DE4337866A1 - Steuergerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Steuergerät, insbesondere für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät, insbesondere für ein
Kraftfahrzeug, gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Bei einem bekannten Steuergerät (DE 42 22 838 A1) sind Lei
stungsbauelemente auf einer Metallschicht, und zwar der Kup
ferkaschierung einer Leiterplatte angeordnet. Die Metall
schicht transportiert die von den Leistungsbauelementen er
zeugte Wärme zu einem Kühlkörper, der in thermischem Kontakt
zu der Metallschicht steht.
Mit einem solchen Steuergerät kann aber nur eine begrenzte
Wärmemenge über die Metallschicht nach außen abgeführt wer
den, da diese nur sehr dünn ist.
Ein anderes, bekanntes Steuergerät (DE 42 15 041) weist Lei
stungsbauelemente auf, die direkt auf einem Kühlkörper befe
stigt sind, der seinerseits auf der Leiterplatte befestigt
ist.
Bei einem solchen Steuergerät bereitet die automatisierte
Montage der Leistungsbauelemente große Schwierigkeiten, da
die Leistungsbauelemente zuerst auf den Kühlkörper montiert
werden müssen und danach kann der Kühlkörper auf der Leiter
platte befestigt werden. Außerdem sind die Leistungsbauele
mente nicht wie die anderen Bauelemente der Schaltung in ei
ner Ebene angeordnet, so daß nicht alle Bauelemente zusammen
in einem Arbeitsvorgang automatisiert bestückt werden können.
Das Problem der Erfindung ist es, ein Steuergerät zu schaf
fen, das möglichst einfach montiert werden kann und bei dem
die durch die Leistungsbauelemente erzeugte Wärme wirkungs
voll abgeführt werden kann.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei sind Leistungsbauelemente auf
Kühlflächen einer Wärmesenke befestigt, die randseitig so mit
der Leiterplatte verbunden ist, daß die Kühlflächen mit der
Oberseite der Leiterplatte in etwa fluchten. Die Leistungs
bauelemente sind also nicht auf der Leiterplatte angeordnet.
Die Leiterplatte und die Wärmesenke sind thermisch entkop
pelt. Dies hat den Vorteil, daß die Leistungsbauelemente
nicht die Funktion der Schaltung infolge thermischer Bela
stung stören.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen gekennzeichnet. Dabei können die Kühlflächen ein
Teil des Gehäuses sein, wobei die Leiterplatte und das Gehäu
se miteinander verbunden sind. Die Kühlflächen können auch
als eigene Kühlkörper ausgebildet sein, die auf verschieden
ste Weise an der Leiterplatte befestigt sind. Besonders vor
teilhaft ist es, die Wärmekapazität der Wärmesenke dadurch zu
erhöhen, daß das Gehäuse als zusätzlicher Kühlkörper ver
wendet wird. Hierzu klemmen Gehäuseteile die Wärmesenke
zwischen sich ein und führen somit die Wärme nach außen ab.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden unter
Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte eines erfin
dungsgemäßen Steuergeräts, an der ein Kühlkörper be
festigt ist,
Fig. 2 einen Schnitt durch das Steuergerät entlang der Li
nie II-II gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte eines weiteren
Steuergeräts,
Fig. 4 einen Schnitt durch das Steuergerät entlang der Li
nie A-A gemäß Fig. 3 bei Verwendung einer Leiter
platte in dem Steuergerät, und
Fig. 5 einen Schnitt durch das Steuergerät entlang der Li
nie A-A gemäß Fig. 3 bei Verwendung von zwei Lei
terplatten in dem Steuergerät.
Ein elektronisches Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, bei
spielsweise ein Motorsteuergerät, weist ein Gehäuse auf, in
dem eine eine Schaltung tragende Leiterplatte 1 (Fig. 1) an
geordnet ist. Die Leiterplatte 1 ist mit nicht dargestellten
SMD-Bauelementen (Surface Mounted Device) bestückt. Stark
wärmeerzeugende Bauelemente (Leistungsbauelemente 2) werden
auf einer Wärmesenke, z. B. einem Kühlkörper 3, befestigt und
über ihre Anschlußbeine 4 mit der Leiterplatte 1 elektrisch
verbunden.
