DE112019003178T5

DE112019003178T5 - Leiterplattenbaugruppe

Info

Publication number: DE112019003178T5
Application number: DE112019003178.3T
Authority: DE
Inventors: Shungo Hiratani; Hideaki Tahara; Arinobu NAKAMURA; Sanghee Chung
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2021-04-01
Also published as: US20210247243A1; CN112154309A; JP2020003268A; WO2020004176A1

Abstract

Vorgesehen ist eine Leiterplattenbaugruppe mit einem elektronischen Bauteil, das Wärme erzeugt, und einem Thermistor (40), der auf einer Leiterplatte (12) montiert ist, die von dem elektronischen Bauteil beabstandet ist und die Temperatur des elektronischen Bauteils erfasst. Die Leiterplattenbaugruppe enthält ferner eine wärmeleitende Struktur (124), die den Thermistor (40) umgebend ausgebildet ist, und ein wärmeleitendes Element (115), das Wärme von der elektronischen Komponente zu der wärmeleitenden Struktur (124) leitet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leiterplattenbaugruppe, die mit einer Leiterplatte versehen ist.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 26. Juni 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-121155 , deren Offenlegung hiermit in ihrer Gesamtheit durch Verweis miteinbezogen wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Allgemein bekannt sind konventionelle Leiterplattenbaugruppen, bei denen leitende Elemente (z.B. auch „Stromschienen“ genannt), die einen Schaltkreis bilden, durch den ein relativ großer Strom fließen kann, auf einer Leiterplatte mit einer leitenden Struktur befestigt sind, die einen Schaltkreis bildet, durch den ein relativ kleiner Strom fließen kann.
Andererseits wird im Patentdokument 1 eine Batteriesensorvorrichtung beschrieben, bei der eine Leiterplatte, auf der ein Thermistor montiert ist, an einem Befestigungsteil befestigt ist, das in Kontakt mit einem Pol (Wärmequelle) einer Batterie steht und die Temperatur der Batterie erfasst.
ZITIERLISTE
PATENT-DOKUMENT
Patentdokument 1: WO 2016/042732A
ABRISS DER ERFINDUNG
Eine Leiterplattenbaugruppe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung umfasst eine elektronische Komponente, die Wärme erzeugt, einen Sensor, der auf einer Leiterplatte montiert ist, die von der elektronischen Komponente beabstandet ist, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, eine Temperatur der elektronischen Komponente zu erfassen, eine wärmeleitende Struktur, die um den Sensor herum gebildet ist, und ein wärmeleitendes Element, das Wärme von der elektronischen Komponente zu der wärmeleitenden Struktur leitet.
Figurenliste

1 ist eine Frontansicht einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Explosionsdarstellung der elektrischen Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist eine schematische Darstellung einer Leiterplattenbaugruppe der elektrischen Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform von unten gesehen.
4 ist eine vertikale Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV gemäß 3.
5 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Bereich eines wärmeleitenden Elements in 4 zeigt.
6 ist eine schematische Teilansicht der Leiterplatte der Leiterplattenbaugruppe gemäß der ersten Ausführungsform von oben gesehen.
7 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Bereich eines Thermistors in einer Leiterplattenbaugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
8 ist eine schematische Teilansicht einer Leiterplatte einer Leiterplattenbaugruppe gemäß einer dritten Ausführungsform von oben gesehen.
9 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Bereich eines Thermistors in einer Leiterplattenbaugruppe gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
10 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Bereich eines Thermistors in einer Leiterplattenbaugruppe gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Lösung des Problems
Bei der Leiterplattenbaugruppe, wie oben beschrieben, erzeugt ein großer Stromfluss durch die leitenden Elemente sehr viel Wärme. Dadurch, dass die Leiterplatte in einem Abstand von den leitfähigen Elementen angeordnet ist, wird verhindert, dass die elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte durch die Erwärmung der leitfähigen Elemente wärmebedingt nachteilig beeinflusst werden.
Wenn ein Schaltkreis, an dem die leitfähigen Elemente beteiligt sind, elektronische Komponenten enthält, die Wärme erzeugen, und die Temperatur der elektronischen Komponenten überwacht werden muss, ist es außerdem notwendig, einen Sensor und einen Steuerschaltkreis vorzusehen, der die Überwachung auf der Leiterplattenseite durchführt, um eine Beeinträchtigung durch Wärme zu verhindern.
Da die Leiterplatte in einem Abstand von der Schaltung mit den leitenden Elementen vorgesehen ist und somit die von den elektronischen Komponenten erzeugte Wärme nicht leicht zur Sensorseite geleitet wird, besteht in diesem Fall das Problem, dass es für den Sensor schwierig ist, die Temperatur genau zu erfassen.
Da jedoch bei der Batteriesensorvorrichtung gemäß dem Patentdokument 1 die Leiterplatte, auf der der Thermistor montiert ist, über das Befestigungsteil direkt an der Wärmequelle befestigt ist, wird die Wärme von der Wärmequelle über das Befestigungsteil an die gesamte Leiterplatte geleitet. Wenn die Steuerschaltung und dergleichen auf der Leiterplatte montiert sind, werden sie dementsprechend durch Wärme nachteilig beeinflusst. Dementsprechend kann die Batteriesensorvorrichtung gemäß dem Patentdokument 1 das oben beschriebene Problem nicht lösen.
In Anbetracht dessen besteht ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung darin, eine Leiterplattenbaugruppe bereitzustellen, die elektronische Bauteile enthält, die Wärme erzeugen, sowie einen Sensor, der im Abstand von den elektronischen Bauteilen auf der Leiterplatte montiert ist und die Temperatur der elektronischen Bauteile erfasst, womit der Sensor die Wärme (Temperatur) der elektronischen Bauteile genau erfassen kann.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung ist es selbst dann, wenn der auf der Leiterplatte montierte Sensor die Wärme (Temperatur) der elektronischen Komponenten erfasst, die im Abstand von der Leiterplatte vorgesehen sind, möglich, die Wärme der Komponenten genauer zu erfassen.
