汇流条的连接方法、印刷电路板以及开关装置与流程

本发明涉及将汇流条连接于印刷电路板的连接方法、连接有汇流条的印刷电路板以及使用了连接有汇流条的印刷电路板的开关装置。

背景技术：

目前，在车辆中搭载有辅助电池(通常为铅蓄电池)，辅助电池用于向起动电动机、各种电气组件供给电力(例如参照专利文献1)。通常使用机械继电器来作为用于对辅助电池进行接通和断开的开关。近年来，尝试使用与机械继电器相比噪声较小的半导体开关(例如mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金氧半场效晶体管)。半导体开关需要安装于电路基板来进行使用。通常，分别利用汇流条来将搭载有半导体开关的电路基板连接于辅助电池和供电线，形成为能够经得住大电流的坚牢的设计。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-92853号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

通常，通过焊接来将汇流条连接于电路基板。振动、冲击以及组装时的应变等的压力会施加于焊接部位。特别是在车载用途中，频繁地发生较大的振动、冲击。若过大的压力长期持续性地施加于焊接部位，则容易产生焊接裂纹，也存在最终导致断路的情况。

本发明是鉴于上述那样的状况而做成的，其目的在于，提供一种将汇流条牢固地连接于电路基板的技术。

用于解决问题的方案

为了解决上述课题，本发明的一个技术方案的印刷电路板是连接有汇流条的印刷电路板，其中，汇流条焊接于布线图案，并且利用螺纹构件将该汇流条固定于该印刷电路板。

另外，在方法、装置以及系统等方面对以上的构成要素的任意的组合以及本发明的表达进行变换而得到的技术方案作为本发明的技术方案也是有效的。

发明的效果

采用本发明，能够将汇流条牢固地连接于电路基板。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的印刷电路板的正面的概略的俯视图。

图2是表示本发明的实施方式的印刷电路板的背面的概略的俯视图。

图3是本发明的实施方式的印刷电路板的概略剖视图。

图4的(a)、图4的(b)是表示双向开关装置的电路结构的图。

图5是用于对使用了本发明的实施方式的双向开关装置的车辆电源系统进行说明的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的实施方式的印刷电路板1的正面的概略的俯视图。在本实施方式的印刷电路板1的正面安装有第1半导体开关元件2a和第2半导体开关元件2b。以下，对使用mosfet作为半导体开关元件的例子进行说明。第1半导体开关元件2a和第2半导体开关元件2b沿印刷电路板1的长度方向排列配置，构成串联电路。mosfet在源极-漏极间形成有寄生二极管，因此即使mosfet为断开状态也无法切断自源极端子流入的电流。在欲切断双向的电流的情况下，通常将两个mosfet反向地串联连接从而构成双向开关。

在印刷电路板1的长度方向上的两端分别连接有第1汇流条3a和第2汇流条3b。第1汇流条3a和第2汇流条3b分别焊接于印刷电路板1的布线图案，并且利用螺纹构件固定于印刷电路板1。在印刷电路板1的第1焊接部6a形成有两个孔，该两个孔供在第1汇流条3a的顶端部的左右形成的弯折部插入。在第1汇流条3a的顶端部的左右形成的弯折部相对于第1汇流条3a的主体部呈直角地弯折，安装于印刷电路板1的第1焊接部6a的两个孔。

图2是表示本发明的实施方式的印刷电路板1的背面的概略的俯视图。通过焊接而将在印刷电路板1的第1焊接部6a的两个孔安装的第1汇流条3a的两个弯折部固定于该两个孔。另外，如图2所示，两个弯折部的顶端在背面露出。

在将第1汇流条3a的弯折部固定于第1焊接部6a后，使第1螺栓4a贯穿第1汇流条3a的螺栓孔和印刷电路板1的第1螺栓孔，并利用第1螺母5a对第1螺栓4a的顶端进行紧固。印刷电路板1的第1焊接部6a的两个孔和第1螺栓孔形成于与第1汇流条3a的两个弯折部和第1汇流条3a的螺栓孔的位置相对应的位置。在图1和图2所示的例子中，自印刷电路板1的背面插入第1螺栓4a，并在印刷电路板1的正面利用第1螺母5a进行固定。另外，也可以反之自印刷电路板1的正面插入第1螺栓4a，并在印刷电路板1的背面利用第1螺母5a进行固定。