Der Kühlkörper 3 ist in unmittelbarer Umgebung der Leiter
platte 1 angeordnet und an dieser befestigt, beispielsweise
mit Hilfe von Befestigungslaschen 5 an die Leiterplatte 1 ge
schraubt oder genietet. Der Kühlkörper 3 kann durch Löten,
Kleben oder steckbar mit der Leiterplatte 1 verbunden sein.
Für die Erfindung ist es unwesentlich, wie der Kühlkörper 3
an der Leiterplatte 1 befestigt ist. Wesentlich ist, daß der
Kühlkörper 3 thermisch von der Leiterplatte 1 entkoppelt ist,
damit die Schaltung nicht thermisch belastet wird.
Der Kühlkörper 3 weist Kühlflächen 6 auf, die Teil der Kühl
körper 3 sind und auf denen die Leistungsbauelemente 2 ange
ordnet sind. Dabei liegen Kühlfahnen 5 der Leistungsbauele
mente 2 auf den Kühlflächen 6 auf und sind somit in thermi
schem Kontakt mit den Kühlflächen 6. Dies kann dadurch ge
schehen, daß die Leistungsbauelemente 2 an der Kühlfläche 6
durch Schrauben, Nieten, Kleben, Löten oder durch Andrücken
mit Hilfe eines elastischen Elements befestigt sind.
Die Kühlflächen 6 befinden sich in unmittelbarer Umgebung der
Leiterplatte 1. Sie können sogar direkt an die Ränder der
Leiterplatte 1 anstoßen. Die Kühlflächen 6 sind plattenförmig
ausgebildet und haben eine Dicke, die in etwa derjenigen der
Leiterplatte 1 entspricht (vgl. Fig. 2).
Damit die Leistungsbauelemente 2 ebenso wie die anderen SMD-
Bauelemente der Schaltung zur Montage automatisiert bestückt
werden können, sind die Kühlflächen 6 und die Bauelementeseite
der Leiterplatte 1, d. h. die Seite der Leiterplatte, auf de
nen die Bauelemente angeordnet sind, in einer Ebene angeord
net. Zumindest fluchten die Kühlflächen 6 in etwa mit der
Oberseite der Leiterplatte 1. Wenn die Leiterplatte 1 zwei
seitig mit Bauelementen bestückt wird, so ist es vorteilhaft,
wenn auch die Unterseiten der Kühlfläche 6 und der Lei
terplatte 1 miteinander fluchten. Somit können die Leistungs
bauelemente 2 in den gleichen Ebenen montiert werden wie an
deren Bauelemente der Schaltung.
Der Rand der Leiterplatte 1 kann, wie in Fig. 1 dargestellt,
Einbuchtungen 8 aufweisen, in denen die Kühlflächen 6 mit den
Leistungsbauelementen 2 angeordnet sind. Somit können die
elektrischen Verbindungswege zwischen der Schaltung auf der
Leiterplatte 1 und den Leistungsbauelementen 2 verkürzt wer
den.
Damit die durch die Leistungsbauelemente 2 erzeugte Wärme
besser nach außen abgeführt werden kann, ist es vorteilhaft,
die Kühlflächen 6 zwischen ein Gehäuseober- und ein Gehäuse
unterteil (im folgenden als Deckel 9 und Boden 10 bezeichnet)
einzuklemmen (Fig. 2). Die Auflagefläche des Deckels 9 und
des Bodens 10 auf den Kühlflächen 6 ist in der Fig. 1 durch
die rautierte Fläche 12 dargestellt. Statt Deckel 9 und Boden
10 kann auch ein weiterer, nicht dargestellter Kühlkörper,
der in ähnlicher Weise angeordnet ist wie Deckel und Boden,
die Wärme nach außen abführen.