Beschreibung der Ausührungsformen von Erfindungen
Zunächst werden Aspekte der vorliegenden Erfindung aufgelistet und beschrieben. Zumindest einige der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen können gegebenenfalls auch kombiniert werden.
(1) Die Leiterplattenbaugruppe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung umfasst eine elektronische Komponente, die Wärme erzeugt, einen Sensor, der auf einer Leiterplatte montiert ist, die von der elektronischen Komponente beabstandet ist, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, eine Temperatur der elektronischen Komponente zu erfassen, eine wärmeleitende Struktur, die um den Sensor herum gebildet ist, und ein wärmeleitendes Element, das Wärme von der elektronischen Komponente zu der wärmeleitenden Struktur leitet.
Wenn die elektronische Komponente Wärme erzeugt, leitet das wärmeleitende Element die Wärme an die wärmeleitende Struktur weiter. Dementsprechend kann der von der wärmeleitenden Struktur umgebene Sensor die Temperatur des elektronischen Bauteils über die wärmeleitende Struktur erfassen.
(2) In der Leiterplattenbaugruppe kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung auch eine weitere Struktur auf der Leiterplatte gebildet sein, und die wärmeleitende Struktur kann auch ein Inselabschnitt (Englisch: land portion) sein, der von der weiteren Struktur beabstandet ist.
Da die wärmeleitende Struktur ein von der weiteren Struktur getrennter Inselabschnitt ist, ist es gemäß diesem Aspekt möglich, die Fälle zu reduzieren, in denen die Wärme der wärmeleitenden Struktur auf die weitere Struktur geleitet wird. Dementsprechend ist es möglich, Fälle zu verhindern, in denen die Wärme der wärmeleitenden Struktur über die weitere Struktur auf andere elektronische Komponenten einwirkt.
(3) In der Leiterplattenbaugruppe kann das wärmeleitende Element gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung auf seiner Leiterplattenseite auch eine Vielzahl von Endabschnitten umfassen, die den Sensor umgeben.
Gemäß diesem Aspekt umfasst das wärmeleitende Element mehrere Endabschnitte, und die Endabschnitte umgeben den Sensor. Dementsprechend wird die Wärme von der elektronischen Komponente, die über das wärmeleitende Element geleitet wird, leicht zum Sensor geleitet, und somit kann der Sensor die Temperatur der elektronischen Komponente genauer erfassen.
(4) In der Leiterplattenbaugruppe kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zwischen dem Sensor und der Leiterplatte auch abschnittsweise ein Spalt vorhanden sein, und ein Teil der wärmeleitenden Struktur kann sich ebenfalls in dem Spalt bilden.
Da gemäß diesem Aspekt ein Teil der wärmeleitenden Struktur im Spalt gebildet wird, wird die Wärme auch von der wärmeleitenden Struktur im Spalt zum Sensor geleitet. Dementsprechend kann der Sensor die Temperatur des elektronischen Bauteils genauer erfassen.
(5) In der Leiterplattenbaugruppe kann die Leiterplatte gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung auch aus mehreren Schichten aufgebaut sein, und die Leiterplatte kann auch eine interne wärmeleitende Struktur aufweisen, die an einer dem Sensor entsprechenden Stelle in einer Dickenrichtung der Leiterplatte in Kontakt mit dem wärmeleitenden Element in einer anderen Schicht als einer Schicht, auf der der Sensor montiert ist, ausgebildet ist.
Da die interne wärmeleitende Struktur an einer Stelle der Leiterplatte gebildet wird, die dem Sensor in Dickenrichtung entspricht, wird die Wärme auch von der Innenseite der Leiterplatte zum Sensor geleitet (interne wärmeleitende Struktur). Entsprechend kann der Sensor die Temperatur des elektronischen Bauteils genauer erfassen.
(6) Die Leiterplattenbaugruppe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung kann auch ein leitendes Element umfassen, das die Wärme des wärmeleitenden Elements zum Sensor leitet.
Bei diesem Aspekt leitet das leitende Element die Wärme des wärmeleitenden Elements direkt zum Sensor. Entsprechend kann der Sensor die Temperatur des elektronischen Bauteils genauer erfassen.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen, die ihre Ausführungsformen veranschaulichen, ausführlich beschrieben. Die Leiterplattenbaugruppe gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese illustrativen Beispiele beschränkt ist und durch die Ansprüche definiert ist, und dass alle Änderungen, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, darin eingeschlossen werden sollen.
Erste Ausführungsform
Nachfolgend wird ein Beispiel einer elektrischen Vorrichtung mit einer Leiterplattenbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine Vorderansicht einer elektrischen Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. 2 ist eine Explosionsansicht der elektrischen Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die elektrische Vorrichtung 1 stellt einen elektrischen Anschlusskasten dar, der auf einem Stromversorgungspfad zwischen einer Stromversorgung, wie z.B. einer in einem Fahrzeug montierten Batterie, und Lasten, einschließlich elektrischer Komponenten im Fahrzeug, wie z.B. einer Lampe und einem Scheibenwischer oder einem Motor und dergleichen, angeordnet ist. Die elektrische Vorrichtung 1 wird in einer elektrischen Komponente wie einem Gleichspannungswandler oder einem Wechselrichter verwendet.
