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Die
vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Kühlverguss für ein wärmeabgebendes elektrisches
Bauteil wie beispielsweise ein Relais oder dergleichen.
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Bisher
war die Qualitätseinbuße von gelöteten Verbindungen
im Fall des Montierens eines elektronischen Hochstrombauteils, wie
eines Relais, auf eine Leiterplatte vorherrschend, wenn ein gewöhnliches
eutektisches Lötzinn
verwendet wurde, aufgrund der großen Menge von Wärme, die
durch das elektrische Bauteil erzeugt wird.
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Daher
wurde ein elektrisches Hochstrom-Bauteil montiert, indem es auf
einen elektrischen Drahtleiter gelötet wurde, der mit einer Harzform
beschichtet war, und indem ein Lötzinn
mit hohem Schmelzpunkt verwendet wurde oder indem eine Wärmeabstrahlungsplatte
vorgesehen wurde, insbesondere wenn eine gewöhnliche Leiterplatte verwendet
werden sollte. Beispielhaft beschreibt die japanische vorläufige Patent-Veröffentlichung
Nr. 11-40035/1999 eine Verbindungsstruktur für ein elektrisches Bauteil,
bezogen auf einen Built-in-Relaiscontroller.
Wie es in 1 gezeigt
ist, wird ein Leiterrahmen 1, der eine metallische Platte
umfasst, als Drahtleiter für
eine Einbettungs-Leiterplatte verwendet. In dieser Technologie gemäß dem Stand
der Technik sind Harzplatten 2, 3 so angebracht,
dass sie den Leiterrahmen 1 zwischen sich einschließen.
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Weiterhin
sind extrudierte Bereiche 4, die nach unten vorstehen und
nahezu zylindrisch sind, in den vorgeschriebenen Positionen auf
dem Leiterrahmen angebracht, so dass sie die Harzplatte 3 durchstoßen. Wie es
in 2 gezeigt ist, wird
ein Anschluss 5A beispielsweise eines Relais 5 in
den extrudierten Bereich 4 nach unten von der oberen Oberfläche der
Harzplatte 2 eingeführt
und wird damit verbunden, indem ein Lötzinn 6 in den extrudierten
Bereich 4 eingefüllt
wird.
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Bei
der Verbindungsstruktur für
eine elektrisches Bauteil gemäss
dieser Technologie aus dem Stand der Technik bestanden jedoch Probleme
dahingehend, dass ein Herstellungsprozess kompliziert wurde und
zu hohen Kosten eines Produkts führte, da
es notwendig ist, die Harzplatten 2, 3 auf jeweils der
oberen und unteren Oberfläche
des Leiterrahmens 1 zu formen.
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Da
diese Technologie gemäß dem Stand
der Technik die Struktur umfasst, in der beide Seiten des Leiterrahmens 1 mit
den Harzplatten 2, 3 bedeckt sind, bestand außerdem das
Problem einer Abnahme in der Fähigkeit
zur Wärmeabstrahlung.
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Wenn
solch ein im hohen Maß wärmeabgebendes
elektrisches Hochstrombauteil auf eine gewöhnliche gedruckte Leiterplatte
montiert wird, wird es außerdem
notwendig, diese mit einem Lötzinn
mit hohem Schmelzpunkt oder einem Lötzinn mit hoher Zähigkeit
miteinander zu verbinden, und ferner wird es nötig, eine teure gedruckte Leiterplatte
zu verwenden, das ein Material mit einer niedrigen Ausdehnung bei
Wärme umfasst.
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Daher
wurde es nötig,
eine Leiterplatte hinsichtlich ihren Abmessungen größer zu machen,
um Wärmeabstrahlung
aufrecht zu erhalten, wenn eine Leiterplatte verwendet wurde, die
aus dem gewöhnlichen
Material besteht. Wenn solch eine Einbettungs-Leiterplatte z.B.
eine Leiterplatte für
einen Relais-built-in-Controller in einem Fahrzeug ist, kann sich
außerdem
eine Zunahme der Größe und der
Fläche
der Leiterplatte selbst als eine Ursache herausstellen, die dabei
stört,
einen Motorraum hinsichtlich seines Volumens kleiner zu gestalten.
