der elektronischen Bauteile. Beispiele für die isolierende Folie 40 sind unter anderem cellulosefaserhaltige Vliesgewebe, harzfaserhaltige Vliesgewebe, glasfaserhaltige Vliesgewebe, Harzfolien, die aus Polyimid hergestellt sind, und Harzfolien, die aus Polyamidimid hergestellt sind. Die Dicke der isolierenden Folie 40 ist beispielsweise auf 25 µm oder mehr und 100 µm oder weniger eingestellt, um die elektrische Isolierung zwischen der Stromschiene 10 und der Leiterplatte 20 sicherzustellen.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, sind in der isolierenden Folie 40 dritte Durchgangslöcher 45 gebildet (nachfolgend als „Nieteinführlöcher“ bezeichnet), die mit den Nieteinführlöchern 15 in der Stromschiene 10 und den Nieteinführlöchern 25 in der Leiterplatte 20 geradlinig ausgerichtet sind und in welche die Niete 50, die noch beschrieben werden, einzuführen sind. Insbesondere sind die Nieteinführlöcher 15, 25 und 45 an den gleichen Positionen angeordnet und sind geradlinig miteinander ausgerichtet, wenn die Stromschiene 10, die isolierende Folie 40 und die Leiterplatte 20 übereinandergeschichtet sind, und die Niete 50 sind in die Nieteinführlöcher 15, 25 und 45 eingeführt, die geradlinig miteinander ausgerichtet sind. In dieser Ausführungsform ist auch in der isolierenden Folie 40 mehrere Nieteinführlöchern 45 gebildet, die den Nieteinführlöchern 15 in der Stromschiene 10 und den Nieteinführlöchern 25 in der Leiterplatte 20 entsprechen. Außerdem sind in der isolierenden Folie 40 Bauteilöffnungen 49, die den FETs 31 entsprechen, an den gleichen Positionen wie denjenigen der Bauteilöffnungen 29 in der Leiterplatte 20 gebildet.
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Niet
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Der Niet 50 ist ein leitfähiges Bauteil, das in die Nieteinführlöcher 15 und 25 eingeführt ist, die geradlinig miteinander ausgerichtet sind, wie in 2 und 3 gezeigt, um die Leiterplatte 20 an der Oberseite der Stromschiene 10 zu fixieren. Der Niet 50 ist aus einem leitfähigen Metallmaterial wie etwa Aluminium oder Kupfer hergestellt und weist einen Körper 51, der in die Nieteinführlöcher 15 und 25 eingeführt wird, und einen Kopf 52 auf, der aus der Leiterplatte 20 vorstehen wird. In dieser Ausführungsform ist der Niet 50 aus Kupfer hergestellt und seine Oberfläche vernickelt. Mehrere Niete 50 sind entsprechend den Nieteinführlöchern 15 und 25 vorgesehen, und die Niete 50 sind in die Nieteinführlöcher 15 und 25 eingeführt, die geradlinig miteinander ausgerichtet sind.
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Das Vorderende des Körpers 51 (ein Ende auf einer zu der Seite des Kopfes 52 entgegengesetzten Seite) wird in einem Zustand gecrimpt und plastisch verformt, in dem der Niet 50 in die Nieteinführlöcher 15 und 25 eingeführt ist, und auf diese Weise wird der Niet 50 an der Stromschiene 10 fixiert. Dementsprechend sind die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20 mit den Nieten 50 aneinandergefügt, und die Niete 50 sind mit der Stromschiene 10 elektrisch verbunden. In dieser Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, wird das Ende des Körpers 51 fixiert, indem ein rotierender Stempel P gegen die Oberfläche an dem Vorderende des Körpers 51 gedrückt wird, der in die Nieteinführlöcher 15 und 25 eingeführt ist, und das Vorderende des Körpers 51 durch Anwendung von Druck so verformt wird, dass das Vorderende sich in radialer Richtung ausbreitet, d.h. durch sogenanntes „rotierendes Crimpen“.
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Der Kopf 52 des Niets 50 ist an die Anschlussfläche 24 gelötet, die um die Öffnung des in der Leiterplatte 20 gebildeten Nieteinführlochs 25 gebildet ist, und der Kopf 52 des Niets 50 und die Anschlussfläche 24 sind mit Lötmittel 26 elektrisch miteinander verbunden. Daher sind die Stromschiene 10 und die auf der Leiterplatte 20 gebildete Anschlussfläche 24 über den Niet 50 elektrisch miteinander verbunden, und die Stromschiene 10 und die Steuerschaltung der Leiterplatte 20 sind auf diese Weise elektrisch miteinander verbunden.
