[发明专利]用于连接功率电子构造元件和印刷电路板的方法和套筒

说明书

本发明涉及用于产生功率电子构造元件和印刷电路板的机械连接和电连接的一种套筒和一种方法，其中提供形成机械连接的第一构件和套筒，在印刷电路板中引入孔和围绕孔的电接触面，使第一构件成形为长形的圆柱体，其在一侧具有头部，并且纵向地朝向其另一侧被引入到印刷电路板的孔中，功率电子构造元件具有机械紧固选项，该紧固选项具有围绕其延伸的电接触面，套筒由导电材料形成，并且围绕第一构件的长形的圆柱体，功率电子构造元件和印刷电路板各自的电接触面通过套筒电接触，机械连接由第一构件与功率电子构造元件的紧固选项的形状配合的连接来形成，并且通过功率电子构造元件与印刷电路板借助于第一构件的机械连接，还通过套筒形成电接触。

技术领域

本发明涉及一种用于在功率电子构造元件和印刷电路板之间产生电连接和机械连接的方法。尤其考虑将电池单元连接到印刷电路板以传输高电流。此外，提出了一种实现电连接的套筒。

背景技术

印刷电路板生产的传统技术被设计用于具有精细导轨间隔的高结构分辨率，并因此用于在低电流下传输信号。相比之下，如现代功率电子器件中出现的高电流无法以薄的光学结构导轨实现。同时，在现代功率电子器件中，具有分立的构件和拧接的汇流排的传统制造方法由于与特定的构件及其安装相关的成本是不可接受的，或者至少使得为微电子控制器提供标准接口变得困难，这些微电子控制器在大多数情况下包括表面贴装的集成的开关元件并且因此进而需要印刷电路板。

在具有至少一个铺设的导体轨(例如由铜或铝组成的所谓的“Outlay(外置体)”)的印刷电路板中，导体轨大多通过同一连接与印刷电路板机械地且电气地连接。在此，大多涉及将导体轨焊接到例如光刻地在蚀刻过程中结构化的表面金属化物上，但是也涉及通过引脚(例如压配合)进行连接。

然而，在功率电子电路中，压配合和现有技术中用于产生连接的与此相关的技术由于许多原因并非有利的。一方面，电流首先必须从所铺设的导体轨流入印刷电路板和/或压配合元件，以便从那里向外导出。然而，对于几百安培的电流而言，在相应边界面处的一般的接触障碍已经是非常高损耗的。另一方面，目前使用的压配合元件大多需要结构空间，尤其结构高度(例如对于螺纹螺栓而言)，这使得难以或者无法通过薄的间隙垫直接或间接地向印刷电路板上的导体轨和/或功率构造元件引入必要的冷却(例如借助冷却板)，因为为此需要构造元件的均匀的、不具有结构高度变化的表面。传统的拧接件或所压入的、所放置的螺栓必须设置在冷却板的表面区域中的位置处，并且可能在那里被铣磨，这可能在批量生产的产品中造成巨大的成本。此外，可间接地通过压配合产生不利连接，因为高电流强度的电流应尽可能直接地被馈送或导出到导体轨或线缆。在许多汽车系统中，连接端例如垂直于印刷电路板地被馈送。馈电线和所铺设的导体轨之间应尽可能直接地接触，并且不应被引导穿过其他中间件、例如在印刷电路板中借助压配合产生的通孔接触部。

另一种连接到例如在印刷电路板的顶侧上延伸的导体轨的可能性在于来自印刷电路板底侧的馈电线，其中馈电线在此对应地穿过电路板。然而，这种处理方法包含低的或至少有限的机械强度的问题，因为馈电线由此在振动荷载中随着时间的推移总是再次将导体轨推离印刷电路板，该振动荷载例如在使用这种功率电子器件的机动车辆行驶时出现。在此，连接可能变得脆弱并最终断开。

在具有外置汇流排或嵌入的、所谓的嵌入汇流排的印刷电路板中，原则上可以从大约1mm的厚度起与相应的汇流排通过拧接进行连接。由于绝缘的印刷电路板材料(例如可以由玻璃纤维增强的环氧树脂、即所谓的预浸料形成)开始在由于拧接而承受压力的区域中流动，因此尤其在这些区域处的嵌入体中移除该印刷电路板材料并且直接向嵌入体中进行拧接。如果印刷电路板中或印刷电路板上没有通过汇流排来加固，则可能对应地通过金属套筒将压力从预浸料转移到形状稳定的金属上。这例如在文件US 2005/0134254 A1中提出，其中螺钉被引导穿过一种套筒。

在美国公开文件US 2018/0235071 A1中，同样借助于导电套筒通过螺钉将导电层彼此连接，其中总体上涉及电动机的功率电子控制器的组装。螺钉被引导穿过套筒，并且被推动到由复合物质组成的最下层中。