JP7056364B2 - 回路構成体及び電気接続箱 - Google Patents
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Description
本明細書では、回路構成体及び電気接続箱に関する技術を開示する。
従来、基板のグランドパターンを基板外のグランド電位に接続する技術が知られている。特許文献１は、電子機器に内蔵されるプリント配線基板及び接地用の板金片には、ネジ挿通孔が形成され、プリント配線基板ネジ挿通孔の周囲にはグランドパターンの露出部が形成されている。プリント配線基板及び板金片のネジ挿通孔を通して支持体のネジ孔にねじ込むと、板金片がネジの頭部でグランドパターンの露出部に押し付けられて接触するため接地状態となり、プリント配線基板はネジで支持体に取付け固定される。
ところで、プリント配線基板のグランドパターンを接地用の板金片にネジで固定する場合には、ネジの頭部がプリント配線基板の実装面に配されるため、ネジの頭部の大きさの分だけプリント配線基板上における部品を実装可能な面積が少なくなるという問題がある。
本明細書に記載された技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、
基板上における部品の実装可能な面積を少なくすることなく、基板のグランドパターンをグランド電位に接続することが可能な回路構成体及び電気接続箱を提供することを目的とする。
基板上における部品の実装可能な面積を少なくすることなく、基板のグランドパターンをグランド電位に接続することが可能な回路構成体及び電気接続箱を提供することを目的とする。
本明細書に記載された回路構成体は、グランドパターン及び貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔に挿通され、前記グランドパターンと電気的に接続される金属部材と、前記基板に重ねられ、外部のグランド電位に接続可能な金属製の放熱部材と、前記金属部材と前記放熱部材との間を接続する導電性ペーストと、を備える。
本構成によれば、基板のグランドパターンと放熱部材とを金属部材を介して電気的に接続することができるため、ネジを用いなくてもグランドパターンを放熱部材に接続することができる。これにより、基板上における部品の実装可能な面積を（ネジの頭部により）少なくすることなく、基板のグランドパターンをグランド電位に接続することが可能になる。また、グランドパターンをグランド電位に接続するためにネジを用いなくてもよいため、ネジの締結時の応力により基板に生じるストレスを抑制することができる。また、金属部材と放熱部材との間は、導電性ペーストで接続されるため、固体同士の接触と比較して実接触面積を大きくすることができ、電気抵抗を小さくして導通損失を抑制することが可能になる。
本明細書に記載された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記金属部材は、前記貫通孔に挿通される胴部と、前記貫通孔の外に配され、前記貫通孔の孔径よりも大きい径を有する頭部とを有し、前記頭部が前記導電性ペーストに接触する。
このようにすれば、金属部材の頭部が導電性ペーストに接触することにより、金属部材と導電性ペーストとの接触面積を大きくすることができるため、金属部材と放熱部材との間の電気抵抗を小さくできるとともに、熱伝導性を向上させることができる。
前記金属部材は、前記貫通孔に挿通される胴部と、前記貫通孔の外に配され、前記貫通孔の孔径よりも大きい径を有する頭部とを有し、前記頭部が前記導電性ペーストに接触する。
このようにすれば、金属部材の頭部が導電性ペーストに接触することにより、金属部材と導電性ペーストとの接触面積を大きくすることができるため、金属部材と放熱部材との間の電気抵抗を小さくできるとともに、熱伝導性を向上させることができる。
前記金属部材は、前記貫通孔に挿通される胴部と、前記貫通孔の外に配され、前記貫通孔の孔径よりも大きい径を有する頭部とを有し、前記頭部が前記基板のグランドパターンに接続されている。
このようにすれば、金属部材の頭部が基板のグランドパターンに接続されることで、必ずしも胴部や貫通孔の寸法精度を胴部と貫通孔との接続のために合わせる必要がなくなるため、金属部材と基板のグランドパターンとの接続を容易に行うことができる。
