DE19722602A1 - Wärmeableitendes Gehäuse zur Aufnahme von elektrischen oder elektronischen Bauteilen - Google Patents
Wärmeableitendes Gehäuse zur Aufnahme von elektrischen oder elektronischen BauteilenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein wärmeableitendes Gehäuse
der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeich
neten Art.
Ein solches aus einem im wesentlichen U-förmigen Strang
preßprofil aus Leichtmetall bestehendes Gehäuse zur Aufnah
me von Halbleiterbauteilen mit Wärmekontaktelementen, die
zur Wärmeableitung mit der Innenseite des U-Profils in Ver
bindung stehen, ist aus der Offenlegungsschrift DE 36 29 552 A1
bekannt. Zur Erzielung eines sicheren Wärmeübergangs
werden bei der bekannten Ausführung die Halbleiterbauteile
mit einem der Seitenteile des U-Profils verschraubt. An
stelle der Verschraubung können in anderer vorbekannter
Bauart auch Federdruckelemente vorgesehen werden, auch ist
es bekannt, entsprechend ausgebildete Leistungshalbleiter
mit Kühlkörpern zu verlöten.
Insgesamt erfordern die bekannten Verbindungstechniken zur
Herstellung eines Wärmekontaktes in einem Gehäuse der in
Rede stehenden Art, gleich, ob sie mechanisch-kraftflüssig
oder stoffschlüssig funktionieren, einen erhöhten Bauteil- und
Montageaufwand, womit zudem noch die Gefahr zusätzli
cher Fehlerquellen verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bin wärmeablei
tendes Gehäuse der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welches
sich nach der Bestückung mit der zumindest einen Leiter
platte so zusammenfügen läßt, daß sich der Wärmekontakt
zwischen dem Wärmekontaktelement der betreffenden Bauteile
und der inneren Kontaktfläche im Kasten-Profil ohne zusätz
lich zu montierende Teile selbsttätig herstellt.
Diese Aufgabe wird bei einem wärmeableitenden Gehäuse der
gattungsbildenden Art nach der Erfindung durch die kenn
zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Für die Erfindung ist wesentlich, daß das zumindest an drei
Seiten aus dem kasten-förmigen Leichtmetall bestehende Ge
häuse zumindest eine entweder schon beim Strangpressen auf
geweitet angeformte oder eine bei der Montage aufweitbare
Seite hat, die nach dem Einbringen der bestückten Leiter
platte mit den daran unter anderem befindlichen elektroni
schen oder elektrischen Bauteilen, die mit je einem Wärme
kontaktelement versehen sind, durch Eindrücken gerichtet
und in ihre Endlage gebracht werden kann, in der sie vor
nehmlich rechtwinklig zu der Grundseite des Kasten-Profils ausgerichtet
ist. Hierbei wird zugleich die thermische Kontaktierung zwischen
den Wärmekontaktelementen der betreffenden Bauteile auf der
Leiterplatte und der Kontaktfläche im Inneren des Gehäuses
hergestellt. Hierbei sind die geometrischen Abmessungen so
gewählt, daß ein solcher Anpreßdruck erzielt wird, der den
thermischen Kontaktwiderstand zwischen den Wärmekontaktele
menten der zu kühlenden Bauteile und der Kontaktfläche im
Inneren des Kasten-Profils minimiert. Gleichzeitig kann
diese Kontaktierung noch zur Herstellung eines Potential
ausgleichs zwischen der Leiterplatte und dem kasten
förmigen Gehäuse mit entsprechenden PE-Schutzkontakten ge
nutzt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an ei
nem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 die Querschnittsdarstellung eines im Querschnitt
U-förmigen Strangpreßprofils aus Leichtmetall
zur Herstellung eines wärmeableitenden Gehäuses,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines
aus dem Strangpreßprofil nach Fig. 1 herge
stellten, komplettierten Gehäuses,
Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines
aus dem Strangpreßprofil nach Fig. 1 hergestell
ten, in anderer Weise komplettierten Gehäuses
und
Fig. 4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines
aus einem im Querschnitt etwa C-förmigen Strang
preßprofil hergestellten, nach Art des Gehäuses
von Fig. 3 komplettierten Gehäuses vor dem
Schließen der richtbaren Gehäuseseite.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein im wesentlichen U-förmiges
Strangpreßprofil 1, das aus Leichtmetall, wie Aluminium,
besteht. Das Profil 1 ist als Kasten-Profil zu bezeichnen,
weil es die Basis für ein kastenförmiges Gehäuse darstellt,
welches die Gestalt eines Quaders oder eines Parallele
pipeds hat und das folglich nach Einfügung von Stirnseiten
rundum durch vier jeweils rechtwinklig zueinander stehenden
Seiten geschlossen ist.