Bei der ersten Ausführungsform werden zur Veranschaulichung „vorne“, „hinten“, „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ der elektrischen Vorrichtung 1 entsprechend den in 1 und 2 gezeigten Richtungen „vorne-hinten“, „links-rechts“ und „oben-unten“ definiert. Nachfolgend wird der Aufbau der elektrischen Vorrichtung 1 unter Verwendung der oben definierten Richtungen „vorne-hinten“, „links-rechts“, „oben-rechts“ und „unten-unten“ dargestellt.
Die elektrische Vorrichtung 1 ist mit einer Leiterplattenbaugruppe 10 und einem Halteelement 20 versehen, das die Leiterplattenbaugruppe 10 trägt. Die Leiterplattenbaugruppe 10 ist mit einer Leiterplatte 12 versehen, die eine Schaltungsstruktur, eine Stromschiene, die eine Leistungsschaltung bildet, und elektronische Komponenten und dergleichen (nicht abgebildet) enthält, die auf der Leiterplatte und der Stromschiene montiert sind. Die elektronischen Komponenten sind entsprechend der Verwendung der elektrischen Vorrichtung 1 montiert und enthalten ein Schaltelement wie einen FET (Feldeffekttransistor), einen Widerstand, eine Spule, einen Kondensator und dergleichen.
Das Halteelement 20 ist mit einem Basisabschnitt 21, der eine Auflagefläche 211 hat, die die Leiterplattenbaugruppe 10 auf einer Oberseite stützt, einem Wärmeableitungsabschnitt 22, der auf einer Fläche (Unterseite 212) vorgesehen ist, die der Auflagefläche 211 gegenüberliegt, und mehreren Schenkelabschnitten 23 versehen, die am linken und rechten Ende des Basisabschnittes 21 vorgesehen sind, wobei der Wärmeableitungsabschnitt 22 dazwischen angeordnet ist. Der Basisabschnitt 21, der Wärmeableitungsabschnitt 22 und die Schenkelabschnitte 23, die in dem Halteelement 20 enthalten sind, werden in einem Stück durch Druckguss unter Verwendung eines Metallmaterials wie z.B. Aluminium oder einer Aluminiumlegierung geformt.
Der Basisabschnitt 21 ist ein rechteckiges, plattenförmiges Element mit einer angemessenen Dicke. Die Leiterplattenbaugruppe 10 wird auf der Auflagefläche 211 des Basisabschnittes 21 durch ein bekanntes Verfahren wie Kleben, Schrauben oder Löten befestigt.
Der Wärmeableitungsabschnitt 22 enthält mehrere Wärmeableitungsrippen 221, die von einer Unterseite 212 des Basisabschnittes 21 nach unten vorstehen und die von der Leiterplattenbaugruppe 10 erzeugte Wärme nach außen ableiten. Die mehreren Wärmeableitungsrippen 221 erstrecken sich in der Links-Rechts-Richtung und sind parallel zueinander mit Lücken dazwischen in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung angeordnet.
Die Schenkelabschnitte 23 sind am linken und rechten Ende des Basisabschnittes 21 vorgesehen. Ein oder zwei oder mehrere Schenkelabschnitte 23 sind an der linken bzw. rechten Seite des Basisabschnittes 21 vorgesehen.
3 ist eine schematische Ansicht der Leiterplattenbaugruppe 10 der elektrischen Vorrichtung 1 gemäß der ersten von unten gesehenen Ausführungsform. Mit anderen Worten ist 3 eine schematische Darstellung der Leiterplattenbaugruppe 10 in Pfeilrichtung in 2 gesehen.
Die Leiterplattenbaugruppe 10 ist mit einem Stromkreis 30, einer Leiterplatte 12, auf der eine Steuerschaltung montiert ist, die ein EIN/AUS-Signal an den Stromkreis 30 liefert, und einem Gehäuseteil 11 versehen, in dem der Stromkreis 30 und die Leiterplatte 12 untergebracht sind. Die Leiterplatte 12 und der Stromkreis 30 sind getrennt voneinander vorgesehen.
Der Stromkreis 30 ist mit Sammelschienen 111 bis 113 und einem Halbleiterschaltelement (Bauteil) 13 versehen, das den Eingang eines Steuersignals von der Leiterplatte 12 empfängt und auf der Grundlage des eingegangenen Steuersignals zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Zustand umschaltet.
Das Halbleiterschaltelement 13 ist z.B. ein FET (genauer gesagt ein oberflächenmontierbarer Leistungs-MOSFET) und wird auf einer Oberseite der Sammelschienen 111 bis 113 montiert. Zusätzlich zum Halbleiterschaltelement 13 (im folgenden FET 13 genannt) kann auch ein elektronisches Bauelement, wie z.B. eine Zenerdiode, auf den Oberseiten der Sammelschienen 111 bis 113 montiert werden.
Zu beachten ist, dass zur Veranschaulichung im Beispiel in der 3 eine Konfiguration gezeigt wird, in der nur ein FET 13 eingebaut ist, aber natürlich können auch mehrere FETs 13 eingebaut sein.
Der FET 13 ist mit einem Drain-Anschluss 131 auf seiner rechten Seitenfläche seines Elementkörpers sowie mit einem Source-Anschluss 132 und einem Gate-Anschluss 133 auf seiner linken Seitenfläche des Elementkörpers versehen. Der Drain-Anschluss 131 des FET 13 ist durch Löten mit einer Sammelschiene 111 (im Folgenden als Drain-Sammelschiene 111 bezeichnet) verbunden, die in einem Bereich angeordnet ist, der einen großen Teil eines rechten Teils eines auf einer Unterseite der Leiterplattenbaugruppe 10 freiliegenden Bereichs einnimmt. Außerdem wird der Source-Anschluss 132 des FET 13 durch Löten mit einer Sammelschiene 112 (im Folgenden als Source-Sammelschiene 112 bezeichnet) verbunden, die in einem Bereich angeordnet ist, der einen großen Teil eines linken Teils und eines hinteren Teils des auf der Unterseite der Leiterplattenbaugruppe 10 freiliegenden Bereichs einnimmt. Diese Drain-Sammelschiene 111 und die Source-Sammelschiene 112 sind leitende Plattenelemente, die aus einem Metallmaterial wie Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen und eine Dicke von beispielsweise etwa 1,5 bis 2,0 mm haben.