このようにすれば、金属部材の頭部が基板のグランドパターンに接続されることで、必ずしも胴部や貫通孔の寸法精度を胴部と貫通孔との接続のために合わせる必要がなくなるため、金属部材と基板のグランドパターンとの接続を容易に行うことができる。
前記基板と前記放熱部材との間における前記金属部材が配されない領域には、前記基板と前記放熱部材との間を伝熱的に接続する伝熱材が設けられている。
このようにすれば、基板の熱は、伝熱材を介して放熱部材から放熱することができる。
このようにすれば、基板の熱は、伝熱材を介して放熱部材から放熱することができる。
前記グランドパターンは、前記貫通孔の孔壁に形成されており、前記貫通孔の孔壁と前記金属部材との間は半田で接続されている。
このようにすれば、金属部材とグランドパターンとを半田を介して接続することができるため、金属部材とグランドパターンとの間の電気抵抗を小さくすることができる。
このようにすれば、金属部材とグランドパターンとを半田を介して接続することができるため、金属部材とグランドパターンとの間の電気抵抗を小さくすることができる。
前記グランドパターンに接続される端子を有して通電により発熱する発熱部品を備え、前記発熱部品は、前記金属部材の近傍に配されている。
このようにすれば、発熱部品の熱は、金属部材を介して放熱部材から放熱することが可能になる。
このようにすれば、発熱部品の熱は、金属部材を介して放熱部材から放熱することが可能になる。
前記回路構成体と、前記回路構成体を覆うケースとを備える電気接続箱とする。
本明細書に記載された技術によれば、基板上における部品の実装可能な面積を少なくすることなく、基板のグランドパターンをグランド電位に接続することが可能になる。
＜実施形態１＞
実施形態１について、図１～図３を参照しつつ説明する。
電気接続箱１０は、例えば車両のバッテリ等の電源と、ランプ、ワイパー等の車載電装品やモータ等からなる負荷との間の電力供給経路に配され、例えばＤＣ－ＤＣコンバータやインバータ等に用いることができる。この電気接続箱１０は任意の向きで配置することができるが、以下では、図１のＸ方向を前方、Ｙ方向を左方、図２のＺ方向を上方として説明する。
実施形態１について、図１～図３を参照しつつ説明する。
電気接続箱１０は、例えば車両のバッテリ等の電源と、ランプ、ワイパー等の車載電装品やモータ等からなる負荷との間の電力供給経路に配され、例えばＤＣ－ＤＣコンバータやインバータ等に用いることができる。この電気接続箱１０は任意の向きで配置することができるが、以下では、図１のＸ方向を前方、Ｙ方向を左方、図２のＺ方向を上方として説明する。
電気接続箱１０は、図２に示すように、回路構成体２０と、回路構成体２０を覆うケース１１とを備えている。ケース１１は、下方側が開口する箱形であって、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属製又は合成樹脂製とされている。
回路構成体２０は、上下方向に貫通する貫通孔２３が形成された基板２１と、基板２１の貫通孔２３に挿通される金属部材３０と、基板２１の下側に重ねられる放熱部材４０とを備える。基板２１は、絶縁材料からなる絶縁板にプリント配線技術により銅箔等からなる導電路としてのパターン２２が形成されたプリント基板とされている。パターン２２は、導電路の経路に応じて絶縁板の上面に配線されており、電源側のライン（例えば５［Ｖ］）に接続される電源側パターン２２Ａと、グランド電位（０［Ｖ］）に接続されるグランドパターン２２Ｂとを備え、電源側パターン２２Ａとグランドパターン２２Ｂとが異なる経路に配線されている。なお、本実施形態では、上面一層のパターン２２が形成された基板２１としたが、これに限られず、例えば多層基板を用いてもよい。また、プリント基板に限られず、例えば、プリント基板に、銅、銅合金等の金属板材からなるバスバーを重ねて基板を構成してもよい。
