DE10052191C1 - Kühlanordnung und Verfahren zum Herstellen derselben - Google Patents
Kühlanordnung und Verfahren zum Herstellen derselbenInfo
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Abstract
Eine Kühlanordnung weist eine Kühlplatte (3), eine parallel zur Kühlplatte beabstandete Leiterplatte (4) und wenigstens zwei zu kühlende elektronische Bauelemente (2) auf, die zwischen der Kühlplatte (3) und der Leiterplatte (4) angeordnet sind. Die Bauelemente (2) werden mit einem an die Kühlplatte (3) montierten Andrückelement (1) an die Kühlplatte gepresst. Das Andrückelement (1) weist einen Rahmen und zwei innerhalb des Rahmens ausgebildete Federzungen (13) auf.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung mit einer Kühlplat
te, wenigstens zwei zu kühlenden elektronischen Bauelementen
und einer Leiterplatte sowie ein Verfahren zu deren Herstel
lung.
Aus der Offenlegungsschrift DE 43 42 553 A1 ist eine Klemmfe
der mit einer großflächigen Wärmeaufnahmefläche für ein e
lektronisches Bauteil bekannt. Die Klemmfeder wird über den
Rand einer Leiterplatte geschoben.
Das Gebrauchsmuster DE 87 07 370 U1 betrifft eine Vorrichtung
zum Befestigen eines elektronischen Bauelements an einem
Kühlblech. Das an eine Leiterplatte gelötete Bauelement ist
teilweise von einem Kunststoffelement umgeben. Mittels einer
auf das Kunststoffteil einwirkenden federnden Klammer wird
das Bauelement mit seinem Metallteil gegen das Kühlblech ge
drückt. Zwischen dem Kühlblech und dem Bauelement ist eine
wärmeleitfähige Isolierfolie angeordnet.
Es ist das Ziel der Erfindung, eine Kühlanordnung und ein
Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, die eine be
sonders einfache Handhabung für eine Mehrzahl von zu kühlen
den elektronischen Bauelementen erlauben.
Dieses Ziel wird mit einer Kühlanordnung und einem Herstel
lungsverfahren erreicht, wie sie in den unabhängigen Ansprü
chen definiert sind. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin
dung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Da das Andrückelement einen Rahmen mit einer Mehrzahl von Fe
derzungen aufweist, können mit einem einzigen Andrückelement
in der Kühlanordnung eine Mehrzahl von elektronischen Bauele
menten an die Kühlplatte gepresst werden.
Für die Herstellung eines optimalen thermischen Pfads zwi
schen den Bauelementen und der Kühlplatte sind weder Freispa
rungen in der Leiterplatte noch eine periphere Anordnung der
Bauelemente notwendig. Beim Layout der Leiterplatte brauchen
daher keine Kompromisse zugunsten der Kühlung der elektroni
schen Bauelemente eingegangen werden.
Die Kühlanordnung lässt sich besonders kompakt, Fläche spa
rend und flach aufbauen, da die Kühlplatte auf der Seite der
Leiterplatte angeordnet ist, die mit den zu kühlenden elekt
ronischen Bauelementen bestückt ist, und mit den elektroni
schen Bauelementen flächig kontaktiert ist. Ferner ist die
Wärmeableitung von den zu kühlenden Bauelementen optimiert,
weil zwei effiziente thermische Pfade zur Verfügung stehen.
Ein thermischer Pfad führt von dem Bauelement unmittelbar auf
die Kühlplatte, eventuell unter Vermittlung einer vorzugswei
se isolierenden Wärmeleitschicht. Der zweite thermische Pfad
führt über das Bauelement und das Andrückelement ebenfalls
auf die Kühlplatte, und zwar auf dieselbe Seite auf der die
zu kühlenden Bauelemente platziert sind. Durch den zweiten
thermischen Pfad verwirklicht das Andrückelement neben seiner
Primärfunktion "Andrücken an die Kühlplatte" eine Sekundär
funktion.
