DE4040288C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Elektronik-Baugruppe mit
Metallgehäuse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine solche Elektronik-Baugruppe ist aus der deutschen
Gebrauchsmusterschrift 81 08 938 bekannt. Im Metallgehäuse
befindet sich eine Leiterplatte, die mit
Halbleiterbauelementen bestückt ist. Zur Kühlung von
Halbleiterbauelementen mit hoher Verlustleistung sind
Wärmeübertragungskörper, dort Wärmeleitstäbe genannt,
vorgesehen. Sie werden durch Federclips an die Rückseite der
Halbleiterbauelemente angedrückt. Dazu umgreifen die
Federclips jeweils zwei gegenüberliegende Ränder des
jeweiligen Halbleiterbauelementes. So wird die in den
Halbleiterbauelementen entstehende Wärme an das Metallgehäuse
und von da an die umgebende Luft abgegeben.
Nachteilig ist, daß die zwei von dem Federclip umgriffenen
Ränder des jeweiligen Halbleiterbauelementes frei von
Lötfahnen sein müssen. Es muß außerdem zwischen dem
Halbleiterbauelement und der Leiterplatte ein Abstand
bestehen.
Diese Voraussetzungen sind bei den Pin Grid Array-Gehäusen
für Halbleiterbauelemente mit hochintegrierten Schaltungen
erfüllt. Daneben gibt es aber weitere Gehäuseformen, bei
denen diese Voraussetzungen nicht gegeben sind und die
deshalb in die bekannte Elektronik-Baugruppe nicht eingebaut
werden können, wenn die Halbleiterbauelemente mit einer hohen
Verlustleistung betrieben werden sollen.
Einige der bei Halbleiterbauelementen mit hochintegrierten
Schaltungen gebräuchlichen Gehäuseformen sind in der
Druckschrift "PACKAGING OUTLINES AND DIMENSIONS" der Fa.
Intel Corporation, 3065 Bowers Avenue, Santa Clara, CA 95051,
(Order Number: 231369-004) beschrieben. Die schon erwähnten
Pin Grid Array-Gehäuse findet man auf den Seiten 4-1 bis 4-5.
Gehäuse, die an allen Rändern Lötfahnen aufweisen und deshalb
zum Einbau in die bekannte Elektronik-Baugruppe nicht in
Frage kommen, sind auf den Seiten 6-2, 8-1 bis 8-8, 10-1 bis
10-5, 11-1 bis 11-12 sowie 12-2 beschrieben. Es handelt sich
um Quad Pack-, Cerquad-, Plastic Quad Flat Pack-, Plastic
Leaded Chip Carrier- und Plastic Flatpack-Gehäuse. Für die
Plastic Leaded Chip Carrier-Gehäuse ist die Abkürzung PLCC-
Gehäuse üblich.
Der Erfindung liegt folgende Aufgabe zugrunde: Es soll eine
Elektronik-Baugruppe der obigen Art angegeben werden, bei der
die mit hoher Verlustleistung betriebenen und an allen
Rändern mit Lötfahnen versehenen Halbleiterbauelemente flach
an beliebiger Stelle auf der Leiterplatte liegend eingebaut
sind.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre gemäß dem Patentanspruch 1
gelöst.
Der Anspruch 2 lehrt eine vorteilhafte Weiterbildung.
Die Verwendung eines Wärmeübertragungskörpers, der aus einem
Grundkörper und einem darin geführten Stempel besteht, zur
Kühlung eines Halbleiterbauelementes ist aus der deutschen
Offenlegungsschrift 37 35 985 bekannt. Statt
"Wärmeübertragungskörper" wird dort der Ausdruck
"wärmeleitender Modul" gebraucht. Nachteilig ist, daß eine
Kühlwirkung erst nach völligem Zusammenbau der Elektronik-
Baugruppe möglich ist. Damit ist z. B. ein Testbetrieb vor
dem völligen Zusammenbau nicht möglich.
Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 77 40 059 ist eine
weitere Möglichkeit der Wärmeableitung von einem
Halbleiterelement über einen Wärmeübertragungskörper an ein
Gehäuse bekannt. Das Halbleiterbauelement weist nur eine
Lötfahne und einen Gewindebolzen auf. Mit diesem
Gewindebolzen ist es sowohl mit der Leiterplatte als auch mit
dem Wärmeübertragungskörper verschraubt.
Aus der deutschen Patentschrift 32 37 878 ist eine
Elektronik-Baugruppe bekannt, bei der ebenfalls eine mit
Halbleiterbauelementen bestückte Leiterplatte in einem
Metallgehäuse eingebaut ist und bei der die Verlustwärme vom
jeweiligen Halbleiterbauelement über einen
Wärmeübertragungskörper, dort als Gewindebolzen bezeichnet, an
das Metallgehäuse abgeführt wird. Das Halbleiterbauelement
ist eine integrierte Schaltung in einem Gehäuse, dessen
Ränder Lötfahnen aufweisen. Der Wärmeübertragungskörper ist
an das Halbleiterbauelement angelötet oder angeklebt. Dadurch
wird ein Auswechseln des Halbleiterbauelementes sehr
erschwert, denn es muß an ein handelsübliches
Halbleiterbauelement zunächst ein Gewindebolzen angelötet
oder angeklebt werden.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 27 25 340 ist eine
weitere Elektronik-Baugruppe bekannt, bei der eine mit
Halbleiterbauelementen bestückte Leiterplatte in einem
Metallgehäuse eingebaut ist. Die Verlustwärme wird vom
jeweiligen Halbleiterbauelement unmittelbar, also ohne einen
Wärmeübertragungskörper, an das Metallgehäuse abgeführt. Dazu
sind an den Boden des Metallgehäuses Befestigungsvorsprünge
angegossen, an denen das Halbleiterbauelement angenietet ist.
Als Halbleiterbauelemente kommen nur solche in Frage, deren
Gehäuse einen zur Wärmeableitung und Befestigung
ausgebildeten Flansch aufweisen.
Die Erfindung wird anhand von in den Fig. 1 bis 8
dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei die in
der folgenden Tabelle angegebene Zuordnung gilt.
Ausführungsbeispiel | |
Figuren | |
1|1 und 2 | |
2 | 2 und 4 |
3 | 5 und 6 |
4 | 7 und 8 |
In den Fig. 1, 3, 5 und 7 ist jeweils ein Ausschnitt aus
der erfindungsgemäßen Elektronik-Baugruppe dargestellt. In
den Fig. 2, 4, 6 und 8 ist ein in dem jeweiligen
Ausführungsbeispiel vorgesehener Wärmeübertragungskörper im
Detail dargestellt.
Es wird zunächst die Fig. 1 beschrieben. In ihr bedeuten:
MG | |
ein Metallgehäuse | |
LP | eine Leiterplatte |
IC | ein Halbleiterbauelement |
AF | Anschlußfahnen |
GK | ein Grundkörper |
FS | eine Federscheibe |
St | ein Stempel |
De | ein Deckel |
KR | Kühlrippen |
B₁ . . . B₄ | Beine |
S₁ . . . S₃ | Schrauben |
DR | eine Distanzrolle |
Die Leiterplatte LP ist parallel zum Boden des Metallgehäuses
MG in dieses eingebaut. Als Beispiel für die Befestigung ist
die Schraube S3 und die Distanzrolle DR dargestellt. Auf der
Leiterplatte LP sind Halbleiterbauelemente montiert. Als
Beispiel ist hier eines in der Form eines PLCC-Gehäuses
dargestellt. Zur zusätzlichen Kühlung ist ein
Wärmeübertragungskörper vorgesehen, der aus dem Grundkörper
GK, dem Stempel St und der Federscheibe FS besteht. Der
Stempel St ist in einem Sackloch des Grundkörpers GK geführt.
Im Spalt zwischen der Mantelfläche des Stempels St und der
Innenwand des Sackloches ist Wärmeleitpaste eingebracht.