Andererseits wird der Gate-Anschluss 133 des FET 13 durch Löten mit der rechteckigen Sammelschiene 113 (im Folgenden als Gate-Sammelschiene 113 bezeichnet) verbunden, die z.B. zwischen der Drain- Sammelschiene 111 und der Source-Sammelschiene 112 angeordnet und von diesen beabstandet ist. Die Gate-Sammelschiene 113 ist ein leitendes Plattenelement, das aus einem Metallmaterial wie Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und beispielsweise eine Dicke von etwa 0,64 mm hat.
4 ist eine vertikale Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV gemäß der 3. Im Gegensatz zur Drain-Sammelschiene 111 und zur Source-Sammelschiene 112 ist die Gate-Sammelschiene 113 auf der Unterseite der Leiterplattenbaugruppe 10 freiliegend, und die Länge in Aufwärts-Abwärts-Richtung eines Anschlussverbindungsabschnittes 113a, der mit dem Gate-Anschluss 133 verbunden ist, und eines Leiterplattenverbindungsabschnittes 113b, der sich von einem Ende des Anschlussverbindungsabschnittes 113a nach oben (auf der Seite der Leiterplatte 12) erstreckt, kann entsprechend der Spezifikation der Leiterplattenbaugruppe 10 oder der erforderlichen Wärmebeständigkeitsleistung und dergleichen ausgelegt werden.
Die Drain-Sammelschiene 111, die Source-Sammelschiene 112 und die Gate-Sammelschiene 113 sind auf einer Unterseite eines Kunststoffformkörpers 114 ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Drain-Sammelschiene 111, die Source-Sammelschiene 112 und die Gate-Sammelschiene 113 in einem Stück mit einem aus einem isolierenden Kunststoffmaterial hergestellten Kunststoffformkörper 114 geformt und bilden ein Gehäuseteil 11.
Der Kunststoffformkörper 114 wird z.B. durch Einlegeformen unter Verwendung eines isolierenden Kunststoffmaterials wie einem Phenolharz, einem Glasepoxidharz o.ä. hergestellt. Der Kunststoffformkörper 114 ist ein Gehäuse aus einem Kunststoff mit Öffnungen an einer oberen und einer unteren Stirnseite.
Der Kunststoffformkörper 114 greift in die Sammelschienen 111 bis 113 ein und formt so diese Sammelschienen zu einem Stück. Teile des Kunststoffformkörpers 114 sind jeweils zwischen den Sammelschienen 111 bis 113 angeordnet, wodurch die Sammelschienen 111 bis 113 voneinander isoliert werden. Außerdem stützt der Kunststoffformkörper 114 einen Umfangsrandabschnitt der Leiterplatte 12 von der Unterseite her durch eine an einer inneren Umfangsfläche einer Umfangswand ausgebildete Rippe ab, wodurch die Leiterplatte 12 im Inneren des Kunststoffformkörpers 114 untergebracht ist.
Die Leiterplatte 12 umfasst z.B. eine annähernd rechteckige, isolierende Leiterplatte. Auf einer Oberseite 122 dieser isolierenden Leiterplatte ist eine Steuerschaltung (nicht abgebildet) mit elektronischen Komponenten wie einem Widerstand, einer Spule, einem Kondensator und einer Diode angebracht, und es wird eine Schaltungsstruktur gebildet, die diese elektronischen Komponenten elektrisch verbindet.
Darüber hinaus ist auf der Oberseite 122 der Leiterplatte 12 ein Thermistor (Sensor) 40 montiert, der die vom FET 13 des Stromkreises 30 erzeugte Wärme (Temperatur) erfasst (siehe 4 und 5), und die Steuerschaltung steuert den Stromkreis 30 auf der Grundlage des Ergebnisses der Erfassung durch den Thermistor 40.
Mit anderen Worten besteht die Gefahr eines Ausfalls, da der FET 13 Wärme erzeugt, wenn ein Strom durch ihn fließt. Dementsprechend wird die Temperatur der vom FET 13 erzeugten Wärme mit dem Thermistor 40 erfasst. Da der Widerstandswert des Thermistors 40 in Abhängigkeit von der Temperatur variiert, überwacht die Steuerschaltung den Widerstandswert des Thermistors 40, und wenn festgestellt wird, dass die Temperatur des FET 13 größer oder gleich dem Schwellenwert ist, gibt die Steuerschaltung ein Steuersignal aus, um z.B. den Stromkreis 30 auszuschalten.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Dicke der Source-Sammelschiene 112 und der Drain-Sammelschiene 111 größer als die der Gate-Sammelschiene 113. Dadurch ist es möglich, einen großen Strom aufzunehmen, der zwischen der Stromversorgung, wie z.B. einer in einem Fahrzeug montierten Batterie, und Verbrauchern einschließlich elektrischer Komponenten im Fahrzeug, wie z.B. einer Lampe und einem Scheibenwischer oder einem Motor und dergleichen, fließt.
Da der FET 13, wie oben beschrieben, Wärme erzeugt, wenn ein Strom durch ihn fließt, besteht andererseits, wenn ein großer Strom durch den FET 13 fließt, die Gefahr, dass der FET 13 übermäßige Wärme erzeugt und ausfällt. Um einen solchen Ausfall des FET 13 zu verhindern, ist in der Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, die Leiterplatte 12 mit dem Thermistor 40 zur Überwachung der Temperatur des FET 13 versehen.