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US 5,625,536 offenbart eine
Halbleitereinrichtung mit Leiterplatten und Schienen. Halbleiterelemente
wie beispielsweise Dioden sind an den Leiterplatten angebracht.
Die inneren Enden der Schienen sind mit einem Lötzinn an der Leiterplatte befestigt
und mit Drähten
mit den Halbleiterelementen verbunden. Ein Silikon-Dichtungsmittel
umgibt die inneren Enden der Schienen und die Leiterplatte.
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Entsprechend
zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, einen Kühlverguss
für ein
elektrisches Bauteil vorzusehen, der keine Zunahme der Größe der Leiterplatte
bewirkt, herausragend hinsichtlich der Wärmeabstrahlung ist und geringe
Kosten mit sich bringt.
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Die
Erfindung schafft einen Kühlverguss
gemäß dem Patentanspruch
1.
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Eine
Sammelschiene ist an einer Leiterplatte fixiert, eine Anschlussklemme
eines elektrischen Bauteils ist mit der Sammelschiene verbunden,
und die Leiterplatte, die Sammelschiene und das elektrische Bauteil
sind einem Wärmeleitungsharz
versiegelt.
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Da
die von dem wärmeabgebenden
elektrischen Bauteil erzeugte Wärme
direkt zu dem wärmeleitenden
Harz geleitet wird, das die Oberfläche des elektrischen Bauteils
berührt,
und dann nach außen abgestrahlt
wird und auch durch die Sammelschiene über eine Kontaktoberfläche zwischen
dem elektrischen Bauteil und der Sammelschiene geleitet und dann
durch das wärmeleitende
Harz in Kontakt mit der Oberfläche
der Sammelschiene nach außen
abgestrahlt wird, kann eine wirkungsvolle Wärmeabstrahlung erreicht werden.
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Da
die Wärme,
die zu der Leiterplatte durch die Sammelschiene geleitet wird, ebenfalls
effizient von dem wärmeleitenden
Harz abgestrahlt wird, kann außerdem
eine Beschränkung
der thermischen Qualitätseinbuße des elektrischen
Bauteils und der Qualitätseinbuße der Verbindung
des Anschlussbereichs zwischen dem elektrischen Bauteil und der
Sammelschiene erzielt werden.
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Zusätzlich kann
gemäss
der Erfindung verhindert werden, dass die Leiterplatte größer wird,
aufgrund einer verbesserten Wärmeabstrahlungsfähigkeit,
wenn das wärmeleitende
Harz verwendet wird. Weiterhin können
die Funktionen, den Feuchtigkeitswiderstand und die elektrische
Isolation zu verbessern, durch Versiegeln des gesamten elektrischen Bauteils
mit dem wärmeleitenden
Harz vorgesehen werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
Sammelschiene kann einen Wärmeabstrahlungsabschnitt
(thermischen Diffusionsbereich) umfassen, der weg von der Leiterplatte
nach oben gebogen ist.
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Da
der thermische Diffusionsbereich hier durch Biegen so geformt ist,
dass er entfernt von der Leiterplatte das wärmeleitende Harz auf beiden Oberflächen berührt, kann
eine Fläche
der Wärmeabstrahlung
vergrößert werden,
und die Fähigkeit
zur Wärmeabstrahlung
kann verbessert werden.
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Der
gebogene Bereich der Sammelschiene kann eine Seite des elektrischen
Bauteils berühren. Wenn
der gebogene Bereich die Seite des elektrischen Bauteils berührt, kann
die Wärme,
die von dem elektrischen Bauteil erzeugt wird, gut in Richtung der Sammelschiene
geleitet werden, was verhindert, dass das elektrische Bauteil einen
Temperaturanstieg in großem
Maß erfährt.