Das U-förmige Kasten-Profil 1 weist eine Grundseite 2 und
daran längsseitig anschließende Flanschseiten 3 und 4 auf,
wobei die in der Darstellung linke Flanschseite 3 recht
winklig zu der Grundseite 2 ausgerichtet ist. Die rechte
Flanschseite 4 des U-Profils 1 ist in der in Fig. 1 ge
zeigten Ausgangslage etwas nach außen aufgeweitet und steht
in einem leicht stumpfen Winkel zur Grundseite 2. Damit er
gibt sich ein sehr spitzer Winkel W zwischen der Lotrechten
auf die Grundseite 2 und der ebenen Flanschseite 4.
Die aufgeweitete Flanschseite 4 ist mit der Grundseite 2
über einem im Querschnitt geschwächten Wandabschnitt 5 ver
bunden, wozu in die Innenecke zwischen der Flanschseite 4
und der Grundseite 2 eine durchlaufende Einbuchtung 6 ein
geformt ist. Der Wandabschnitt 5 kann somit die Funktion
eines Filmscharniers übernehmen und läßt zur Eliminierung
des Neigungswinkels W ein Eindrücken der Flanschseite 4 in
Richtung zum Inneren des U-Profils 1 zu, so daß die
Flanschseite 4 in ihrer gerichteten Endlage parallel zu der
zweiten Flanschseite 3 des U-Profils 1 liegt.
In dem zu der Grundseite 2 hin liegenden Bereich weist die
Flanschseite 4 an ihrer Innenseite ein vorstehendes Druck
teil 7 in Gestalt eines Quersteges auf, dessen Funktion
sich aus Fig. 2 ergibt.
Ferner findet sich an der Grundseite 2 ein einstückig ange
formter, nach innen gerichteter Vorsprung 16, der einen
dreieckigen Querschnitt hat. Die kürzere Seite dieses drei
eckigen Querschnittes bildet eine Kontaktfläche 15, deren
Funktion anhand von Fig. 2 erläutert werden wird. Diese
Kontaktfläche 15, die senkrecht zur Grundseite 2 steht, hat
einen mechanischen Druck aufzunehmen, der nahe der Oberkan
te des Vorsprungs 16 in Höhe des Druckteils 7 an der
Flanschseite 4 aufzunehmen ist. Auch deshalb fällt der
Querschnitt des Vorsprunges 16 auf der der Kontaktfläche 15
abgewandten Seite allmählich bis zur Grundseite 2 hin ab.
Weiter zeigt Fig. 1 noch eine in die Grundseite 2 an der
Innenseite eingeformte Nut 10, die mit geringerem Abstand
vor der Kontaktfläche 15 des Vorsprunges 16 angeordnet ist.
Wie man dazu Fig. 2 weiter entnimmt, ist in diese Nut 10
eine Leiterplatte 12 einsteckbar, die mit einer Vielzahl
von elektrischen oder elektronischen Bauteilen bestückt
werden kann, die im Inneren des U-Profils 1 Platz finden,
jedoch in der Zeichnung nicht wiedergegeben sind. Denn hier
geht es vornehmlich um diejenigen elektronischen Bauteile
13, wie Leistungshalbleiter, die mit Wärmekontaktelementen
14 ausgestattet sind, bei denen es sich um eine Gehäusesei
te oder -fläche des jeweiligen Bauteils 13 handeln kann.