Da jedoch der Stromkreis 30, in dem der FET 13 montiert ist, und die Leiterplatte 12, auf der der Thermistor 40 montiert ist, getrennt voneinander vorgesehen sind (siehe 4 und 5), kann es vorkommen, dass die Wärme (Temperatur) des FET 13 vom Thermistor 40 nicht genau erfasst wird.
Die Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist so konfiguriert, dass sie diese Art von Problem löst. Dies wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
6 ist eine schematische Teilansicht der Leiterplatte 12 der Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der ersten Ausführungsform von oben gesehen. 6 zeigt den Bereich des Thermistors 40 auf der Oberseite 122 der Leiterplatte 12.
Der Thermistor 40 hat die Form eines Quaders und weist an seinen beiden Endabschnitten in Längsrichtung Anschlüsse 41 auf. Die Anschlüsse 41 sind durch Löten mit einer Verdrahtung (Schaltungsstruktur)123 verbunden, die auf der Oberseite 122 der Leiterplatte 12 ausgebildet ist.
Der Thermistor 40 (und die Verdrahtung 123) sind von einer wärmeleitenden Struktur 124 umgeben. Die wärmeleitende Struktur 124 umfasst ein hoch wärmeleitendes Material wie Silber und Kupfer und ist wie eine durchbrochene rechteckige Folie geformt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die wärmeleitende Struktur 124 z.B. ein Kupferfilm und wird durch eine Strukturbearbeitung wie bei einer Schaltungsstruktur 126 (eine weitere Struktur) gebildet, die die elektronischen Komponenten der Steuerschaltung der Leiterplatte 12 elektrisch verbindet.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, in dem die wärmeleitende Struktur 124 elektrisch leitend ist, aber es gibt keine Beschränkung darauf, und das Material der wärmeleitenden Struktur 124 muss lediglich ein Material sein, das isolierend und hoch wärmeleitend ist. In diesem Fall kann die wärmeleitende Struktur 124 nur um den Thermistor 40 herum gebildet werden.
Die wärmeleitende Struktur 124 ist ein von der Schaltungsstruktur 126 getrennter Inselabschnitt. Mit anderen Worten ist die wärmeleitende Struktur 124 nicht in Kontakt mit der Schaltungsstruktur 126, und ein Teil 125 der isolierenden Leiterplatte (im Folgenden als isolierender Teil 125 bezeichnet) ist zwischen der wärmeleitenden Struktur 124 und der Schaltungsstruktur 126 angeordnet. Dementsprechend ist die wärmeleitende Struktur 124 vollständig von der Schaltungsstruktur 126 isoliert.
Ein Durchgangsloch 121 wird in der Nähe des Thermistors 40 in der wärmeleitenden Struktur 124 gebildet. Wie oben beschrieben, wird ein oberes Ende eines wärmeleitenden Elements 115 in das Durchgangsloch 121 eingeführt, und die wärmeleitende Struktur 124 und das wärmeleitende Element 115 werden durch einen Verbindungsabschnitt 127 miteinander verbunden. Der Verbindungsabschnitt 127 besteht aus einem hoch wärmeleitenden Material.
Ein großer Teil des FET 13 ist auf der Drain-Sammelschiene 111 angeordnet, und die Drain-Sammelschiene 111 steht in Kontakt mit dem wärmeleitenden Element 115. Dementsprechend wird die vom FET 13 erzeugte Wärme über die Drain-Sammelschiene 111 zu einem unteren Ende des wärmeleitenden Elements 115 geleitet. Auf diese Weise wird die an das wärmeleitende Element 115 geleitete Wärme über den Verbindungsabschnitt 127 an einer oberen Endseite des wärmeleitenden Elements 115 an die wärmeleitende Struktur 124 geleitet. Anschließend breitet sich die Wärme über die gesamte Oberfläche der wärmeleitenden Struktur 124 aus. Da der Thermistor 40 von der wärmeleitenden Struktur 124 umgeben ist, kann die vom FET 13 erzeugte Wärme zuverlässig erfasst werden.
Bei dieser Konfiguration, mit der Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, kann der Thermistor 40 die Temperatur des FET 13 auch dann zuverlässig erfassen, wenn der Stromkreis 30, auf dem der FET 13 montiert ist, und die Leiterplatte 12, auf der der Thermistor 40 montiert ist, der die Temperatur des Stromkreises 30 (FET 13) erfasst, voneinander getrennt sind.
Darüber hinaus ist, wie oben beschrieben, die wärmeleitende Struktur 124 von der Schaltungsstruktur 126 beabstandet. Dementsprechend wird die Wärme, die an die wärmeleitende Struktur 124 geleitet wird, nicht an die Schaltungsstruktur 126 geleitet, und Fälle, in denen die auf der Schaltungsstruktur 126 montierten elektronischen Komponenten nachteilig beeinflusst werden, können verhindert werden.
Da, wie oben beschrieben, die Schaltungsstruktur 126 um die wärmeleitende Struktur 124 herum gebildet wird, wurde als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem der isolierende Teil 125 die wärmeleitende Struktur 124 umgibt. Hier gibt es jedoch keine Einschränkung.