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Das
wärmeleitende
Harz kann in einem äußeren Gehäuse enthalten
sein, das eine bessere Wärmeabstrahlungscharakteristik
hat. Die Wärme, die
in dem wärmeleitenden
Harz gespeichert ist, kann dann von dem äußeren Gehäuse gut nach außen abgestrahlt
werden.
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Im
folgenden wird ein Kühlverguss
für ein elektrisches
Bauteil in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben, und zwar
gemäss
den Ausführungsformen,
die in den Zeichnungen gezeigt sind.
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1 ist
eine Seitenansicht, die eine Leiterplatte aus dem Stand der Technik
zeigt.
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2 ist
eine Querschnittsansicht eines Hauptbereichs einer Verbindungsstruktur
eines elektrischen Bauteils gemäss
dem Stand der Technik.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Schritt zur Herstellung
eines elektrischen Bauteils gemäss
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen weiteren Schritt zeigt.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen weiteren Schritt zeigt.
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6 ist
eine Querschnittsansicht des Hauptbereichs eines Kühlvergusses
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
zeigt.
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7A und 7B sind
Querschnittsansichten, die die Modifikationen einer Sammelschiene gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
zeigen.
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3 bis 5 sind
perspektivische Ansichten, die ein Verfahren zur Einbettung von
elektrischen Bauteilen in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigen. 6 ist die
Querschnittsansicht eines Hauptbereichs eines Kühlvergusses gemäß der vorliegenden
Ausführungsform.
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An
erster Stelle wird das Einbettungsverfahren für elektrische Bauteile gemäss der vorliegenden Ausführungsform
beschrieben. Wie es in 3 gezeigt ist, wird eine Sammelschiene 12 auf
einer Leiterplatte 11 fixiert, und Relais 13, 14, 15 als
ein Beispiel für
ein wärmeabgebendes
elektrisches Bauteil werden auf die Sammelschiene 12 gelötet.
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Die
Leiterplatte 11 setzt sich aus Glas-Epoxid zusammen, und
die Leitermuster (nicht gezeigt in 3) zum Montieren
von einigen elektrischen Bauteilen außer Relais 13, 14, 15 sind
entsprechend geformt. Weiterhin sind die Leitermuster auf der Leiterplatte
angebracht, außer
in dem Gebiet, in dem die Sammelschiene 12 montiert werden
soll. Die Sammelschiene 12 wird gefertigt, indem ein metallisches Blech
in ein vorgeschriebenes Muster bearbeitet und in eine Gestalt geformt
wird, die den Anschlussmustern der Relais 13, 14, 15 entspricht.
Weiterhin ist die Sammelschiene 12 so gestaltet, dass sie
die Relais 13, 14, 15 berührt, soweit
sie nicht elektrisch mit anderen Bereichen von ihnen interferiert.
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In
größerer Einzelheit,
wie es in 3 gezeigt ist, hat die Sammelschiene 12 gebogene
Bereiche 12A, 12B, 12C um die Gebiete,
in denen die Relais 13, 14, 15 angebracht
werden sollen, und durch Biegen eines äußeren Bereichs dieser gebogenen Bereiche 12A, 12B, 12C wird
die Sammelschiene 12 so gestaltet, dass sie die Seiten
der Relais 13, 14, 15 berührt. Der äußere Bereich 16 des
gebogenen Bereichs 12A ist so gebildet, dass er sich so
erstreckt, dass er die Seiten der Relais 13, 14, 15 berührt.
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Zusätzlich sind
thermische Diffusionsbereiche 17, 18, die außerhalb
der gebogenen Bereiche 12B, 12C geformt sind,
so gestaltet, dass sie über der
Leiterplatte 11 und parallel dazu sind. Weiterhin sind
die gebogenen Bereiche 12B, 12C vor dem Biegen
in 3 gezeigt. Ein innerer Bereich 19 innerhalb
dieser gebogenen Bereiche 12A, 12B, 12C ist wie
eine flache Platte geformt, so dass er schlüssig auf der Leiterplatte 11 fixiert
werden kann.