另外，也可以代替第1螺母5a而是通过焊接来将第1螺栓4a固定于印刷电路板1的第1螺栓孔。另外，也可以从第1螺母5a的上方进一步进行焊接从而提高接触强度。

同样地，在印刷电路板1的第2焊接部6b形成有两个孔，该两个孔供在第2汇流条3b的顶端部的左右形成的弯折部插入。通过焊接而将第2汇流条3b的两个弯折部固定于印刷电路板1的第2焊接部6b的两个孔。之后，使第2螺栓4b贯穿第2汇流条3b的螺栓孔和印刷电路板1的第2螺栓孔，并利用第2螺母5b对第2螺栓4b的顶端进行紧固。针对第1螺栓4a和第2螺栓4b而言，使用由铜等导电材料形成的螺栓。

图3是本发明的实施方式的印刷电路板1的概略剖视图。在印刷电路板1形成有布线图案。布线图案由铜箔等导电材料形成。第1焊接部6a与第1半导体开关元件2a的第1漏极端子7a借助第1导电层9a而导通。第1导电层9a延伸至印刷电路板1的第1螺栓孔并与第1螺栓4a导通。也可以对第1螺栓孔的内壁面实施镀铜。在第1导电层9a的上下形成有绝缘层。印刷电路板1的正面和背面被保护膜覆盖。

同样地，第2焊接部6b与第2半导体开关元件2b的第2漏极端子7b借助第2导电层9b而导通。第2导电层9b延伸至印刷电路板1的第2螺栓孔并与第2螺栓4b导通。也可以也对第2螺栓孔的内壁面实施镀铜。在第2导电层9b的上下形成有绝缘层。

第1半导体开关元件2a的第1源极端子8a与第2半导体开关元件2b的第2源极端子8b借助第3导电层9c而导通。在第3导电层9c的上下形成有绝缘层。另外，第1导电层9a、第2导电层9b以及第3导电层9c彼此间被绝缘壁分隔开，在电连接上彼此分开。另外，在印刷电路板1还形成有用于向第1半导体开关元件2a和第2半导体开关元件2b供给电源的布线图案以及用于向第1半导体开关元件2a和第2半导体开关元件2b的栅极端子供给驱动信号的布线图案，但在图1～图3中省略了对这些布线图案的描画。

图4的(a)、图4的(b)是表示双向开关装置的电路结构的图。图4的(a)表示安装于图1～图3所示的印刷电路板1的第1半导体开关元件2a和第2半导体开关元件2b的电路结构。第1半导体开关元件2a的漏极端子与第1汇流条3a相连接，第2半导体开关元件2b的漏极端子与第2汇流条3b相连接，第1半导体开关元件2a的源极端子与第2半导体开关元件2b的源极端子相连接。

在第1半导体开关元件2a的源极-漏极间形成有第1寄生二极管da，在第2半导体开关元件2b的源极-漏极间形成有第2寄生二极管db，第1寄生二极管da的正极与第2寄生二极管db的正极相对。

在进行控制而使该双向开关装置成为接通状态时，高电平的驱动信号(on信号)向第1半导体开关元件2a和第2半导体开关元件2b的栅极端子输入。另一方面，在进行控制而使该双向开关装置成为断开状态时，低电平的驱动信号(off信号)向第1半导体开关元件2a和第2半导体开关元件2b的栅极端子输入。由于第1寄生二极管da的正极与第2寄生二极管db的正极为彼此相对的形态，因此经由第1寄生二极管da和第2寄生二极管db的电流不会沿任一方向流动。

图4的(b)是将图4的(a)的第1半导体开关元件2a和第2半导体开关元件2b的各自的朝向颠倒而得到电路结构。第1半导体开关元件2a的源极端子与第1汇流条3a相连接，第2半导体开关元件2b的源极端子与第2汇流条3b相连接，第1半导体开关元件2a的漏极端子与第2半导体开关元件2b的漏极端子相连接。

在第1半导体开关元件2a的源极-漏极间形成有第1寄生二极管da，在第2半导体开关元件2b的源极-漏极间形成有第2寄生二极管db，第1寄生二极管da的负极与第2寄生二极管db的负极相对。因而，在第1半导体开关元件2a和第2半导体开关元件2b为断开状态时，经由第1寄生二极管da和第2寄生二极管db的电流不会沿任一方向流动。