Zum Beispiel kann die wärmeleitende Struktur 124 auch am Randbereich der Leiterplatte 12 vorgesehen werden. Im Allgemeinen wird die Schaltungsstruktur 126 nicht am Randbereich der Leiterplatte 12 ausgebildet. Dementsprechend kann durch die Bildung der wärmeleitenden Struktur 124 (Thermistor 40) am Randbereich der Leiterplatte 12 die Bildung des isolierenden Teils 125 teilweise weggelassen werden, wodurch die von der wärmeleitenden Struktur 124 eingenommene Fläche minimiert wird. Wenn z.B. eine rechteckige wärmeleitende Struktur 124 an einer Ecke der rechteckigen Leiterplatte 12 gebildet wird, so dass die beiden Seiten der wärmeleitenden Struktur 124 parallel zu zwei Seiten der Leiterplatte 12 liegen, braucht der isolierende Teil 125 nur an den Abschnitten gebildet zu werden, die den beiden anderen Seiten der wärmeleitenden Struktur 124 entsprechen.
Zweite Ausführungsform
In einer Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält das wärmeleitende Element 115 einen einzelnen Endabschnitt auf seiner Unterseite und eine Vielzahl von Endabschnitten auf seiner Oberseite. Nachfolgend wird zur Veranschaulichung als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem das wärmeleitende Element 115 zwei obere Endabschnitte aufweist.
7 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Bereich eines Thermistors 40 in der Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Das wärmeleitende Element 115 enthält einen Endabschnitt 115I und einen Endabschnitt 115II, die auf der Oberseite U-förmig verzweigt sind (Seite der Leiterplatte 12).
Zwei Durchgangslöcher 121 sind in der Nähe des Thermistors 40 in der wärmeleitenden Struktur 124 ausgebildet. Der Endabschnitt 115I und der Endabschnitt 115II werden jeweils in die beiden Durchgangslöcher 121 eingeführt und durch den Verbindungsabschnitt 127 mit der wärmeleitenden Struktur 124 verbunden. In diesem Fall ist der Thermistor 40 von dem Endabschnitt 115I und dem Endabschnitt 115II umgeben. Mit anderen Worten ist der Thermistor 40 zwischen dem Endabschnitt 115I und dem Endabschnitt 115II angeordnet.
Die Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf die obige Beschreibung beschränkt. Es ist auch eine Konfiguration möglich, bei der der obere Endabschnitt des wärmeleitenden Elements 115 drei oder mehr Endabschnitte enthält. 7 veranschaulicht einen Fall, in dem der obere Endabschnitt des wärmeleitenden Elements 115 aus drei Teilen gebildet wird. Mit anderen Worten illustriert die 7 einen Fall, in dem das wärmeleitende Element 115 zusätzlich zu dem Endabschnitt 115I und dem Endabschnitt 115II einen Endabschnitt 115III (gestrichelte Linie in 7) aufweist.
Auf diese Weise wird auch in dem Fall, in dem der obere Endabschnitt des wärmeleitenden Elements 115 aus drei oder mehr Teilen besteht, der Thermistor 40 an einer Stelle angeordnet, die von der Vielzahl der Teile umgeben ist. In der 7 beispielsweise befindet sich der Thermistor 40 in der Mitte eines Dreiecks, das durch die Endabschnitte 115I, 115II und 115III gebildet wird.
Die vom FET 13 erzeugte Wärme wird über die Drain-Sammelschiene 111 zum unteren Ende des wärmeleitenden Elements 115 geleitet. Auf diese Weise wird die an das wärmeleitende Element 115 geleitete Wärme über die Verbindungsabschnitte 127 des Endabschnitts 115I und des Endabschnitts 115II (und des Endabschnitts 115III) an die wärmeleitende Struktur 124 geleitet. Anschließend breitet sich die Wärme auf der gesamten Oberfläche der wärmeleitenden Struktur 124 schneller aus als in Fällen, in denen das wärmeleitende Element 115 einen einzigen Endabschnitt hat. Da der Thermistor 40 von der wärmeleitenden Struktur 124 umgeben ist, kann die vom FET 13 erzeugte Wärme zuverlässig erkannt werden.
Mit dieser Konfiguration kann in der Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, selbst wenn der Stromkreis 30, auf dem der FET 13 montiert ist, und die Leiterplatte 12, auf der der Thermistor 40 montiert ist, der die Temperatur des Stromkreises 30 (FET 13) erfasst, voneinander getrennt sind, der Thermistor 40 die Temperatur des FET 13 schneller und zuverlässiger erfassen.
Die Teile, die der ersten Ausführungsform ähnlich sind, erhalten die gleichen Bezugszeichen und die Beschreibung derselben wird weggelassen.
Dritte Ausführungsform
8 ist eine schematische Teilansicht einer Leiterplatte 12 einer Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß einer dritten Ausführungsform von oben gesehen. 8 zeigt den Bereich des Thermistors 40 auf der Oberseite 122 der Leiterplatte 12.
Wie oben beschrieben, enthält der Thermistor 40 Anschlüsse 41 an den beiden Endabschnitten in Längsrichtung, und die Anschlüsse 41 sind durch Löten mit der auf der Oberseite 122 der Leiterplatte 12 ausgebildeten Verdrahtung 123 verbunden. Mit anderen Worten ist zwischen dem Abschnitt ohne die beiden Enden in Längsrichtung (insbesondere die Mitte in Längsrichtung) und der Oberseite 122 ein Spalt G (siehe 7) vorhanden, da nur die beiden Enden in Längsrichtung des Thermistors 40 mit der Verdrahtung 123 (Oberseite 122 der Leiterplatte 12) verbunden sind.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Teil der wärmeleitenden Struktur 124 in dem Spalt G gebildet.
Die wärmeleitende Struktur 124 ist in Form eines durchbrochenen Rechtecks geformt und umgibt den Thermistor 40 in quadratischer Form. Mit anderen Worten befindet sich in der Nähe des Thermistors 40 und der Verdrahtung 123 in der wärmeleitenden Struktur 124 ein leerer Bereich 128, an dem die wärmeleitende Struktur 124 nicht ausgebildet ist. Der leere Bereich 128 hat ungefähr die Form eines Rechtecks, und die Oberseite 122 der Leiterplatte 12 liegt davon frei.