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Verfahren zur Fertigung der Schaltungsanordnung
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Ein Beispiel für eine Prozedur zur Fertigung der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung 1 der Ausführungsform 1 wird mit Bezug auf 2 bis 4 beschrieben.
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(1) Die Stromschiene 10, die Leiterplatte 20, die isolierende Folie 40 und die Niete 50 werden vorbereitet (siehe 2). Die Stromschiene 10 wird hergestellt, indem ein aus sauerstofffreiem Kupfer hergestelltes Plattenmaterial zu einer vorbestimmten Form geschnitten wird. Insbesondere wird die Stromschiene 10, in der die Stromschienenstücke 11 bis 13, die jeweils eine vorbestimmte Form haben, wie in 2 gezeigt angeordnet sind, durch Stanzen eines aus sauerstofffreiem Kupfer hergestellten Plattenmaterials hergestellt. Die Nieteinführlöcher 15 werden an vorbestimmten Positionen in der Stromschiene 10 gebildet.
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Die Leiterplatte 20 wird folgendermaßen hergestellt. Es wird ein Platinenmaterial vorbereitet, das zu einer vorbestimmten Form verarbeitet ist, indem die Bauteilöffnungen 29 (siehe 2) und dergleichen in einem kupferverkleideten Schichtstoff gebildet sind, bei dem Kupferfolien auf beide Seiten der isolierten Platine 28 laminiert sind (siehe 3). Wie außerdem in 2 gezeigt, werden in diesem Platinenmaterial die Nieteinführlöcher 25, die mit den Nieteinführlöchern 15 in der Stromschiene 10 in geradlinige Ausrichtung zu bringen sind, an vorbestimmten Positionen gebildet. Sodann werden, wie in 3 gezeigt, die Leitungsmuster 21 (nur eines davon ist gezeigt) auf beiden Seiten durch Ätzen der Kupferfolien gebildet, und die Anschlussflächen 24 werden um die Öffnungen auf der oberen Seite der Nieteinführlöcher 25 gebildet. Auf diese Weise wird die Leiterplatte 20 erzeugt.
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Die isolierende Folie 40 wird durch Schneiden eines elektrisch isolierenden Polyimidfilms zu einer vorbestimmten Form erzeugt, wie in 2 gezeigt. Die Nieteinführlöcher 45 und die Bauteilöffnungen 49 werden an vorbestimmten Positionen in der isolierenden Folie 40 gebildet.
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(2) Die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20 werden mit den Nieten 50 aneinandergefügt, und auf diese Weise wird die Leiterplatte 20 an der Oberseite der Stromschiene 10 fixiert (siehe 2). Wie in 2 gezeigt, werden insbesondere die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20 übereinandergeschichtet, wobei die isolierende Folie 40 sandwichartig dazwischen angeordnet ist, und die Niete 50 werden in die Nieteinführlöcher 15, 25 und 45 eingeführt, die geradlinig miteinander ausgerichtet sind. Zu diesem Zeitpunkt werden die Niete 50 von der Seite der Leiterplatte 20 eingeführt, und wie in 3 gezeigt, werden die Köpfe 52 der Niete 50 auf den Anschlussflächen 24 angeordnet. Danach wird, wie in 4 gezeigt, ein rotierender Stempel P gegen die Oberfläche an dem Vorderende des Niets 50 gedrückt, das aus der Öffnung des Nieteinführlochs 15 vorsteht, und dann durch rotierendes Crimpen das Vorderende des Körpers 51 gecrimpt. Dementsprechend wird das Vorderende des Körpers 51 durch Anwendung von Druck verformt und so das Ende des Körpers 51 an die Stromschiene 10 angefügt. Als Ergebnis sind die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20 integriert.
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(3) Nachdem die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20 integriert sind, werden die elektronischen Bauteile auf der Leiterplatte 20 montiert (siehe 2). Insbesondere wird Lötpaste an den Positionen auf der Leiterplatte 20, an denen die elektronischen Bauteile (z.B. FETs 31) zu montieren sind, und den Anschlussflächen 24 aufgedruckt, und dann werden die elektronischen Bauteile platziert. In einem Aufschmelzofen werden danach die elektronischen Bauteile durch Löten an die Oberseite der Leiterplatte 20 angefügt, und die Köpfe 52 der Niete werden durch Löten an die Anschlussflächen 24 angefügt, wie in 3 gezeigt. In dieser Ausführungsform sind die elektronischen Bauteile auch auf der Stromschiene 10 montiert, und daher wird Lötpaste auch auf die Stromschiene 10 gedruckt. Mit diesen Schritten erhält man die in 1 gezeigte Schaltungsanordnung.