Diese Bauteile 14 sind bei der eingesteckten Leiterplatte
12 bezogen auf die Grundseite 2 des U-Profils 1 in Höhe des
an der Flanschseite 4 sitzenden Druckteils 7 angeordnet,
welches zunächst beim Einsetzen der Leiterplatte 12 auf
grund der geneigten Ausgangslage der Flanschseite 4 einen
Abstand von der Leiterplatte 12 hält. Sitzt die Leiterplatte
12 in der vorbestimmten Einbaulage, wird die zunächst ge
neigte Flanschseite 4 des U-Profils 1 gerichtet, also durch
Schwenken um den Wandabschnitt 5, der somit die Schwenkach
se bildet, in die zur Grundseite 2 senkrechte bzw. zur ge
genüberliegenden Flanschseite 3 parallele Lage gebracht.
Hierbei beaufschlagt das Druckteil 7 an der Innenseite der
Flanschseite 4 die Leiterplatte 12 in Höhe der Bauteile 13
bzw. ihrer Wärmekontaktelemente 14, jedoch auf der von die
sen Bauteilen abgelegenen Seite. Hierdurch werden die Wär
mekontaktelemente 14 der Bauteile 13 gegen die am Vorsprung
16 der Grundseite 2 befindliche Kontaktfläche 15 gepreßt,
womit ein sehr guter Wärmekontakt zur Ableitung der Ver
lustwärme von den Bauteilen 13 in den Vorsprung 16 an der
Grundseite 2 und damit in das gesamte U-Profil 1 besteht.
Auf die gleiche Weise kann auch ein elektrischer Potential
ausgleich zwischen der Leiterplatte 12 und dem U-Profil 1
hergestellt werden.
Die der Grundseite 2 des U-Profils 1 gegenüberliegende Ge
häuseseite wird durch eine Abdeckhaube 8 gebildet, die an
ihrer Innenseite zwischen zwei Stegen eine Nut 11 aufweist,
die der Nut 10 in der Grundseite des U-Profils 1 derart ge
genüberleigt, daß die Leiterplatte 12 in paralleler Aus
richtung mit der gerichteten Flanschseite 4 darin zur wei
teren mechanischen Sicherung eingreifen kann. Die Abdeck
haube 8 übergreift beide Flanschseiten 3 und 4 an ihren Au
ßenseiten, wobei die Abdeckhaube 8 und die Flanschseiten 3
und 4 im Überdeckungsbereich miteinander korrespondierende
Rastelemente 9 haben, damit die Abdeckhaube 8 in einfacher
Weise auf das offene Gehäuse aufgerastet werden kann.
Fig. 3 zeigt ein bestücktes Gehäuses, welches hinsichtlich
des äußeren Aufbaus auf der Basis des U-förmigen Kasten-
Profils 1 der Ausführung nach Fig. 2 entspricht. Im Innern
des Gehäuses ergeben sich Unterschiede insoweit, als hier
die Leiterplatte 12 mit dem daran angeschlossenen Bauteil
13 so angeordnet ist, daß das Druckteil 7 an der richtbaren
Flanschseite 4 das Bauteil 13 unmittelbar beaufschlagen und
gegen den anders ausgebildeten Vorsprung 16 an der Grund
seite 2 verspannen kann. Das Bauteil 13 ist über verlänger
te Anschlußfahnen 17 an der Leiterplatte 12 angeschlossen,
die nahe der nicht richtbaren Flanschseite 3 sowie parallel
zu dieser angeordnet ist. Die Kontaktfläche 15 des Vor
sprungs 16 an der Grundseite 2 erstreckt sich in einer Ebe
ne, die senkrecht auf der Flanschseite 3 sowie auf der ge
richteten Flanschseite 4 steht. Das Druckteil 7 an der
richtbaren Flanschseite 4 wirkt bei dieser Ausführung als
Hebel und beaufschlagt das Bauteil 13 an der von der Grund
seite 2 des Profils 1 abliegenden Oberseite. Beim Ver
schwenken der richtbaren Flanschseite 4 ergibt sich am Ende
des Druckteils 7 ein Drehmoment, mit dem die Anpreßkraft
erzeugt wird, mit dem das Wärmekontaktelement 14 am Bauteil
13 gegen die Kontaktfläche 15 verspannt wird. Um die Biege
spannungen im Druckteil 7 an der richtbaren Flanschseite 4
in Grenzen zu halten, ist das Druckteil 7 derart an der In
nenseite der richtbaren Flanschseite 4 vorstehend angeord
net, daß es in der gerichteten Endlage der Flanschseite 4
zum Bauteil 13 hin geneigt angeordnet ist. An dem das Bau
teil 13 beaufschlagenden Ende des Druckteils 7 kann zudem
noch eine Abwinklung 18 vorgesehen sein, die senkrecht zum
Wärmekontaktelement des Bauteils 13 bzw. senkrecht zur Kon
taktfläche 15 am Vorsprung 16 der Grundseite 2 gerichtet
ist.