Die wärmeleitende Struktur 124 umfasst einen Erweiterungsabschnitt 124A, der sich entlang der Oberseite 122 der Leiterplatte 12 vom Rand des leeren Bereiches 128 aus erstreckt. Der Erweiterungsabschnitt 124A ist eine streifenförmige Folie und erstreckt sich in Richtung des Mittelteils des leeren Bereiches 128 durch den Spalt G zwischen dem Thermistor 40 und der Oberseite 122 der Leiterplatte 12.
Die vom FET 13 erzeugte Wärme wird über die Drain-Sammelschiene 111 zum unteren Ende des wärmeleitenden Elements 115 geleitet und dann vom oberen Ende des wärmeleitenden Elements 115 durch Strahlung zum Thermistor 40 in dessen Nähe geleitet.
Darüber hinaus wird die an das wärmeleitende Element 115 geleitete Wärme über den Verbindungsabschnitt 127 an der oberen Endseite des wärmeleitenden Elements 115 an die wärmeleitende Struktur 124 geleitet. Anschließend breitet sich die Wärme über die gesamte Oberfläche der wärmeleitenden Struktur 124 einschließlich des Erweiterungsabschnittes 124A aus. Der Thermistor 40 ist von der wärmeleitenden Struktur 124 umgeben, und der Erweiterungsabschnitt 124A der wärmeleitenden Struktur 124 wird direkt unter dem Thermistor 40 gebildet. Dementsprechend kann der Thermistor 40 die vom FET 13 erzeugte Wärme zuverlässig erfassen.
Mit dieser Konfiguration kann in der Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, selbst wenn der Stromkreis 30, auf dem der FET 13 montiert ist, und die Leiterplatte 12, auf der der Thermistor 40 montiert ist, der die Temperatur des Stromkreises 30 (FET 13) erfasst, voneinander getrennt sind, der Thermistor 40 die Temperatur des FET 13 zuverlässiger erfassen.
Die Teile, die der ersten Ausführungsform ähnlich sind, erhalten die gleichen Bezugszeichen und die Beschreibung derselben wird weggelassen.
Vierte Ausführungsform
In einer Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht die Leiterplatte 12 aus mehreren Schichten. In der folgenden Beschreibung wird als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem die Leiterplatte 12 aus drei Schichten besteht.
9 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Bereich eines Thermistors 40 in der Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
Die Leiterplatte 12 enthält eine erste Schicht 12A (Montageschicht) auf der Oberseite 122, auf der der Thermistor 40 montiert ist, eine dritte Schicht 12C auf der der Oberseite 122 gegenüberliegenden Unterseite und eine zweite Schicht 12B, die zwischen der ersten Schicht 12A und der dritten Schicht 12C angeordnet ist.
Die zweite Schicht 12B enthält eine interne wärmeleitende Struktur 129. Mit anderen Worten ist die interne wärmeleitende Struktur 129 innerhalb der Leiterplatte 12 vorgesehen. Die interne wärmeleitende Struktur 129 enthält eine Stelle, die dem Thermistor 40 in der Dickenrichtung entspricht, d.h. in der Aufwärts-Abwärts-Richtung der Leiterplatte 12. Darüber hinaus ist die interne wärmeleitende Struktur 129 in einem Bereich ausgebildet, der größer ist als der des Thermistors 40 in der Links-Rechts-Richtung und in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung, die die Aufwärts-Abwärts-Richtung schneiden. Der Bereich, den die interne wärmeleitende Struktur 129 einnimmt, ist durch die gestrichelte Linie in 6 gekennzeichnet. Die interne wärmeleitende Struktur 129 besteht aus einem hoch wärmeleitenden Material wie Silber und Kupfer und hat die Form einer Folie.
Außerdem ist, wie aus 6 und 9 ersichtlich, die interne wärmeleitende Struktur 129 so konfiguriert, dass diese mit dem wärmeleitenden Element 115 in Kontakt steht.
Die vom FET 13 erzeugte Wärme wird über die Drain-Sammelschiene 111 zum unteren Ende des wärmeleitenden Elements 115 geleitet, und die an das wärmeleitende Element 115 geleitete Wärme wird dann über den Verbindungsabschnitt 127 an der oberen Endseite des wärmeleitenden Elements 115 an die wärmeleitende Struktur 124 geleitet. Anschließend breitet sich die Wärme über die gesamte Oberfläche der wärmeleitenden Struktur 124 aus. Der Thermistor 40 ist von der wärmeleitenden Struktur 124 umgeben, so dass der Thermistor 40 die vom FET 13 erzeugte Wärme zuverlässig erfassen kann.
Zu diesem Zeitpunkt wird die an das wärmeleitende Element 115 geleitete Wärme über das wärmeleitende Element 115 auch an die interne wärmeleitende Struktur 129 der zweiten Schicht 12B geleitet. Anschließend breitet sich die Wärme über die gesamte Oberfläche der internen wärmeleitenden Struktur 129 aus und wird über die erste Schicht 12A zum Thermistor 40 geleitet.
Bei dieser Konfiguration mit der Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Thermistor 40 die Temperatur des FET 13 auch dann zuverlässiger erfassen, wenn der Stromkreis 30, auf dem der FET 13 montiert ist, und die Leiterplatte 12, auf der der Thermistor 40 montiert ist, der die Temperatur des Stromkreises 30 (FET 13) erfasst, voneinander getrennt sind.
Die Teile, die der ersten Ausführungsform ähnlich sind, erhalten die gleichen Bezugszeichen und die Beschreibung derselben wird weggelassen.