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Ferner
sind in den vorgeschriebenen Bereichen der Sammelschiene 12,
wie es in 3 gezeigt ist, Verbindungslöcher 20 geformt,
um jeweils einen der Anschlussleiter 13A, 14A, 15A der
Relais 13, 14, 15 einzuführen. Die
Anschlussleiter 13A, 14A, 15A, die in
die Verbindungslöcher 20 eingeführt sind,
werden auf einer Bodenfläche
der Sammelschiene 12 verlötet. Zusätzlich sind die anderen Anschlussleiter der
Relais 13, 14, 15 geeignet mit den Leitermustern verbunden,
die auf der Leiterplatte 11 geformt sind, was in der Figur
nicht gezeigt ist.
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4 zeigt
eine Situation, in der die durch Biegen bearbeitete Sammelschiene 12 und
die Relais 13, 14, 15 auf der Leiterplatte 11 montiert
sind. Dann wird die so montierte Leiterplatte 11, wie es
in 4 gezeigt ist, in ein äußeres Gehäuse 21 gesetzt.
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Das äußere Gehäuse 21 hat
einen in geringem Maß größeren Aufbewahrungsraum
als ein Draufsichtprofil der Leiterplatte 11. Weiterhin
wird, wenn die Leiterplatte 11 in das äußere Gehäuse 21 gesetzt wird,
ein Abstandsmaterial (in der Figur nicht gezeigt) z.B. so dazwischen
gelegt, dass eine Bodenfläche
der Leiterplatte 11 über
einer Bodenplatte 21A des äußeren Gehäuses 21 positioniert
wird. Weiterhin werden Drahtleiter und so weiter, die auf der Leiterplatte 11 verbunden
werden sollen, geeignet aus dem äußeren Gehäuse 21 herausgeführt.
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Dann
wird, wie es in 5 gezeigt ist, in der Situation,
in der die Leiterplatte 11 in das äußere Gehäuse 21 gesetzt ist,
ein wärmeleitendes
Harz 23 zur Wärmeabstrahlung
mit guter Wärmeleitfähigkeit
von einer Harzzuführdüse 22,
die sich über
dem äußeren Gehäuse 21 befindet,
abgegeben, wobei das äußere Gehäuse 21 mit
dem Wärmeleitungs-/Strahlungsharz 23 aufgefüllt wird,
und ein Einbettungsvorgang für
die elektrischen Bauteile gemäss
der vorliegenden Ausführungsform
ist nach dem Aushärten
des wärmeleitenden
Harzes 23 vollendet.
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Als
ein Ergebnis ist, wie es in 6 gezeigt ist,
die eine Querschnittsansicht des Hauptbereichs veranschaulicht,
jedes Relais 13, 14, 15 (das Relais 15 ist
nur in 6 gezeigt) vollständig mit dem wärmeleitenden
Harz 23 versiegelt, und die Sammelschiene 12,
die mit jedem Relais 13, 14, 15 verbunden
und in Kontakt ist, ist ebenfalls mit dem wärmeleitenden Harz versiegelt.
Weiterhin ist die Bodenoberfläche
der Leiterplatte 11 ebenfalls versiegelt, wobei sie kohärent mit
dem wärmeleitenden
Harz 23 in Berührung
ist. Weiterhin sind die thermischen Diffusionsbereiche 16, 17, 18 außerhalb
der gebogenen Bereiche 12A, 12B, 12C der
Sammelschiene 12 in solch einem Zustand versiegelt, dass
sie beabstandet von der Leiterplatte 11 sind und beide
Oberflächen
von ihnen das wärmeleitende
Harz 23 berühren.
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Im
folgenden werden die thermischen Funktionen des Kühlvergusses
für ein
elektrisches Bauteil in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Ausführungsform
beschrieben.