基板２１のパターン２２には、発熱部品２６が実装されている。発熱部品２６は、通電により発熱する電子部品であって、図３に示すように、扁平な箱形の本体２６Ａと、本体２６Ａの底面に形成された複数の端子２７（図３では一つの端子２７を図示）とを有する。複数の端子２７は、マイナス端子２７Ａと、図示しないプラス端子とを備え、マイナス端子２７Ａは、グランドパターン２２Ｂに電気的に接続され、プラス端子は、電源側パターン２２Ａ（図２）に電気的に接続される。複数の端子２７の下面は、基板２１の上面（表面）に形成されたパターン２２のランドに半田付けされる。発熱部品２６は、本実施形態では、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）とされているが、抵抗、コイル、コンデンサ等の発熱部品としてもよい。
基板２１には、貫通孔２３（スルーホール）が上下方向（板厚方向）に貫通形成されている。貫通孔２３の孔壁の全面（全周）は、銅箔等からなる孔壁パターン２２Ｃが形成されており、絶縁板の孔壁に対して孔壁パターン２２Ｃが所定の厚みで密着している。孔壁パターン２２Ｃの上端部は、基板２１上のグランドパターン２２Ｂに連なっている。
金属部材３０は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス鋼等の金属からなり、円柱状の胴部３１と、胴部３１の下方側（軸方向の一方側）に設けられ、胴部３１の径よりも大きい径を有する円柱状の頭部３２とを有する。胴部３１は、貫通孔２３の孔径（左右方向の直径）よりも小さい径（左右方向の直径）を有し、頭部３２は、貫通孔２３の孔径（左右方向の直径）よりも大きい径（左右方向の直径）を有している。
貫通孔２３に胴部３１が挿通された状態では、胴部３１の外周面３１Ａと貫通孔２３の孔壁との間には隙間が形成され、この隙間に、接合材としての半田Ｓ１が充填されている。金属部材３０（及び貫通孔２３）は、発熱部品２６の近傍に配置されている。本実施形態では、金属部材３０はリベットが用いられている。図２に示すように、基板２１の周縁部には、ネジ２９の軸部を挿通可能な通し孔２４が貫通形成されている。
放熱部材４０はアルミニウム、アルミニウム合金等の熱伝導性が高い金属類製であって、上面に平坦面４１を有し、下面側に櫛刃状に並んで配された複数の放熱フィン４４を有する。平坦面４１における周縁部寄りには、上方に段差状に突出するスペーサ部４２が形成されている。スペーサ部４２には、ネジ２９でネジ留めするためのネジ孔４３が形成されている。放熱部材４０には、車両のボディＢ等に取り付け可能なブラケット４５（取付部材）が設けられており、ブラケット４５を介して外部のグランド電位に接続可能とされている。放熱部材４０の平坦面４１（上面）と金属部材３０の頭部３２の下面３２Ａとの間には、導電性ペースト５０が配される隙間が形成されている。
導電性ペースト５０は、電気を通す性質と物質同士を固着する性質とを有し、例えば、流動性の有る樹脂溶液をバインダーとして用いた樹脂ペーストの内部に金属粉末などの導電性フィラーを含有するものを用いることができ、例えば、エポキシ樹脂と銀粉、ガラスフリット等を組み合わせたものを用いることができる。樹脂溶液としては、高分子樹脂成分と溶剤とから構成することができる。導電性ペーストは、常温や加熱、冷却により硬化するものを用いてもよい。
基板２１の下面（放熱部材４０側の面）と放熱部材４０の平坦面４１（上面）との間には、伝熱材５１が配されている。伝熱材５１は、金属部材３０（及び貫通孔２３）とは異なる領域に設けられ、例えば、シリコーングリスなどの熱伝導性が高く、絶縁性を有する材料を用いることができる。基板２１の熱は伝熱材５１を介して放熱部材４０に伝わり、放熱部材４０から外部に放熱される。
次に、回路構成体２０の製造方法について説明する。
基板２１の貫通孔２３に金属部材３０の胴部３１を挿通し、貫通孔２３の孔壁と胴部３１の外周面３１Ａとの間に半田Ｓ１を充填して、金属部材３０と貫通孔２３の孔壁とを接合する。また、発熱部品２６の端子２７を接続するパターン２２に半田ペーストを付着して発熱部品２６を実装し、例えばリフロー半田付けにより、金属部材３０及び発熱部品２６を基板２１に半田付けする。なお、発熱部品２６の端子２７のリフロー半田付けと、金属部材３０の貫通孔２３への半田付けとを同一工程で行うことができるが、別工程で行ってもよい。また、半田Ｓ１による接合は、リフロー半田付けに限られず、例えば液状に溶かした半田Ｓ１を貫通孔２３の孔壁と金属部材３０との間の隙間に入れ、半田Ｓ１を固化させて金属部材３０と孔壁パターン２２Ｃとを接続するようにしてもよい。