Fig. 4 zeigt eine Gehäuseausführung, deren innerer Aufbau
dem Gehäuse von Fig. 3 entspricht. Hier wird also auch das
zu kühlende Bauteil 13 unmittelbar beaufschlagt, um es ge
gen die gehäuseseitige Kontaktfläche 15 zu verspannen. Das
das Kasten-Profil 1 bildende Strangpreßprofil ist hier je
doch im wesentlichen C-förmig ausgebildet, was bedeutet,
daß die vierte Umfangsseite einstückig mit den übrigen Um
fangsseiten ist. So gibt es auch hier eine Grundseite 2,
eine erste rechtwinklig dazu stehende Seite 3, die an der
Grundseite richtbar angeordnete Seite 4 und gegenüberlie
gend der Grundseite 2 eine Deckseite 19. Im Grunde genommen
ersetzt die Deckseite 19 des C-förmigen Kasten-Profils 1
die Abdeckhaube des U-förmigen Kasten-Profils 1 nach den
vorherigen Figuren. Die Zugänglichkeit zum Innern des C-förmigen
Kastenprofils 1 muß durch einen entsprechend gro
ßen Öffnungswinkel W der richtbaren Seite 4 sichergestellt
werden, ansonsten erfolgt das Verschwenken der richtbaren
Seite 4 unter gleichzeitiger Herstellung des Wärmeableit
kontaktes für das Bauteil 13 in gleicher Weise wie bei den
vorstehend beschriebenen Ausführungen. Hierbei kann die
richtbare Seite 4 mit der Deckseite 19 verrastet werden,
entsprechend sind an den freien Enden der richtbaren Seite
4 und der Deckseite 19 Rastmittel 9 vorhanden. Eine separat
fügbare Abdeckhaube kann somit bei dieser Ausführung mit C-förmigem
Kasten-Profil 1 entfallen.
Claims (14)
1. Wärmeableitendes Gehäuse zur Aufnahme zumindest einer
Leiterplatte mit wenigstens einem elektrischen oder
elektronischen, mit einem Wärmekontaktelement versehenen
Bauteil, bestehend aus einem im Querschnitt im wesentli
chen kastenförmigen Strangpreßprofil aus Leichtmetall
mit innenseitigen Aufnahmekonturen für die Leiterplatte
und mit einer Kontaktfläche zur Anlage des Wärmekontak
telementes des betreffenden Bauteils,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Ausgangslage zumindest eine der Seiten (3,
4) relativ zur Grundseite (2) und/oder zur gegenüber
liegenden Seite (4, 3) des Kasten-Profils (1) aufweit
bar oder aufgeweitet und die Leiterplatte (12) mit
dem Bauteil (13) darin so angeordnet ist, daß mit dem
Richten der betreffenden Seite (3, 4) in ihre Endla
ge unter Druckbeaufschlagung des Bauteils (13) dessen
Wärmekontaktelement (14) gegen die Kontaktfläche (15)
gepreßt ist.