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Funktionen und Wirkungen der Schaltungsanordnung
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Die Schaltungsanordnung 1 der Ausführungsform 1 weist folgende Wirkungen auf.
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(1) Bei der Schaltungsanordnung 1 sind die Nieteinführlöcher 15 und 25, die geradlinig miteinander ausgerichtet sind, in der Stromschiene 10 und der Leiterplatte 20 gebildet, und die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20 sind mit den in die Nieteinführlöcher 15 und 25 eingeführten Nieten 50 in Bezug zueinander positioniert und mechanisch zusammengefügt. Die Niete 50 können also zum Positionieren und Fixieren der Stromschiene 10 und der Leiterplatte 20 verwendet werden, und daher können die Positionsverschiebungen zwischen der Stromschiene 10 und der Leiterplatte 20 unterbunden werden. Die Niete 50 sind leitfähig, und somit sind die Stromschiene 10 und die Steuerschaltung der Leiterplatte 20 über die Niete 50 elektrisch miteinander verbindbar. Die in die Nieteinführlöcher 15 und 25 eingeführten Niete 50 haben dementsprechend nicht nur die Funktion, die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20 zu positionieren und zu fixieren, sondern auch die Funktion, die Stromschiene 10 und die Steuerschaltung der Leiterplatte 20 elektrisch zu verbinden, und somit ist die Schaltungsanordnung 1 hinsichtlich der Produktivität überlegen.
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(2) Bei der Schaltungsanordnung 1 wird die Leiterplatte 20 an der Stromschiene 10 fixiert und damit integriert, indem die Niete 50 verwendet werden, um die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20 mechanisch zusammenzufügen. Anders als bei einer herkömmlichen Schaltungsanordnung ist daher keine Bindung der Stromschiene und der Leiterplatte aneinander durch Thermokompressionsbonden mit einem duroplastischen Klebstoff (z.B. Klebstoff auf Epoxidbasis) notwendig. Gegenüber einer herkömmlichen Schaltungsanordnung kann dementsprechend bei der Schaltungsanordnung 1 das Thermokompressionsbonden entfallen und somit die Herstellungszeit verringert werden. Zudem ist auch eine Vorrichtung wie eine Heißpressvorrichtung nicht erforderlich. Daher kann die Produktivität verbessert werden, und die Fertigungsanlagen können vereinfacht werden. Die Schaltungsanordnung 1 ist somit preisgünstig und hinsichtlich der Produktivität überlegen. Darüber hinaus können die Verformung der Leiterplatte 20 und Risse in dem Lötmittel, die durch Restspannungen infolge des Thermokompressionsbondens entstehen, verhindert werden, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird.
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(3) Da die Anschlussflächen 24 um die Öffnungen der Nieteinführlöcher 25 vorgesehen sind, sind die Köpfe 52 der Niete 50 durch Löten leicht mit den Anschlussflächen 24 elektrisch verbindbar und fixierbar.
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(4) In der Stromschiene 10 bzw. der Leiterplatte 20 sind mehrere der Nieteinführlöcher 15 und mehrere der Nieteinführlöcher 25 gebildet, und die Niete 50 sind in die geradlinig miteinander ausgerichteten Nieteinführlöcher 15 und 25 eingeführt, was es ermöglicht, die Positionsverschiebungen zwischen der Stromschiene 10 und der Leiterplatte 20 wirksamer zu unterbinden. Dementsprechend wird eine Positionierung der Stromschiene 10 und der Leiterplatte 20 mit verbesserter Genauigkeit erreicht.
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(5) Die Nieteinführlöcher 45 sind auch in der isolierenden Folie 40 gebildet, die zwischen der Stromschiene 10 und der Leiterplatte 20 eingefügt ist, und die isolierende Folie 40 ist durch Einführen der Niete 50 in die Nieteinführlöcher 45 ebenfalls positioniert.