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Da
die Sammelschiene 12 aus einer verhältnismäßig dicken metallischen Platte
gefertigt ist, weist sie einen niedrigen elektrischen Widerstand
auf und erzeugt eine geringe Menge von Wärme, selbst wenn eine große Strommenge,
die zu den Relais 13, 14, 15 zugeführt wird,
durch sie fließt.
Weiterhin wird die Wärme,
die von jedem Relais 13, 14, 15 erzeugt wird,
zu dem Bereich 19 der Sammelschiene 12 durch eine
Bodenoberfläche
jedes Relais geleitet und auch zu den Bereichen 16, 17, 18 der
Sammelschiene 12 durch Seiten von jedem Relais. Die Wärme, die
durch die Sammelschiene 12 geleitet wird, wird nachfolgend über die
Oberfläche
der Sammelschiene zu dem wärmeleitenden
Harz 23 geleitet, und wird abgestrahlt, nachdem sie eine
Oberfläche des
wärmeleitenden
Harzes 23 oder irgendeine äußere Oberfläche des äußeren Gehäuses 21 erreicht hat.
Die Sammelschiene 12 ist ein elektrischer Leiter mit niedrigem
elektrischen Widerstand, ebenso wie ein thermischer Leiter mit einer
hohen thermischen Freigabewirksamkeit aufgrund einer großen Fläche zur
Wärmeleitung
und/oder Diffusion zusammen mit ihrer hohen thermischen Leitfähigkeit.
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Ferner,
da alle die Oberflächen
einer Einbettung jedes Relais 13, 14, 15 das
wärmeleitende
Harz 23 berühren,
wird die Wärme,
die an der Oberfläche der
Einbettung angekommen ist, wirksam in das wärmeleitende Harz 23 absorbiert.
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Ferner
bezieht sich Referenzziffer 24 in 6 auf eine
gelötete
Verbindung zwischen der Sammelschiene 12 und dem Anschlussleiter 15A (13A, 14A),
und da die gelötete
Verbindung 24 mit dem wärmeleitenden
Harz 23 versiegelt ist, kann vermieden werden, dass eine
hohe Temperatur erreicht wird, aufgrund einer herausragenden Wärmeabstrahlungsfunktion.
Daher kann die Qualitätseinbuße der gelöteten Verbindung 24 begrenzt
werden.
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Weiterhin
bezieht sich Referenzziffer 11A in 6 auf das
Leitermuster, das auf der Leiterplatte 11 geformt ist.
Da das Leitermuster 11A ebenfalls mit dem wärmeleitenden
Harz 23 versiegelt ist, kann die Wärme effizient freigegeben werden.
Insbesondere in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Ausführungsform,
da die Sammelschiene 12 die thermischen Diffusionsbereiche 17, 18 hat,
die weg von und parallel zu der Leiterplatte 11 durch den
gebogenen Bereich 12B sind, wird die Wärmefreigabewirksamkeit weiter
verbessert durch die Wärmeströmung durch
die Bereiche 17, 18, die das wärmeleitende Harz auf beiden
Seiten von ihnen berühren.
Weiterhin, da die elektrischen Bauteile, die Leitermuster usw. vollständig in
dem Harz versiegelt sind, kann die elektrische Isolierung auf einem
guten Niveau aufrecht erhalten werden.
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Das
Querschnittsprofil der thermischen Diffusionsbereiche 17, 18 der
Sammelschiene 12 kann modifiziert werden entsprechend einem
thermischen Design und z.B. mehr gebogene Bereiche 12B,
B' (12A,
A') umfassen, wie
es in 7A gezeigt ist, die den thermischen
Diffusionsbereich bilden, der von der Leiterplatte durch die gebogenen
Bereiche 12B, B' beabstandet
ist, in solch einer Gestalt, dass sie sich in der Richtung nicht
parallel zu der Leiterplatte erstrecken, was zu einer Steigerung
der Wärmefreigabeeffizienz
führt,
wie es in 7B gezeigt ist.