2. Gehäuse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Aufweiten und/oder Richten die betreffende Seite
(4) mit der Grundseite (2) des Kasten-Profils (1) über
einen nach Art eines Filmscharniers verformbaren Wandab
schnitt (5) verbunden ist.
3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die richtbare Flanschseite (4) des U-Profils (1) ein
vorstehendes Druckteil (7) hat, welches in der gerichte
ten Endlage der Seite (4) das Bauteil (13) entweder
unmittelbar oder mittelbar über die zwischen dem Druck
teil (7) und dem Bauteil (13) angeordnete Leiterplatte
(12) beaufschlagt.
4. Gehäuse nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Wärmekontaktelement (14) des Bauteils (13) an
der der richtbaren Seite (4) des Kasten-Profils (1) ab
gewandten Seite der Leiterplatte (12) angeordnet ist und
sich die Kontaktfläche (15) an der Grundseite (2)
und/oder an der gegenüberliegenden Seite (3) des Kasten-
Profils (1) befindet.
5. Gehäuse nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest das Wärmekontaktelement (14) des Bauteils
(13) oder das gesamte Bauteil 13 an der der richtbaren
Seite (4) des Kasten-Profils (1) zugewandten Seite der
Leiterplatte (12) angeordnet ist und in der Endlage das
Druckteil (7) der richtbaren Flanschseite (4) das Bau
teil (13) oder wenigstens dessen Wärmekontaktelement
(14) gegen die an der Grundseite (2) des Kasten-Profils
(1) befindliche Kontaktfläche (15) verspannt.
6. Gehäuse nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktfläche (15) an einem massiven, mit der
Grundseite (2) einstückigen Vorsprung (16) im Inneren
des Kasten-Profils (1) angeordnet ist.
7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 4-6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterplatte (12) im Kasten-Profil (1) parallel
zu der in der Endlage befindlichen, richtbaren Seite (4)
angeordnet ist.
8. Gehäuse nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zumindest eine Wärmekontaktelement (14) des we
nigstens einen Bauteils (13) an oder nahe dem zur
Grundseite (2) des Kasten-Profils (1) hin liegenden Ende
der Leiterplatte (12) angeordnet ist.
9. Gehäuse nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktfläche (15) am Vorsprung (16) an der
Grundseite (2) des Kasten-Profils (1) parallel zur Lei
terplatte (12) sowie zum Kontaktelement (14) an dem je
weiligen Bauteil (13) ist und der Vorsprung (16) ei
nen sich zur Kontaktfläche (15) hin vergrößernden Quer
schnitt hat.
10. Gehäuse nach einem der Ansprüche 6-8
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktfläche (15) am Vorsprung (16) an der
Grundseite (2) des Kasten-Profils (1) senkrecht zu den
Seiten (3, 4) liegt und das Druckteil (7) an der richt
baren Seite (4) geneigt zu der Kontaktfläche (4) in der
Spannlage angeordnet ist.
11. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-10,
dadurch gekennzeichnet
daß auf das Kasten-Profil U-förmig ist und darauf eine
dessen als Flanschseiten ausgebildeten Seiten (4, 3)
außenseitig übergreifende Abdeckhaube (8) aufsetzbar
ist.
12. Gehäuse nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abdeckhaube (8) im Übergriffsbereich und außen
seitig die Seiten (3, 4) des U-förmigen Kasten-Profils
(1) miteinander korrespondierende Rastmittel (9) aufwei
sen.
13. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kastenprofil (1) im wesentlichen C-förmig ist
und der Grundseite (2) eine an der einen Seite (3) abge
winkelte Deckseite (19) gegenüberliegt, welche die mit
der richtbaren Seite (4) zusammenwirkenden Rastmittel
(9) aufweist.
14. Gehäuse nach einem der Ansprüche 11-13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abdeckhaube (8) bzw. die Deckseite (19) und die
Grundseite (2) des Kasten-Profils (1) einander gegen
überliegende Nuten (11, 10) zur Aufnahme der Leiterplat
te (12) haben.
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