Einzelheiten des Wärmeübertragungskörpers werden anhand der
Fig. 2 beschrieben. Mit EL ist ein Entlüftungsloch
bezeichnet. Der Grundkörper GK, und damit auch der
Wärmeübertragungskörper, weist zwei lange Beine B1 und B2
sowie zwei kurze Beine B3 und B4 auf.
Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, ist der
Wärmeübertragungskörper mit den langen Beinen B1 und B2 am
Boden des Metallgehäuses befestigt. Zur Befestigung dienen
Schrauben, von denen nur die Schraube S1 dargestellt ist. In
der Leiterplatte LP sind Durchbrüche vorgesehen, durch die die
langen Beine hindurch ragen. Mit den kurzen Beinen B3 und B4
ist der Wärmeübertragungskörper an der Leiterplatte LP
befestigt. Zur Befestigung dienen auch Schrauben, von denen
nur die Schraube S2 dargestellt ist.
Der Wärmeübertragungskörper weist also Befestigungsmittel der
ersten Art und diejenigen der zweiten Art auf. Die
Befestigungsmittel der ersten Art bestehen aus den langen
Beinen B1 und B2 und sind zur Befestigung am Metallgehäuse
ausgebildet. Die Befestigungsmittel der zweiten Art bestehen
aus den kurzen Beinen B3 und B4 und sind zur Befestigung an
der Leiterplatte LP ausgebildet.
Durch die Verwendung von Schrauben und die entsprechende
Ausbildung der Befestigungsmittel der ersten und der zweiten
Art bestehen lösbare Verbindungen zwischen dem
Wärmeübertragungskörper einerseits und dem Metallgehäuse MG
bzw. der Leiterplatte LP andererseits.
Der Stempel St wird durch die Federscheibe FS auf die
Rückseite des Halbleiterbauelementes IC gedrückt. So wird die
in ihm entstehende Wärme über den Stempel St, dem Grundkörper
GK und den Befestigungsmitteln der ersten Art an das
Metallgehäuse MG abgeleitet und von dort an die umgebende Luft
abgegeben. Dazu sind die Kühlrippen KR vorgesehen und der
Boden des Metallgehäuses genügend dick ausgebildet. Die
Befestigungsmittel der ersten Art sind also auch zur
Wärmeübertragung vom Grundkörper GK zum Metallgehäuse MG
ausgebildet.
Im Ausführungsbeispiel 2 weist der Grundkörper auch 4 Beine
auf, jedoch ist jedes Bein so ausgebildet, daß es sowohl als
Befestigungsmittel der ersten Art als auch als
Befestigungsmittel der zweiten Art wirkt. Das wird dadurch
erreicht, daß die Beine abgestuft ausgebildet sind, wobei die
Stufe Su das Befestigungsmittel der zweiten Art bildet.
Im Ausführungsbeispiel 3 ist anstelle der Federscheibe FS eine
Blattfeder BF vorgesehen. Dementsprechend weist der
Grundkörper GK kein Sackloch sondern ein Durchgangsloch zur
Führung des Stempels St auf.
In den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 wird die zum Andrücken
des Stempels St an das Halbleiterbauelement erforderliche
Federkraft durch eigens dafür vorgesehene Federn (Federscheibe
FS bzw. Blattfeder BF) aufgebracht. Im Ausführungsbeispiel 4
wird stattdessen die Federwirkung der Leiterplatte LP
ausgenutzt. Um die erforderliche Andruckkraft einzuleiten ist
der Stempel St schraubbar ausgeführt. Er trägt ein
Außengewinde und das Loch im Grundkörper GK das entsprechende
Innengewinde. Der Stempel St wird so weit hineingeschraubt,
bis er mit der nötigen Andruckkraft an der Rückseite des
Halbleiterbauelementes anliegt.
In den zuvor beschriebenen Beispielen ist der Stempel St und
das Loch zu seiner Führung im Grundkörper rund ausgebildet.
Jedoch ist bei den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 auch eine
andere Querschnittsform denkbar, und zwar eine an die Form des
jeweiligen Halbleiterbauelementes angepaßte Form. So käme bei
PLCC-Gehäusen die quadratische Form und bei Halbleitern in
Dual-in-Linie-Gehäusen die Rechteckform infrage.