如以上说明的那样，采用本实施方式，将汇流条焊接于印刷电路板并且利用螺纹构件进行固定，从而能够提高汇流条与印刷电路板的连接强度。在仅通过焊接来将汇流条和印刷电路板固定在一起的情况下，机械强度不充分，需要抵抗应力的对策。作为抵抗应力的对策，可以考虑使用挠性汇流条、使汇流条本身成为电气配线，但前者使成本大幅度增加，后者的电气配线直径过粗。

另外，在仅利用螺纹构件来将汇流条和印刷电路板固定在一起的情况下，汇流条与印刷电路板的布线图案的电连接不充分。另外，与汇流条(金属)彼此之间的由螺纹构件实现的固定相比，汇流条与印刷电路板之间的由螺纹构件实现的固定的力矩较小。

相对于此，采用本实施方式，通过焊接和由螺纹构件实现的固定来将汇流条与印刷电路板连接起来，从而能够确保两者的电连接，并且能够确保机械强度。

另外，通过使由螺纹构件实现的固定所使用的导电性的螺栓与布线图案接触，从而能够增加电流的通电面积。因而，能够使更大的电流流通。另外，在电流值不变的情况下，由于电阻下降，因此能够抑制发热。也能够减轻对焊接部的热压力，提高可靠性。

另外，通过先进行由螺纹构件实现的固定而后进行焊接，从而能够防止第1汇流条3a/第2汇流条3b的螺栓孔的位置与印刷电路板1的第1螺栓孔/第2螺栓孔的位置发生错位。在先进行焊接的情况下，第1汇流条3a/第2汇流条3b的螺栓孔的位置与印刷电路板1的第1螺栓孔/第2螺栓孔的位置可能轻微地发生错位。另外，在先进行焊接的情况下，还存在在第1汇流条3a/第2汇流条3b与印刷电路板1之间产生间隙的风险。在第1汇流条3a/第2汇流条3b的局部相对于印刷电路板1浮起的状态下，在利用螺纹构件将第1汇流条3a/第2汇流条3b固定于印刷电路板1时，第1汇流条3a/第2汇流条3b以被按压于印刷电路板1的方式发生变形。在该状态下，与第1汇流条3a/第2汇流条3b的位移相对应的应力施加于焊接部分。对此，在先进行由螺纹构件实现的固定而后进行焊接时，能够抑制在第1汇流条3a/第2汇流条3b与印刷电路板1之间形成间隙，能够防止应力施加于焊接部分。

以下，说明上述的双向开关装置的应用例。上述的双向开关装置耐得住振动、冲击以及高温环境，能够进行大电流的切换，因此适于车载用途。

图5是用于对使用了本发明的实施方式的双向开关装置的车辆电源系统进行说明的图。车辆电源系统包括铅蓄电池13和副电池系统10，该副电池系统10用于对铅蓄电池13进行辅助。在搭载有铅蓄电池13和副电池系统10的车辆中，作为与该铅蓄电池13和副电池系统10相关联的构件，搭载有起动机14、交流发电机15以及电气组件16。

起动机14是发动机启动用的电动机。利用自铅蓄电池13供给的电力而使起动机14旋转，从而使发动机启动。在通过驾驶员的操作而接通点火装置开关(未图示)时，自铅蓄电池13经由供电线l1向起动机14供给电力，从而使起动机14启动。交流发电机15利用发动机的曲轴的旋转能量进行发电。交流发电机15将所发出的电力经由供电线l1向铅蓄电池13和/或副电池系统10供给。

电气组件16是表示前照灯、动力转向装置、油泵、车辆导航系统以及音频装置等搭载于车辆内的各种电气负载(辅机)的总称。另外，在本说明书中，为了便于说明，将起动机14和交流发电机15独立于电气组件16地描画。利用自铅蓄电池13和/或副电池系统10经由供电线l1而供给的电力来对电气组件16进行驱动。

铅蓄电池13是用于蓄积由交流发电机15发出的电力并对起动机14和电气组件16进行供电的主电池。副电池系统10包括镍氢蓄电池11、管理装置12以及第1开关装置sw1。镍氢蓄电池11是用于蓄积由交流发电机15发出的电力并对电气组件16进行供电的副电池。镍氢蓄电池11的容量设计为比铅蓄电池13的容量小。铅蓄电池13与镍氢蓄电池11并联连接。