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Abgewandeltes Beispiel 1
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Auf beide Seiten der isolierenden Folie 40 kann ein Klebemittel aufgetragen sein, das bei Raumtemperatur klebend ist. Bei dieser Ausbildung können die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20 an die isolierende Folie 40 gebunden und vorübergehend daran fixiert sein. Wenn der Niet 50 in die Nieteinführlöcher 15 und 25 eingeführt und das Ende des Körpers 51 gecrimpt wird, trennen sich daher die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20, die übereinandergeschichtet wurden, nicht voneinander, was den Arbeitsvorgang erleichtert.
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Das Klebemittel muss Wärmebeständigkeit gegen eine Lötmittel-Aufschmelztemperatur sowie elektrisch isolierende Eigenschaften besitzen. Beispiele für das Klebemittel, das bei Raumtemperatur klebend ist, sind unter anderem ein Acrylklebemittel, ein Klebemittel auf Siliconbasis und ein Klebemittel auf Urethanbasis. Das Acrylklebemittel, das ein Acrylpolymer enthält, ist unter diesen praktisch, da es stark klebend ist, durch die Lagerfähigkeit bei Raumtemperatur sehr gute Haltbarkeit aufweist und preisgünstig ist. Dagegen verliert zum Beispiel ein herkömmlicherweise verwendeter Klebstoff auf Epoxidbasis leicht an Qualität und muss bei niedriger Temperatur gelagert werden, so dass er hinsichtlich der Haltbarkeit unterlegen ist und schwierig zu lagern und zu handhaben ist.
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Wenn ein duroplastischer Klebstoff wie etwa der Klebstoff auf Epoxidbasis verwendet wird, müssen die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20 einem Thermokompressionsbonden unterzogen werden. Wird dagegen ein Klebemittel verwendet, das bei Raumtemperatur klebend ist, können die Stromschiene 10 und die Leiterplatte 20 bei Raumtemperatur ohne Durchführung von Thermokompressionsbonden aneinander gebunden werden, was das vorübergehende Fixieren der Leiterplatte 20 an der Stromschiene 10 erleichtert. Wenn daher entweder ein Klebstoff oder ein Klebemittel auf beide Seiten der isolierenden Folie 40 aufgetragen wird, ist das Klebemittel hinsichtlich der Produktivität vorteilhaft.
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Elektrischer Anschlusskasten
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Als Nächstes wird ein elektrischer Anschlusskasten 100 der Ausführungsform 1 mit Bezug auf 5 und 6 beschrieben. Wie in 6 gezeigt, weist der elektrische Anschlusskasten 100 der Ausführungsform 1 die Schaltungsanordnung 1, eine Wärmesenke 60 und ein Gehäuse 80 auf. 5 ist ein Diagramm des elektrischen Anschlusskastens 100, von der unteren Seite gesehen, und ist gegenüber 6 in vertikaler Richtung umgekehrt. Im Folgenden wird der Aufbau des elektrischen Anschlusskastens 100 ausführlich beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in 6 gezeigte Schaltungsanordnung 1 die gleiche wie die oben beschriebene Schaltungsanordnung 1 der Ausführungsform 1 ist, die in 1 gezeigt ist, und dass identische Bestandteile mit identischen Bezugsziffern bezeichnet sind und auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
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Die Wärmesenke 60 ist an der Stromschiene 10 der Schaltungsanordnung 1 angebracht. Die Wärmesenke 60 ist aus einem hochwärmeleitfähigen Metallmaterial wie etwa Aluminium oder Kupfer hergestellt. In dieser Ausführungsform ist die Wärmesenke 60 eine Aluminiumplatte. Es besteht keine besondere Beschränkung auf die Form der Wärmesenke 60, und die Wärmesenke 60 kann Plattenform oder Blockform haben. Die Wärmesenke 60 dient hauptsächlich zur Verhinderung dessen, dass die Temperaturen der elektronischen Bauteile (z.B. FETs 31), die in der Schaltungsanordnung 1 montiert sind, und die Temperatur des Lötmittels zur Montage der elektronischen Bauteile die akzeptablen Temperaturen überschreiten. Die Größe der Wärmesenke 60 ist beispielsweise so eingestellt, dass sie zur Wärmeableitung geeignet ist.