Die erfindungsgemäße Lösung hat folgende Vorteile:
- a) Sie erfordert keine eigens zur Anbringung eines Wärmeübertragungskörpers ausgebildete Form des Halbleiterbauelementes. Es genügt, wenn das Halbleiterbauelement eine ebene Rückseite aufweist. Dies ist bei vielen handelsüblichen Halbleiterbauelementen der Fall.
- b) Wenn die Elektronik-Baugruppe nach dem Patentanspruch 2 ausgebildet ist, läßt sich der Wärmeübertragungskörper leicht vom Halbleiterbauelement lösen. Dies ermöglicht ein leichtes Auswechseln des Halbleiterbauelementes.
- c) Auch außerhalb des Metallgehäuses ist die auf der Leiterplatte untergebrachte Schaltung unter einschränkenden Bedingungen schon betriebsfähig, weil in diesem Fall der Wärmeübertragungskörper wegen seiner großen Oberfläche als Kühlkörper wirkt. Ein Betrieb außerhalb des Metallgehäuses ist deshalb wichtig, weil dann z. B. für Prüfzwecke noch alle Bauelemente zugänglich sind.
In den zuvor beschriebenen Beispielen ist die Leiterplatte so
in das Metallgehäuse eingebaut, daß ihre Lötseite dem Boden
des Metallgehäuses zugewandt ist. Außerdem ist der Boden für
die Wärmeableitung vorgesehen. Dies erfordert zwar Durchbrüche
in der Leiterplatte, durch die die Befestigungsmittel der
ersten Art hindurchragen, hat aber auch Vorteile. So kann der
Deckel De verhältnismäßig leicht ausgebildet sein, da er zur
Wärmeableitung nichts beizutragen braucht. Ferner sind nach
dem Abnehmen des Deckels z. B. für Prüfzwecke die Bauelemente
leicht zugänglich, und es ist die Elektronik-Baugruppe noch
voll betriebsfähig.
Claims (3)
1. Elektronik-Baugruppe mit Metallgehäuse mit folgenden
Merkmalen:
- a) Im Metallgehäuse (MG) ist eine Leiterplatte (LP) eingebaut, die mit Halbleiterbauelementen (IC) bestückt sind;
- b) Mindestens ein Halbleiterbauelement (IC) steht in Wärmekontakt mit dem Metallgehäuse (MG);
- c) Der Wärmekontakt ist durch einen Wärmeübertragungskörper (GK, St) gebildet;
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- d) Der Wärmeübertragungskörper weist einen Grundkörper (GK) und einen Stempel (St) auf;
- e) Der Grundkörper (GK) weist Befestigungsmittel einer ersten Art (B₁, B₂, Fig. 1 u. 2) und Befestigungsmittel einer zweiten Art (B₃, B₄, Fig. 1 u. 2) auf;
- f) Die Befestigungsmittel der ersten Art sind zur Befestigung des Wärmeübertragungskörpers an das Metallgehäuse (MG) und zur Wärmeübertragung ausgebildet;
- g) Die Befestigungsmittel der zweiten Art sind zur Befestigung des Grundkörpers (GK) an der Leiterplatte (LP) ausgebildet;
- h) Der Stempel (St) ist so in dem Grundkörper gehaltert, daß er an die Rückseite des Halbleiterbauelementes angedrückt wird.
2. Elektronik-Baugruppe nach dem Patentanspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel der ersten und
der zweiten Art zur Herstellung von lösbaren Verbindungen
ausgebildet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904040288 DE4040288A1 (de) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Elektronik-baugruppe mit metallgehaeuse |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904040288 DE4040288A1 (de) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Elektronik-baugruppe mit metallgehaeuse |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4040288A1 DE4040288A1 (de) | 1992-07-02 |
DE4040288C2 true DE4040288C2 (de) | 1993-04-22 |
Family
ID=6420535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904040288 Granted DE4040288A1 (de) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Elektronik-baugruppe mit metallgehaeuse |
Country Status (1)
Country | Link |
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Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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