铅蓄电池13具有较廉价、能够在较广的温度范围内工作以及高输出等优点，作为车辆用的蓄电池而得到广泛的普及。但其具有充放电能量效率较低、耐不住过放电以及周期寿命较短等缺点。镍氢蓄电池11具有充放电能量效率较高、耐得住过充电及过放电、能使用的温度范围较广、soc(stateofcharge，荷电状态)范围较广以及周期寿命比较长等优点。

另外，也可以代替镍氢蓄电池11而使用锂离子蓄电池。锂离子蓄电池的能量密度和充放电能量效率较高，是高性能的蓄电池。但需要严格的电压及温度管理。另外，也可以代替镍氢蓄电池11而使用双电层电容器、锂离子电容器等电容器。

在供电线l1与镍氢蓄电池11的正极之间插入有第1开关装置sw1。在供电线l1的、与铅蓄电池13的连接点和与镍氢蓄电池11的连接点之间插入有第2开关装置sw2。对第1开关装置sw1和/或第2开关装置sw2使用上述实施方式的双向开关装置。在对第1开关装置sw1使用该双向开关装置的情况下，将固定于印刷电路板1的第1汇流条3a连接于供电线l1，将固定于印刷电路板1的第2汇流条3b连接于镍氢蓄电池11的正极。在对第2开关装置sw2使用该双向开关装置的情况下，将固定于印刷电路板1的第1汇流条3a连接于供电线l1的镍氢蓄电池11侧的连接点，将固定于印刷电路板1的第2汇流条3b连接于供电线l1的铅蓄电池13侧的连接点。

管理装置12用于监视镍氢蓄电池11的电压、电流以及温度，管理镍氢蓄电池11的状态，控制镍氢蓄电池11的充放电。具体而言，根据电压、电流以及温度来进行镍氢蓄电池11的soc(stateofcharge，荷电状态)管理以及soh(stateofhealth，健康状态)管理。另外，管理装置12在检测到过电压、过小电压、过电流或温度异常时，关断第1开关装置sw1而使充放电停止。另外，在欲切断铅蓄电池13与镍氢蓄电池11的电连接时，管理装置12关断第2开关装置sw2从而解除铅蓄电池13与镍氢蓄电池11的并联。

由于第1开关装置sw1和第2开关装置sw2供双向的电流流通，因此通常使用机械继电器。但是，由于机械继电器有物理性的接触点，因此在进行切换时会发出噪声。于是，通过使用上述的包括第1半导体开关元件2a和第2半导体开关元件2b在内的双向开关装置，从而能够抑制切换时的噪声。另外，针对该双向开关装置而言，对汇流条与印刷电路板的连接部分进行了加强，耐得住振动、冲击。因而，即使将机械继电器置换为半导体开关，也能够确保与机械继电器同等的可靠性。

以上，根据实施方式说明了本发明。实施方式为例示，本领域技术人员理解的是能够通过对上述的各构成要素、各处理流程进行组合来实现形形色色的变形例，并且那样得到的变形例也在本发明的范围内。

例如，也可以在印刷电路板1上并列配置多条第1半导体开关元件2a与第2半导体开关元件2b的串联电路，从而增加半导体开关的电流容量。另外，也可以利用多层基板来构成印刷电路板1，利用彼此绝缘的多个导电层来将第1半导体开关元件2a的第1漏极端子7a与安装有第1汇流条3a的弯折部的第1焊接部6a导通。其他的导通部位也同样，也可以利用多个导电层来进行导通。在该情况下，通电面积增加，电流容量增加。

在上述的实施方式中，说明了安装有将第1半导体开关元件2a与第2半导体开关元件2b串联连接在一起而成的双向开关的印刷电路板1。在这一点上，也能够在安装有由1个半导体开关元件形成的单向开关的印刷电路板1应用本技术。在该情况下，将第1汇流条3a连接于半导体开关元件的漏极端子，将第2汇流条3b连接于源极端子。

在上述的实施方式中，说明了对第1半导体开关元件2a和第2半导体开关元件2b使用mosfet的例子。在这一点上，也可以代替mosfet而使用igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)等其他的半导体开关元件。

另外，在连接有第1汇流条3a和/或第2汇流条3b的印刷电路板1安装的电子部件不限定于半导体开关元件。也能够在安装有放大器等其他的电子部件的印刷电路板1应用本技术。

另外，也可以利用以下的项目来限定实施方式。

[项目1]