基板２１の貫通孔２３に金属部材３０の胴部３１を挿通し、貫通孔２３の孔壁と胴部３１の外周面３１Ａとの間に半田Ｓ１を充填して、金属部材３０と貫通孔２３の孔壁とを接合する。また、発熱部品２６の端子２７を接続するパターン２２に半田ペーストを付着して発熱部品２６を実装し、例えばリフロー半田付けにより、金属部材３０及び発熱部品２６を基板２１に半田付けする。なお、発熱部品２６の端子２７のリフロー半田付けと、金属部材３０の貫通孔２３への半田付けとを同一工程で行うことができるが、別工程で行ってもよい。また、半田Ｓ１による接合は、リフロー半田付けに限られず、例えば液状に溶かした半田Ｓ１を貫通孔２３の孔壁と金属部材３０との間の隙間に入れ、半田Ｓ１を固化させて金属部材３０と孔壁パターン２２Ｃとを接続するようにしてもよい。
次に、放熱部材４０の平坦面４１の金属部材３０の領域に導電性ペースト５０を塗布し、平坦面４１における導電性ペースト５０の周囲の領域（導電性ペースト５０が塗布されない領域）に伝熱材５１を塗布する。そして、放熱部材４０の上に基板２１を重ね、導電性ペースト５０及び伝熱材５１が常温や加熱等により硬化されると、基板２１と放熱部材４０とが固着した状態となる。そして、基板２１の周縁部と放熱部材４０とをネジ２９等の固定手段により固定すると回路構成体２０が形成される。また、回路構成体２０にケース１１を被せることにより電気接続箱１０が形成される。
本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
回路構成体２０は、グランドパターン２２Ｂ及び貫通孔２３が形成された基板２１と、貫通孔２３に挿通され、グランドパターン２２Ｂと電気的に接続される金属部材３０と、基板２１に重ねられ、外部のグランド電位に接続可能な金属製の放熱部材４０と、金属部材３０と放熱部材４０との間を接続する導電性ペースト５０と、を備える。
本実施形態によれば、基板２１のグランドパターン２２Ｂと放熱部材４０とを金属部材３０を介して電気的に接続することができるため、ネジを用いなくてもグランドパターン２２Ｂを放熱部材４０に接続することができる。これにより、基板２１上における部品の実装可能な面積を（ネジの頭部により）少なくすることなく、基板２１のグランドパターン２２Ｂをグランド電位に接続することが可能になる。また、グランドパターン２２Ｂをグランド電位に接続するためにネジを用いなくてもよいため、ネジの締結時の応力により基板２１に生じるストレスを抑制することができる。また、金属部材３０と放熱部材４０との間は、導電性ペースト５０で接続されるため、固体（金属）同士の接触と比較して実接触面積を大きくすることができ、電気抵抗を小さくして導通損失を抑制することが可能になる。また、ネジをネジ留めするために放熱部材４０に形成するネジ孔の数を少なくすることができるため、放熱部材４０の構成を簡素化することが可能になる。
回路構成体２０は、グランドパターン２２Ｂ及び貫通孔２３が形成された基板２１と、貫通孔２３に挿通され、グランドパターン２２Ｂと電気的に接続される金属部材３０と、基板２１に重ねられ、外部のグランド電位に接続可能な金属製の放熱部材４０と、金属部材３０と放熱部材４０との間を接続する導電性ペースト５０と、を備える。
本実施形態によれば、基板２１のグランドパターン２２Ｂと放熱部材４０とを金属部材３０を介して電気的に接続することができるため、ネジを用いなくてもグランドパターン２２Ｂを放熱部材４０に接続することができる。これにより、基板２１上における部品の実装可能な面積を（ネジの頭部により）少なくすることなく、基板２１のグランドパターン２２Ｂをグランド電位に接続することが可能になる。また、グランドパターン２２Ｂをグランド電位に接続するためにネジを用いなくてもよいため、ネジの締結時の応力により基板２１に生じるストレスを抑制することができる。また、金属部材３０と放熱部材４０との間は、導電性ペースト５０で接続されるため、固体（金属）同士の接触と比較して実接触面積を大きくすることができ、電気抵抗を小さくして導通損失を抑制することが可能になる。また、ネジをネジ留めするために放熱部材４０に形成するネジ孔の数を少なくすることができるため、放熱部材４０の構成を簡素化することが可能になる。