Fünfte Ausführungsform
Eine Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist so konfiguriert, dass die Wärme des wärmeleitenden Elements 115 direkt zum Thermistor 40 geleitet werden kann.
10 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Bereich eines Thermistors 40 in der Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
Die Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält ein leitendes Element 50, das die Wärme des wärmeleitenden Elements 115 direkt zum Thermistor 40 leitet. Das leitende Element 50 ist in Kontakt mit dem wärmeleitenden Element 115 und dem Thermistor 40 vorgesehen. Genauer gesagt bedeckt das leitende Element 50 die oberen Endabschnitte des wärmeleitenden Elementes 115, während es in Kontakt mit der fast gesamten Oberfläche der oberen Endabschnitte des wärmeleitenden Elementes 115 steht. Außerdem bedeckt das leitende Element 50 den Thermistor 40, während es mit der Oberfläche des Thermistors 40 mit Ausnahme der Unterseite in Kontakt steht. Dementsprechend kann die Wärme des wärmeleitenden Elements 115 direkt zum Thermistor 40 geleitet werden.
Darüber hinaus ist auch das leitende Element 50 teilweise in Kontakt mit der wärmeleitenden Struktur 124 vorgesehen. Dementsprechend kann das leitende Element 50 auch direkt die Wärme des wärmeleitenden Elements 115 an die wärmeleitende Struktur 124 leiten.
Das leitende Element 50 besteht aus einem hoch wärmeleitenden Isoliermaterial. Das leitende Element 50 kann auch aus einem gelartigen Material wie Fett oder einem Feststoff wie einem wärmeleitenden Blech oder Alumit bestehen.
Die vom FET 13 erzeugte Wärme wird über die Drain-Sammelschiene 111 zum unteren Ende des wärmeleitenden Elements 115 geleitet. Die an das wärmeleitende Element 115 geleitete Wärme wird über den Verbindungsabschnitt 127 an der oberen Endseite des wärmeleitenden Elements 115 an die wärmeleitende Struktur 124 geleitet. Anschließend breitet sich die Wärme über die gesamte Oberfläche der wärmeleitenden Struktur 124 aus. Der Thermistor 40 ist von der wärmeleitenden Struktur 124 umgeben, so dass der Thermistor 40 die vom FET 13 erzeugte Wärme zuverlässig erfassen kann.
Die an das wärmeleitende Element 115 geleitete Wärme wird direkt vom wärmeleitenden Element 115 über das leitende Element 50 an den Thermistor 40 geleitet. Darüber hinaus wird die an das wärmeleitende Element 115 geleitete Wärme ebenfalls direkt über das leitende Element 50 an die wärmeleitende Struktur 124 geleitet und breitet sich auf der gesamten Oberfläche der wärmeleitenden Struktur 124 aus.
Bei dieser Konfiguration, mit der Leiterplattenbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, kann der Thermistor 40 die Temperatur des FET 13 auch dann zuverlässig erfassen, wenn der Stromkreis 30, auf dem der FET 13 montiert ist, und die Leiterplatte 12, auf der der Thermistor 40 montiert ist, der die Temperatur des Stromkreises 30 (FET 13) erfasst, voneinander getrennt sind.
Die Teile, die der ersten Ausführungsform ähnlich sind, erhalten die gleichen Bezugszeichen und die Beschreibung derselben wird weggelassen.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind in allen Aspekten als illustrativ und nicht einschränkend zu betrachten. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die obigen Beschreibungen, sondern durch die Ansprüche definiert und soll alle Änderungen innerhalb der Bedeutungen und des Umfangs der Äquivalente der Ansprüche umfassen.
Bezugszeichenliste

10: Leiterplattenbaugruppe
12: Leiterplatte
12A: Erste Schicht
13: FET
40: Thermistor
50: Leitendes Element
113b: Leiterplatten verbindungsabschnitt
115: Wärmeleitendes Element
1151, 115II, 115III: Endabschnitt
124: Wärmeleitende Struktur
124A: Erweiterungsabschnitt
126: Schaltungsstruktur
129: Interne wärmeleitende Struktur
G: Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018121155 [0002]
WO 2016/042732 A [0005]

Claims

Leiterplattenbaugruppe, umfassend: eine elektronische Komponente, die Wärme erzeugt; einen Sensor, der auf einer Leiterplatte montiert ist, die von der elektronischen Komponente beabstandet ist, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, eine Temperatur der elektronischen Komponente zu erfassen; eine wärmeleitende Struktur, die um den Sensor herum gebildet ist; und ein wärmeleitendes Element, das Wärme von der elektronischen Komponente zu der wärmeleitenden Struktur leitet.
Leiterplattenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei eine weitere Struktur auf der Leiterplatte gebildet ist, und wobei die wärmeleitende Struktur ein Inselabschnitt ist, der von der weiteren Struktur beabstandet ist.
Leiterplattenbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das wärmeleitende Element auf seiner Leiterplattenseite mehrere Endabschnitte aufweist, die den Sensor umgeben.
Leiterplattenbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen dem Sensor und der Leiterplatte abschnittsweise ein Spalt vorgesehen ist, und wobei ein Teil der wärmeleitenden Struktur in dem Spalt gebildet ist.
Leiterplattenbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leiterplatte aus mehreren Schichten aufgebaut ist, und wobei die Leiterplatte eine interne wärmeleitende Struktur aufweist, die an einer dem Sensor entsprechenden Stelle in einer Dickenrichtung der Leiterplatte in Kontakt mit dem wärmeleitenden Element in einer anderen Schicht als einer Schicht, auf der der Sensor montiert ist, ausgebildet ist.
Leiterplattenbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: ein leitendes Element, das die Wärme des wärmeleitenden Elements zu dem Sensor leitet.