Der Kühlkörper 3 kann zusätzlich aus dem Gehäuse herausragen.
Mit Hilfe von Bohrungen 13 in dem überstehenden Teil kann das
Steuergerät beispielsweise im Motorraum an einer nicht darge
stellten Wärmesenke befestigt werden.
Die Anzahl und Größe der Kühlkörper 3 hängt einerseits von
ihrer Wärmekapazität und andrerseits von der Anzahl der Lei
stungsbauelemente 2 der Schaltung ab, die zu kühlen sind. In
der Fig. 1 sind hierzu zwei Möglichkeiten der Ausgestaltung
der Kühlkörper 3 dargestellt. Es können z. B. zwei Kühlkörper
(durchgezogenen Linien) an gegenüberliegenden Seiten der Lei
terplatte 1 oder auch nur ein einziger Kühlkörper (strich
punktierte Linien) am Rande der Leiterplatte 1 angeordnet
sein. Der oder die Kühlkörper 3 können die Leiterplatte 1
vollständig an ihrem Rand umgeben oder auch nur teilweise,
beispielsweise auf einer einzigen Randseite der Leiterplatte
1.
An nicht mit Kühlkörpern 3 versehene Ränder der Leiterplatte
1 können - nicht in der Fig. 1 dargestellte - Steckverbinder
angeordnet sein, die mit der Leiterplatte 1 elektrisch ver
bunden sind.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Steuergeräts kön
nen alle Bauelemente der Schaltung in einer Ebene automati
siert bestückt werden, falls der Kühlkörper 3 bereits vor dem
Bestücken an der Leiterplatte 1 befestigt ist.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen (Fig. 3 bis 5) bildet
die Kühlfläche 6 einen Teil des Gehäuses. In diesen Figuren
tragen Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion dieselben
Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2.
Die Leistungsbauelemente 2 sind an drei Seiten der Leiter
platte 1 mit ihren Kühlfahnen 7 auf den Kühlflächen 6 befe
stigt (Fig. 3). An der vierten Seite befindet sich ein
Steckerteil 14, das mit der Leiterplatte 1 verbunden ist.
Der Deckel 9 und der Boden 10 bilden das Gehäuse (Fig. 4),
indem sie an ihren Rändern, beispielsweise mittels Schrauben,
zusammengefügt werden. Der Deckel 9 und der Boden 10 sind aus
einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Aluminium,
hergestellt. Der Boden 10 ist wannenförmig ausgebildet und
weist einen abgewinkelten Rand 15 auf, auf dem die Leistungs
bauelemente 2 befestigt sind. Der Boden 10 dient als Kühlkör
per für die Leistungsbauelemente 2.
Für die Erfindung ist es unwesentlich, wie die Leistungsbau
elemente 2 befestigt sind. Vorteilhaft ist es das Leistungs
bauelement 2 auf die Kühlfläche 6 zu löten. Dies kann dann in
einem Arbeitsvorgang zusammen mit dem Löten der übrigen Bau
elementen der Leiterplatte 1 geschehen.
In Fig. 4 werden die Leistungsbauelemente 2 mit Hilfe eines
elastischen Elements 16, das auf den Leistungsbauelementen 2
aufsitzt, auf den Rand 15 gedrückt. Bei geschlossenem Gehäuse
ist das elastische Element 16 vorgespannt und übt eine erfor
derliche Anpreßkraft auf die Leistungsbauelemente 2 aus, so
daß diese gegen die Kühlfläche 6 gepreßt werden. Somit dient
das Gehäuse als Kühlkörper.
Damit die Oberseite des Rands 15, d. h. die Kühlfläche 6, mit
derjenigen der Leiterplatte 1 fluchtet, sind entsprechende
große Abstandshalter 17 zwischen dem Boden und der Leiter
platte 1 angeordnet. Die Leiterplatte 1 ist an dem Boden 10
befestigt. Somit können alle Bauelemente der Schaltung in
einer Ebene und in einem Arbeitsvorgang bestückt werden.