また、金属部材３０は、貫通孔２３に挿通される胴部３１と、貫通孔２３の外に配され、貫通孔２３の孔径よりも大きい径を有する頭部３２とを有し、頭部３２が導電性ペースト５０に接触する。
このようにすれば、金属部材３０の頭部３２が導電性ペースト５０に接触することにより、金属部材３０と導電性ペースト５０との接触面積を大きくすることができるため、金属部材３０と放熱部材４０との間の電気抵抗を小さくできるとともに、熱伝導性を向上させることができる。
このようにすれば、金属部材３０の頭部３２が導電性ペースト５０に接触することにより、金属部材３０と導電性ペースト５０との接触面積を大きくすることができるため、金属部材３０と放熱部材４０との間の電気抵抗を小さくできるとともに、熱伝導性を向上させることができる。
また、基板２１と放熱部材４０との間における金属部材３０が配されない領域には、基板２１と放熱部材４０との間を伝熱的に接続する伝熱材５１が設けられている。
このようにすれば、基板２１の熱は、伝熱材５１を介して放熱部材４０から放熱することができる。
このようにすれば、基板２１の熱は、伝熱材５１を介して放熱部材４０から放熱することができる。
また、グランドパターン２２Ｂは、貫通孔２３の孔壁に形成されており、貫通孔２３の孔壁と金属部材３０との間は半田Ｓ１で接続されている。
このようにすれば、金属部材３０とグランドパターン２２Ｂとを半田Ｓ１を介して電気的に接続することができるため、金属部材３０とグランドパターン２２Ｂとの間の電気抵抗を小さくすることができる。
このようにすれば、金属部材３０とグランドパターン２２Ｂとを半田Ｓ１を介して電気的に接続することができるため、金属部材３０とグランドパターン２２Ｂとの間の電気抵抗を小さくすることができる。
また、グランドパターン２２Ｂに接続される端子２７を有して通電により発熱する発熱部品２６を備え、発熱部品２６は、金属部材３０の近傍に配されている。
このようにすれば、発熱部品２６の熱は、金属部材３０を介して放熱部材４０から放熱することが可能になる。
このようにすれば、発熱部品２６の熱は、金属部材３０を介して放熱部材４０から放熱することが可能になる。
＜実施形態２＞
次に、実施形態２について、図４，図５を参照しつつ説明する。実施形態２の電気接続箱６０は、図４に示すように、金属部材３０の上下方向の向きは、実施形態１とは反対向きとされている。以下では、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
次に、実施形態２について、図４，図５を参照しつつ説明する。実施形態２の電気接続箱６０は、図４に示すように、金属部材３０の上下方向の向きは、実施形態１とは反対向きとされている。以下では、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図５に示すように、金属部材３０の頭部３２の座面３２Ｂは、半田Ｓ２を介して基板２１の上面（板面）のグランドパターン２２Ｂの縁部（孔壁パターン２２Ｃの上部）に接続されている。金属部材３０の胴部３１は、上方側から基板２１の貫通孔２３に挿通されている。金属部材３０の胴部３１の外周面３１Ａと貫通孔２３の孔壁との間には、半田Ｓ２（Ｓ１）は充填されておらず、空気層（隙間）が形成されている。胴部３１の下端面３１Ｂと放熱部材４０の平坦面４１との間には、導電性ペースト５０が配され、基板２１と放熱部材４０との間における導電性ペースト５０の周囲には伝熱材５１が配されている。
実施形態２によれば、金属部材３０は、貫通孔２３に挿通される胴部３１と、貫通孔２３の外に配され、貫通孔２３の孔径よりも大きい径を有する頭部３２とを有し、頭部３２が基板２１のグランドパターン２２Ｂに半田付けされて接続されている。
このようにすれば、金属部材３０の頭部３２が基板２１のグランドパターン２２Ｂに接続されることで、必ずしも胴部３１や貫通孔２３の寸法精度を胴部３１と貫通孔２３との接続のために合わせる必要がなくなるため、金属部材３０と基板２１のグランドパターン２２Ｂとの接続を容易に行うことができる。