Die Kühlanordnung gewährleistet auch unter Vibration einen
zuverlässigen, großflächigen Kontakt der zu kühlenden elekt
ronischen Bauelemente mit der Kühlplatte. Auch ist eine Nach
bearbeitung zum Ausgleich von Toleranzen, die beispielsweise
durch unterschiedliche Bauhöhen der zu kühlenden Bauelemente
bedingt sind, nicht erforderlich. Die in den Deckeln angeord
neten Federzungen können ohne Beeinflussung der Primärfunkti
on des Andrückelements, nämlich dem Andrücken der Bauelemen
te, überdehnt werden, so dass eine plastische Verformung ent
steht. Der in der Federzunge verbleibende elastische Bereich
sorgt, trotz des flachen Aufbaus der Kühlanordnung, für den
Erhalt der Primärfunktion. Das Andrückelement kann lösbar
ausgebildet sein, so dass Reparaturen möglich sind.
Die Kühlanordnung eignet sich daher für alle Arten der Leis
tungselektronik, bei der einzelne Leistungsbauteile einge
setzt werden, wie beispielsweise bei der elektromechanischen
Bremse (brake by wire) oder der elektromechanischen Lenkung
(steering by wire).
Ferner kann die Kühlanordnung in Steuergeräten von Kraftfahr
zeugen, bei denen hohe Verlustleistungen abgeführt werden
müssen, vorteilhafte Verwendung finden. Insbesondere kann die
Kühlanordnung in Steuergeräten für Kurbellwellen-
Startergeneratoren oder für elektromechanische Ventilsteue
rungen, in Motorsteuergeräten und Getriebesteuergeräten ein
gesetzt werden.
Weiter Vorteile, Ausgestaltungen und Anwendungsmöglichkeiten der Er
findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Andrückelement,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Kühlanordnung mit dem
Andrückelement der Fig. 1 und
Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht der Kühlanordnung.
Fig. 1 veranschaulicht ein Andrückelement 1 in Form einer.
Federleiste, das aus einem Federblech gestanzt ist. Das An
drückelement 1 weist einen im wesentlichen umlaufenden Rahmen
11 und zwei mit dem Rahmen verbundene, gegenüberliegende
klappenartige Deckel 12 auf. In den Deckeln 12 sind eine
Vielzahl von gegenüberliegenden Federzungen 13 in zwei Reihen
ausgebildet. Die Reihen der Federzungen liegen einander ge
genüber. Die Federzungen 13 dieser beiden Reihen können auch
gegeneinander versetzt sein. Zwischen den Federzungen 13 des
Deckels 12 erstrecken sich Stege, so dass sich eine hohe
Steifigkeit für das Andrückelement und dessen federnde Be
standteile ergibt.
Die Deckel 12 und die Federzungen 13 sind innerhalb des Rah
mens 11 angeordnet. Eine Kontaktfläche 14 ist parallel zu den
Deckeln 12 angeordnet. Die Deckel 12 lassen eine zentrale
Öffnung 15 für Anschlusselemente 21 von zu kühlenden elektro
nischen Bauelementen 2 frei.
Die beiden dargestellten Kontaktflächen 14 liegen großflächig
auf einer Kühlplatte 3 auf. Die Kontaktflächen 14 weisen Boh
rungen zur Befestigung mittels Schrauben oder Nieten auf. Die
Kühlplatte 3 besteht aus Aluminium-Druckguss. Als Kühlplatte
eignet sich aber auch ein dünnes metallisches Blech.
Da jede Federzunge 13 dazu bestimmt ist, ein elektronisches
Bauelement 2 an die Kühlplatte 3 zu drücken, kann ein An
drückelement eine Vielzahl von zu kühlenden Bauelementen 2
aufnehmen. Die Bauelemente 2 können entweder direkt oder un
ter Vermittlung einer Wärmeleitschicht auf der Kühlplatte
platziert sein.
Fig. 2 zeigt eine Kühlanordnung mit der Kühlplatte 3 und ei
ner hierzu parallel ausgerichteten Leiterplatte 4. Zwischen
der Kühlplatte 3 und der Leiterplatte 4 sind die zu kühlenden
Bauelemente 2 und das Andrückelement 1 angeordnet. Die elekt
ronischen Bauelemente 2 sind über eine elektrisch isolierende
Wärmeleitschicht 31 oder Wärmeleitfolie auf einem von der
Grundplatte abragenden Sockel 32 angeordnet.
Die Wärmeleitschicht besteht aus einem elastomeren Bindemit
tel, das mit einem wärmeleitenden Füllmittel verbunden ist.