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Die Wärmesenke 60 ist an der Schaltungsanordnung 1 (Stromschiene 10) durch Bindung beispielsweise mit einem Klebstoff, einer Haftfolie, bei der ein Klebstoff auf beiden Seiten eines Substrats aufgetragen ist, oder einer klebenden Folie angebracht, bei der ein Klebemittel, das bei Raumtemperatur klebend ist, auf beide Seiten eines Substrats aufgetragen wurde. Ein Beispiel für den Klebstoff ist ein Klebstoff auf Epoxidbasis, und Beispiele für das Klebemittel sind unter anderem ein Acrylklebemittel, ein Klebemittel auf Siliconbasis und ein Klebemittel auf Urethanbasis. Beispiele für das Substrat für die Haftfolie oder die klebende Folie sind unter anderem die gleichen Materialien, wie sie für die isolierende Folie 40 (siehe 2) der oben beschriebenen Schaltungsanordnung 1 verwendet werden, und spezifische Beispiele dafür sind unter anderem elektrisch isolierende Vliesgewebe und Harzfolien. Wenn die klebende Folie verwendet wird, ist eine Durchführung von Thermokompressionsbonden nicht notwendig, und daher können die Herstellungskosten verringert werden, was hinsichtlich der Produktivität vorteilhaft ist.
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Das Gehäuse 80 nimmt die Schaltungsanordnung 1 und die Wärmesenke 60 auf. In dieser Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, weist das Gehäuse 80 ein Obergehäuse 81 und ein Untergehäuse 82 auf. Im Inneren des Obergehäuses 81 sind stabförmige Stromquellenanschlüsse 85 vorgesehen, die sich in Richtung des Untergehäuses 82 erstrecken. Die Stromquellenanschlüsse 85 sind in die Anschlusseinführlöcher 18 eingeführt, die in der Stromschiene 10 (den Stromschienenstücken 11 und 12) der Schaltungsanordnung 1 gebildet sind, und sind elektrisch mit der Stromschiene 10 verbunden. Wie in 5 gezeigt, stehen die Stromquellenanschlüsse 85 über Durchgangslöcher, die in dem Untergehäuse 82 gebildet sind, aus dem Gehäuse 80 nach außen vor, und die Kabelbäume 90 sind an den Enden der Stromquellenanschlüsse 85 angebracht, die aus dem Gehäuse 80 nach außen vorstehen. Infolgedessen ist die Stromschiene 10 über die Stromquellenanschlüsse 85 elektrisch mit den Kabelbäumen 90 verbunden. Eine Verbindungselementöffnung 83 ist so in dem Gehäuse 80 gebildet, dass das Steuer-Verbindungselement 33 der Schaltungsanordnung 1 von dem Gehäuse 80 nach außen freiliegt.
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Verfahren zur Fertigung des elektrischen Anschlusskastens
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Ein Beispiel für eine Prozedur zur Fertigung des in 5 gezeigten elektrischen Anschlusskastens 100 der Ausführungsform 1 wird mit Bezug auf 6 beschrieben.
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Nachdem die Wärmesenke 60 an die untere Seite der Stromschiene 10 der Schaltungsanordnung 1 gebunden ist, wird die Schaltungsanordnung 1 mit Schrauben im Inneren des Untergehäuses 82 angebracht und fixiert. Sodann wird das Gehäuse 80 zusammengesetzt, indem das Obergehäuse 81 auf das Untergehäuse 82 aufgesetzt wird. Auf diese Weise erhält man den in 5 gezeigten elektrischen Anschlusskasten 100.
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Anwendungen für die Schaltungsanordnung und den elektrischen Anschlusskasten
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Die Schaltungsanordnung und der elektrische Anschlusskasten gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt bei einem elektrischen Anschlusskasten für ein Kraftfahrzeug verwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltungsanordnung
- 100
- Elektrischer Anschlusskasten
- 10
- Stromschiene
- 11 bis 13
- Stromschienenstück
- 15
- Erstes Durchgangsloch (Nieteinführloch)
- 18
- Anschlusseinführloch
- 20
- Leiterplatte
- 21
- Leitungsmuster
- 24
- Anschlussfläche
- 25
- Zweites Durchgangsloch (Nieteinführloch)
- 26
- Lötmittel
- 28
- Isolierte Platine
- 29
- Bauteilöffnung
- 31
- FET
- 32
- Mikrocomputer
- 33
- Steuer-Verbindungselement
- 40
- Isolierende Folie
- 45
- Drittes Durchgangsloch (Nieteinführloch)
- 49
- Bauteilöffnung
- 50
- Niet
- 51
- Körper
- 52
- Kopf
- 60
- Wärmesenke
- 80
- Gehäuse
- 81
- Obergehäuse
- 82
- Untergehäuse
- 83
- Verbindungselementöffnung
- 85
- Stromquellenanschluss
- 90
- Kabelbaum
- P
- Stempel