このようにすれば、金属部材３０の頭部３２が基板２１のグランドパターン２２Ｂに接続されることで、必ずしも胴部３１や貫通孔２３の寸法精度を胴部３１と貫通孔２３との接続のために合わせる必要がなくなるため、金属部材３０と基板２１のグランドパターン２２Ｂとの接続を容易に行うことができる。
＜他の実施形態＞
本明細書に記載された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書に記載された技術の技術的範囲に含まれる。
（１）本実施形態では、貫通孔２３に孔壁パターン２２Ｃが形成されていたが、これに限られず、貫通孔２３に孔壁パターン２２Ｃが形成されていなくてもよい。
（２）金属部材３０の頭部３２は、円板状に限られず、例えば、半球状、球状、直方体状等としてもよい。
本明細書に記載された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書に記載された技術の技術的範囲に含まれる。
（１）本実施形態では、貫通孔２３に孔壁パターン２２Ｃが形成されていたが、これに限られず、貫通孔２３に孔壁パターン２２Ｃが形成されていなくてもよい。
（２）金属部材３０の頭部３２は、円板状に限られず、例えば、半球状、球状、直方体状等としてもよい。
１０，６０： 電気接続箱
１１： ケース
２０： 回路構成体
２１： 基板
２２： パターン
２２Ａ： 電源側パターン
２２Ｂ： グランドパターン
２２Ｃ： 孔壁パターン
２３： 貫通孔
２６： 発熱部品
２７： 端子
２７Ａ： マイナス端子
３０： 金属部材
３１： 胴部
３２： 頭部
４０： 放熱部材
４１： 平坦面
５０： 導電性ペースト
５１： 伝熱材
Ｓ１，Ｓ２： 半田
１１： ケース
２０： 回路構成体
２１： 基板
２２： パターン
２２Ａ： 電源側パターン
２２Ｂ： グランドパターン
２２Ｃ： 孔壁パターン
２３： 貫通孔
２６： 発熱部品
２７： 端子
２７Ａ： マイナス端子
３０： 金属部材
３１： 胴部
３２： 頭部
４０： 放熱部材
４１： 平坦面
５０： 導電性ペースト
５１： 伝熱材
Ｓ１，Ｓ２： 半田
Claims (6)
- グランドパターン及び貫通孔が形成された基板と、
前記貫通孔に挿通され、前記グランドパターンと電気的に接続される金属部材と、
前記基板に重ねられ、外部のグランド電位に接続可能な金属製の放熱部材と、
前記金属部材と前記放熱部材との間を接続する導電性ペーストと、を備え、
前記基板と前記放熱部材との間における前記金属部材が配されない領域には、前記基板と前記放熱部材との間を伝熱的に接続する伝熱材が設けられている回路構成体。 - 前記金属部材は、前記貫通孔に挿通される胴部と、前記貫通孔の外に配され、前記貫通孔の孔径よりも大きい径を有する頭部とを有し、前記頭部が前記導電性ペーストに接触する請求項１に記載の回路構成体。
- 前記金属部材は、前記貫通孔に挿通される胴部と、前記貫通孔の外に配され、前記貫通孔の孔径よりも大きい径を有する頭部とを有し、前記頭部が前記基板のグランドパターンに接続されている請求項１に記載の回路構成体。
- 前記グランドパターンは、前記貫通孔の孔壁に連なっており、前記貫通孔の孔壁と前記金属部材との間は半田で接続されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回路構成体。
- 前記グランドパターンに接続される端子を有して通電により発熱する発熱部品を備え、
前記発熱部品は、前記金属部材の近傍に配されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回路構成体。 - 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の回路構成体と、
前記回路構成体を覆うケースとを備える電気接続箱。
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- 2019-04-24 CN CN201980029473.5A patent/CN112056011B/zh active Active
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