Dieses wird als Schicht auf einem Träger aufgebracht. Die
Wärmeleitschicht lässt sich aus einer Vielzahl von verschie
denen Materialien konstruieren, beispielsweise aus Glasfaser
stoff, Silikongummi, Polyimid-Film, Polyester-Film und Füllmittel
zur Leistungssteigerung. Beim Aushärten der Wärmeleit
schicht werden die Bauelemente 2 an die Kühlplatte geklebt.
Da die Befestigung des Andrückelements 1 auf der Kühlplatte 3
neben dem Sockel 32 erfolgt, werden beim Befestigungsvorgang
die Federzungen 13 gegenüber den elektronischen Bauelementen
2 und der Kühlplatte 3 gespannt. Somit können die Federzungen
13 eine Federkraft auf die Bauelemente 2 in Richtung der
Kühlplatte 3 hin und von der Leiterplatte 4 weg ausüben.
Dabei ist erkennbar, dass die Federzungen leicht S-förmig aus
der Ebene der Deckel 12 heraus und in Richtung zur Kontakt
fläche 14 gebogen sind.
Die Bauelemente 2 sind bedrahtete Leistungstransistoren, de
ren Anschlusselemente 21 senkrecht zur Kühlplatte 3 und zur
Leiterplatte 4 ausgerichtet sind. Die Anschlusselemente 21
sind durch Bohrungen der Leiterplatte geführt und an Lötstel
len 41 an Leiterbahnen der Leiterplatte 4 gelötet.
Fig. 3 veranschaulicht das an der Kühlplatte 3 befestigte,
einstückig ausgebildete Andrückelement 1, aus dessen zentra
ler Öffnung die Anschlusselemente 21 heraus- und durch Boh
rungen der Leiterplatte 4 hindurchragen.
Die Leiterplatte 4 wird alleine von den an der Kühlplatte 3
fixierten elektronischen Bauelementen 2 gehalten.
Beim Herstellen der Kühlanordnung wird zunächst das Andrück
element 1 auf die Bestückungsseite der Leiterplatte 4 gelegt.
Anschließend werden die elektronischen Bauelemente so auf die
Federzungen 13 gelegt, dass die Anschlusselemente 21 der Bau
elemente durch die zentrale Öffnung des Andrückelements 1
hindurch und an Lötstellen auf der Leiterplatte 2 gebracht
werden. Die Lötstellen sind auf der Seite der Leiterplatte 2,
die der Bestückungsseite mit den elektronischen Bauelementen
gegenüberliegt.
Nachfolgend werden die elektronischen Bauelemente 2 an die
Leiterplatte 4 gelötet. Die Leiterplatte 4 wird dann gewendet
und mit der Bestückungsseite zusammen mit dem Andrückelement
1 und den Bauelementen 2 auf die Kühlplatte gesetzt. Danach
wird das Andrückelement 1 an der Kühlplatte befestigt. Dies
kann durch eine Befestigung auf der Kühlplatte 3 selbst oder
seitlich hiervon erfolgen. Die Befestigung des Andrückele
ments 1 erfolgt nicht auf der Leiterplatte 4, sondern
beabstandet hiervon. Zur Befestigung des Andrückelements auf
der Kühlplatte 2 können in der Leiterplatte 4 Bohrungen zum
Durchführen eines Schraub- oder Nietwerkzeugs vorgesehen
sein.
Das Andrückelement 1 wird als ein einziges, einstückiges Teil
aus einem Federblech gestanzt. Beim Stanzvorgang werden die
Federzungen freigestanzt. Durch Biegen des Stanzteils erhält
das Andrückelement seine dreidimensionale Gestalt mit einem
stegförmigen Rahmen und vom Rahmen 11 im wesentlichen senk
recht abragenden Deckeln 12 und Kontaktflächen 14. Dabei ra
gen Deckel 12 und Kontaktflächen 14 - durch die Höhe des Rah
mens 11 beabstandet - in entgegengesetzte Richtungen.