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In
jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen führt die
Kombination der raschen thermischen Diffusion durch die Sammelschiene
und der wirksamen thermischen Leitung durch das thermisch leitende
Harz von dem elektrischen Bauteil und der Sammelschiene als eine
sekundäre
Wärmequelle
in Richtung auf das äußere Gehäuse zu einer
hohen thermischen Freigabe und/oder Strahlungseffizienz.
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Zum
Beispiel wird in der oben stehenden Ausführungsform das Versiegeln mit
einem wärmeleitenden
Harz gemacht, aber die Struktur, in der ein im hohen Maß wärmeleitender
Füller
in das wärmeleitende
Harz vermischt ist, kann angewendet werden. Weiterhin die Struktur,
in der eine Anzahl von Vertiefungen auf der Oberfläche des äußeren Gehäuses 21 geformt
sind, dass sie als eine Wärmesenke
wirken, ebenfalls übernommen
werden.
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Wie
es aus der vorstehenden Beschreibung der Erfindung deutlich wird,
kann eine Beschränkung der
thermischen Qualitätseinbuße des elektrischen Bauteils
und der Qualitätseinbuße der Verbindung des
Anschlussbereichs zwischen dem elektrischen Bauteil und der Sammelschiene
erzielt werden, indem die Wärme
eines wärmeabgebenden
elektrischen Bauteils effizient abgegeben wird. Zusätzlich wird
ist gemäss
der Erfindung verhindert, dass die Leiterplatte durch eine verbesserte
Wärmefreigabefähigkeit
größer wird,
wobei das wärmeleitende
Harz verwendet wird. Weiterhin können
die Funktionen, den Feuchtigkeits-Widerstand zu erhöhen und eine elektrische Isolierung
zu erhöhen,
ebenfalls durch Versiegeln des gesamten elektrischen Bauteils mit dem
wärmeleitenden
Harz erzielt werden.
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Wenn
der thermische Diffusionsbereich, der durch Biegen so geformt ist,
dass er entfernt von der Leiterplatte ist und das wärmeleitende
Harz auf beiden Oberflächen
berührt,
kann ein Gebiet der Wärmefreigabe/Strahlung
vergrößert werden,
und eine Steigerung der Wärmeabstrahlung
kann erzielt werden.
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Wenn
der gebogene Bereich die Seite des elektrischen Bauteils berührt, wird
die erzeugte Wärme
von dem elektrischen Bauteil gut in Richtung der Sammelschiene geleitet,
wobei verhindert wird, dass das elektrische Bauteil einen hohen
Anstieg der Temperatur erfährt.
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Wenn
das wärmeleitende
Harz in einem äußeren Gehäuse enthalten
ist, das eine bessere Wärmeabstrahlungs-Charakteristik hat,
kann eine herausragende Wirkung auf das Abstrahlen der Wärme, die
in dem wärmeleitenden
Harz gespeichert ist, nach außen
von dem äußeren Gehäuse erzielt
werden.
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Die
Wärme eines
wärmeabgebenden
elektrischen Bauteils kann wirkungsvoll abgeleitet werden, und eine
thermische Qualitätseinbuße des elektrischen
Bauteils und eine Qualitätseinbuße der Verbindung
von dem verbundenen Bereich zwischen dem elektrischen Bauteil und
der Sammelschiene können vermieden
werden. Zusätzlich
kann vermieden werden, dass die Leiterplatte größer wird, aufgrund einer verbesserten
Wärmeabstrahlungsfähigkeit,
wobei das wärmeleitende
Harz und das äußere Gehäuse verwendet
werden, und ein einfaches Herstellen kann ohne Schwierigkeit bei
niedrigen Kosten durchgeführt
werden, da eine versiegelte Struktur erzielt werden kann, indem
nur das wärmeleitende
Harz in das äußere Gehäuse eingefüllt wird.