一种汇流条(3a、3b)的连接方法，用于将汇流条(3a、3b)连接于印刷电路板(1)的布线图案，其特征在于，

上述汇流条(3a、3b)的连接方法包括以下工序：

利用螺纹构件将汇流条(3a、3b)固定于印刷电路板(1)；以及

在利用螺纹构件将上述汇流条(3a、3b)固定于印刷电路板(1)后，将上述汇流条(3a、3b)焊接于上述印刷电路板(1)的布线图案。

由此，能够使汇流条(3a、3b)与印刷电路板(1)的连接牢固。另外，能够防止在先进行焊接的情况下可能发生的、汇流条(3a、3b)的螺栓孔与印刷电路板(1)的螺栓孔的错位。

[项目2]

一种印刷电路板(1)，在该印刷电路板(1)连接有汇流条(3a、3b)，该印刷电路板(1)的特征在于，

汇流条(3a、3b)焊接于布线图案，并且利用螺纹构件将该汇流条(3a、3b)固定于该印刷电路板(1)。

由此，能够使汇流条(3a、3b)与印刷电路板(1)的连接牢固。

[项目3]

根据项目2所述的印刷电路板(1)，其特征在于，

利用螺母(5a、5b)对贯穿上述汇流条(3a、3b)的孔和上述印刷电路板(1)的孔的螺栓(4a、4b)的顶端部进行紧固，

上述印刷电路板(1)的孔与上述布线图案导通。

由此，能够确保汇流条(3a、3b)与印刷电路板(1)的机械性的连接强度。

[项目4]

一种开关装置，其特征在于，

上述开关装置包括：

印刷电路板(1)；

半导体开关元件(2a)，其设置于上述印刷电路板(1)上；

第1汇流条(3a)，其焊接于连接有上述半导体开关元件(2a)的端子的布线图案，并且利用螺纹构件将该第1汇流条(3a)固定于上述印刷电路板(1)；以及

第2汇流条(3b)，其焊接于连接有上述半导体开关元件(2a)的另外的端子的布线图案，并且利用螺纹构件将该第2汇流条(3b)固定于上述印刷电路板(1)。

由此，能够构筑汇流条(3a、3b)与印刷电路板(1)的连接较牢固的开关装置。

[项目5]

一种开关装置，其特征在于，

上述开关装置包括：

印刷电路板(1)；

第1半导体开关元件(2a)，其设置于上述印刷电路板(1)上；

第2半导体开关元件(2b)，其设置于上述印刷电路板(1)上；

第1汇流条(3a)，其焊接于连接有上述第1半导体开关元件(2a)的漏极端子(7a)或源极端子(8a)的布线图案，并且利用螺纹构件将该第1汇流条(3a)固定于上述印刷电路板(1)；以及

第2汇流条(3b)，其焊接于连接有上述第2半导体开关元件(2b)的漏极端子(7b)或源极端子(8b)的布线图案，并且利用螺纹构件将该第2汇流条(3b)固定于上述印刷电路板(1)，

上述第1半导体开关元件(2a)的源极端子(8a)和上述第2半导体开关元件(2b)的源极端子(8b)彼此连接在一起，或者是，上述第1半导体开关元件(2a)的漏极端子(7a)和上述第2半导体开关元件(2b)的漏极端子(7b)彼此连接在一起。

由此，能够构筑汇流条(3a、3b)与印刷电路板(1)的连接较牢固的双向开关装置。

[项目6]

根据项目5所述的开关装置，其特征在于，

上述第1汇流条(3a)与用于向车辆内的负载(14、16)供给电力的供电线(l1)相连接，

上述第2汇流条(3b)与搭载于上述车辆内的蓄电器件(11)相连接。

由此，能够在车载用电源系统中利用该开关装置。

附图标记说明

1、印刷电路板；2a、第1半导体开关元件；2b、第2半导体开关元件；3a、第1汇流条；3b、第2汇流条；4a、第1螺栓；4b、第2螺栓；5a、第1螺母；5b、第2螺母；6a、第1焊接部；6b、第2焊接部；7a、第1漏极端子；7b、第2漏极端子；8a、第1源极端子；8b、第2源极端子；9a、第1导电层；9b、第2导电层；9c、第3导电层；da、第1寄生二极管；db、第2寄生二极管；10、副电池系统；11、镍氢蓄电池；12、管理装置；13、铅蓄电池；14、起动机；15、交流发电机；16、电气组件；l1、供电线；sw1、第1开关装置；sw2、第2开关装置。