1
Andrückelement
11
Rahmen
12
Deckel
13
Federzunge
14
Kontaktfläche
15
Öffnung
2
elektronisches Bauelement
21
Anschlusselement
3
Kühlplatte
31
Wärmeleitschicht
32
Sockel
4
Leiterplatte
41
Lötstelle
Claims (12)
1. Kühlanordnung, die aufweist:
eine Kühlplatte (3),
eine parallel zur Kühlplatte (3) angeordnete und von dieser beabstandete Leiterplatte (4),
wenigstens zwei zwischen der Leiterplatte (4) und der Kühl platte (3) angeordnete, zu kühlende elektronische Bauele mente (2), die auf der Kühlplatte (3) unter Ausbildung ei nes flächigen Kontakts platziert sind und die mittels An schlusselementen (21) elektrisch mit der Leiterplatte (4) kontaktiert sind,
ein an der Kühlplatte (3) montiertes, metallisches Andrück element (1) mit einem Rahmen (11) und wenigstens zwei in nerhalb des Rahmens ausgebildeten Federzungen (13), die die elektronischen Bauelemente (2) an die Kühlplatte (3) pres sen.
eine Kühlplatte (3),
eine parallel zur Kühlplatte (3) angeordnete und von dieser beabstandete Leiterplatte (4),
wenigstens zwei zwischen der Leiterplatte (4) und der Kühl platte (3) angeordnete, zu kühlende elektronische Bauele mente (2), die auf der Kühlplatte (3) unter Ausbildung ei nes flächigen Kontakts platziert sind und die mittels An schlusselementen (21) elektrisch mit der Leiterplatte (4) kontaktiert sind,
ein an der Kühlplatte (3) montiertes, metallisches Andrück element (1) mit einem Rahmen (11) und wenigstens zwei in nerhalb des Rahmens ausgebildeten Federzungen (13), die die elektronischen Bauelemente (2) an die Kühlplatte (3) pres sen.
2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Andrückelement (1) wenigstens zwei Reihen mit Feder
zungen (13) aufweist.
3. Kühlanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass das Andrückelement (1) zwei gegenüber
liegende Deckel (12) aufweist, in denen die Federzungen (13)
angeordnet sind.
4. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass das Andrückelement (1) einstückig
ausgebildet ist.
5. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass das Andrückelement (1) wenigstens
eine zentrale Öffnung (15) zur Aufnahme der Anschlusselemente
(21) der elektronischen Bauelemente (2) aufweist.
6. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass der Rahmen (11) des Andrückele
ments (1) im wesentlichen umlaufend ist und großflächig mit
der Kühlplatte (3) kontaktiert ist.
7. Kühlanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass das Andrückelement (1) eine parallel zu
den Deckeln (12) ausgebildete Kontaktfläche (14) aufweist, an
der das Andrückelement (1) mit der Kühlplatte (3) befestigt
wird.
8. Kühlanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kühlplatte einen Sockel (32) auf
weist auf dem die elektronischen Bauelemente (2) angeordnet
sind, und dass die Kontaktfläche (14) die Kühlplatte außer
halb des Sockels (32) kontaktiert.
9. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement (2)
über eine Wärmeleitschicht (31) elektrisch von der Kühlplatte
(3) isoliert ist und thermisch mit der Kühlplatte (3) gekop
pelt ist.
10. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (4) alleine von
den elektronischen Bauelementen (2) gehalten wird.
11. Verfahren zum Herstellen einer Kühlanordnung nach einem
der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten:
- - das Andrückelement (1) wird auf die Leiterplatte (4) ge legt,
- - die elektronischen Bauelemente (2) werden auf die Federzun gen (13) des Andrückelements (1) gelegt, wobei die An schlusselemente (21) durch die zentrale Öffnung (15) ge steckt und an Lötstellen (41) der Leiterplatte (4) gebracht werden,
- - die elektronischen Bauelemente (2) werden an die Leiter platte (4) gelötet,
- - die Leiterplatte (4) wird mit der Seite, die mit den elekt ronischen Bauelementen (2) bestückt ist, auf die Kühlplatte (3) gelegt,
- - das Andrückelement (1) wird auf der Kühlplatte (3) befes tigt.
12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge
kennzeichnet, dass das Andrückelement (1) aus einem Feder
blech gestanzt und dabei mit den Federzungen (13) versehen
wird, und dass das Andrückelement (1) anschließend durch Bie
gen mit einem Rahmen (11) ausgestattet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000152191 DE10052191C1 (de) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | Kühlanordnung und Verfahren zum Herstellen derselben |
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DE2000152191 DE10052191C1 (de) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | Kühlanordnung und Verfahren zum Herstellen derselben |
Publications (1)
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---|---|
DE10052191C1 true DE10052191C1 (de) | 2001-11-15 |
Family
ID=7660538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000152191 Expired - Lifetime DE10052191C1 (de) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | Kühlanordnung und Verfahren zum Herstellen derselben |
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R071 | Expiry of right |