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Steuergeräts
dargestellt, bei dem zwei Leiterplatten 1 und 18 innerhalb
des Gehäuses angeordnet sind. Sowohl der Deckel 9 als auch
der Boden 10 sind wannenförmig mit einem abgewinkelten Rand
15 und 19 ausgebildet. Die Leiterplatten 1 und 18 sind mit
Hilfe von Abstandshalter 17 so in dem Boden 10 bzw. in dem
Deckel 10 befestigt, daß die Oberseite der Ränder 15 und 19
jeweils mit den Bauelementeseiten der Leiterplatten 1 und 18
fluchten. Die Ränder 15 und 19 dienen als Kühlfläche 6, auf
denen die Leistungsbauelemente 2 befestigt sind.
Die Leistungsbauelemente 2 sind über ihre Anschlußbeine 4,
die mit der Leiterplatte 1 verlötet sind, elektrisch mit die
ser verbunden. Die Leistungsbauelemente 2 können als SMD-Bau
elemente ausgebildet sein. Dann sind ihre Anschlußbeine auf
der Oberseite der Leiterplatte 1 aufgelötet. Die Anschluß
beine können auch durch die Leiterplatte 1 in Durchkontaktie
rungen gesteckt und gelötet werden.
Da die Leistungsbauelemente 2 direkt auf dem Gehäuse befe
stigt sind, wird die Wärme direkt, d. h. ohne Zwischenglieder
und ohne verlustbehaftete Wärmeübergänge, nach außen abge
führt.
Somit können die Leistungsbauelemente 2 einfach und automati
siert zusammen mit den anderen Bauelementen der Schaltung in
einer Ebene bestückt werden. Die Wärme der Leistungsbauele
mente 2 wird wirkungsvoll abgeführt und die Schaltung wird
nicht thermisch belastet.
Claims (11)
1. Steuergerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem
Gehäuse (9, 10), in dem eine eine elektronische Schaltung
tragende Leiterplatte (1, 18) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
es eine Wärmesenke (3) mit Kühlflächen (6) aufweist, auf de
nen wärmeerzeugende Bauelemente (2), die mit der Schaltung
verbunden sind, befestigt sind, wobei die Wärmesenke (3)
randseitig mit der Leiterplatte (1, 18) so verbunden ist, daß
die Kühlflächen (6) mit der Oberseite und/oder der Unterseite
der Leiterplatte (1, 18) in etwa fluchten.
2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Wärmesenke (3) ein Teil
des Gehäuses (9, 10) ist.
3. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Wärmesenke (3) an der
Leiterplatte (1, 18) mit Schrauben oder Nieten befestigt ist.
4. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Wärmesenke (3) an der
Leiterplatte (1, 18) angelötet ist.
5. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Wärmesenke (3) an der
Leiterplatte (1, 18) steckbar befestigt ist.
6. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Gehäuse ein Gehäuseober
teil (9) und ein Gehäuseunterteil (10) aufweist, die auf den
Kühlflächen (6) aufliegen und die Wärmesenke (3) zwischen
sich einklemmen.
7. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Leiterplatte (1, 18) mit
SMD-Bauelementen bestückt ist.
8. Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Leistungsbauelemente (2)
auf die Kühlfläche (6) gelötet sind.
9. Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß jedes Leistungsbauelement (2)
mit einem elastischen Element (16) auf die Kühlfläche (6)
gedrückt wird.
10. Steuergerät nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß jedes elastische Element (16)
zwischen einem Leistungsbauelement (2) und dem Gehäuse
oberteil (9) oder dem Gehäuseunterteil (10) oder zwischen
zwei sich gegenüberliegenden Leistungsbauelementen (2) ange
ordnet ist.
11. Steuergerät nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß jedes elastische Element (16)
dadurch vorgespannt ist, daß das Gehäuseoberteil (9) und das
Gehäuseunterteil (10) miteinander verbunden sind.
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