DE9210053U1

DE9210053U1 - Gehäuse für eine elektronische Schaltung mit einem Leistungshalbleiter

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Publication number: DE9210053U1
Application number: DE9210053U
Authority: DE
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1992-07-27
Filing date: 1992-07-27
Publication date: 1992-11-19
Anticipated expiration: 2002-07-28

Description

PATENTANWÄLTE

DR. RUDOLF BAUER · DIPL-ING. HELMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER

WESTLICHE 29-31 (AM LEOPOLDPLATZ)

7530 PFORZHEIM (WEST-germany)

TELEFON (0 72 31) 10 22 90/70 TELEFAX(O 72 31) 10 11 44 TELEX 783 929 patmad TELEGRAMME: PATMARK

24.07.1992 TW/Be

DODUCO GMBH + Co. Dr. Eugen Dürrwächter, D-7530 Pforzheim

Gehäuse für eine elektronische Schaltung mit einem Leistungshalbleiter

Beschreibung:

Die Erfindung geht aus von einem Gehäuse mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Solche Gehäuse werden in der Automobiltechnik verwendet zum Aufnehmen von elektronischen Schaltungen von Zündanlagen. Die Gehäuse sind für den Einsatz im Motorraum von Automobilen vorgesehen und sollen unter rauhen Umgebungsbedingungen (Temperaturbereich von -40 bis +125° C^ Berührung mit Spritzwasser, Straßenschmutz, Kraftstoff und Motoröl) thermische Verlustleistung (Wärme) aus dem Gehäuseinnern an eine Wärmesenke (z.B. ein Karosserieblech als Montagefläche) abführen. Die Gehäuse haben üblicherweise einen angespritzten elektrischen Stecker, der zusammen mit einer dazu passenden Kupplung eine wasserdichte Steckverbindung bilden kann. Der ange-

spritzte Stecker stellt die elektrische Verbindung zur Schaltung im Innern des Gehäuses her. In das Gehäuse wird die elektronische Schaltung eingefügt, welche wenigstens einen Leistungshalbleiter enthält. Es handelt sich bei der Schaltung heute meistens um eine Hybridschaltung auf einem Keramikträger, mit welchem die im Innenbereich des Gehäuse liegenden Kontaktflächen des Steckers in der Regel durch Bonden verbunden werden. Anschließend wird das Gehäuse durch eine metallische Bodenplatte, welche als Deckel dient, hermetisch verschlossen. Die metallische Bodenplatte hat Kontakt mit dem Leistungshalbleiter und überträgt dessen Verlustwärme auf die Montageflache, auf welcher das Gehäuse befestigt wird.

Die für die Wärmeableitung günstige und gewollte metallische Bodenplatte hat jedoch den Nachteil, dass die eine Gehäusewand elektrisch leitend ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse der eingangs genannten Art zu schaffen, welches hinreichende Wärmeabfuhr aus dem Gehäuseinneren mit verbesserter Isolation des Gehäuses nach aussen hin verbindet, ohne dass das Gehäuse dadurch verteuert würde.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gehäuse mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Das neue Gehäuse hat nicht länger eine metallische Aussenflache, welche durch eine metallische Bodenplatte gebildet, wird, sondern hat eine allseitig elektrisch isolierende Aussenflache. Um dennoch eine hinreichende Wärmeabfuhr zu erzielen, ist ein flacher Körper, welcher die Verlustwärme des Lexstungshalbleiters überträgt, in eine Wand des Gehäuses eingespritzt. Der Körper wird dadurch zu einem Bestandteil der Wand aus Kunststoff, welche zwar an sich ein schlechtes Wärmeleitvermögen hat, in dem Bereich aber, wo der Körper eingespritzt ist, ohne Einbuße an Festigkeit so dünn sein kann, dass der dadurch bedingte Wärmeübergangswiderstand nicht mehr ins Gewicht fällt, die elektrische Isolation des Gehäuses aber rundum lückenlos gewährleistet ist.

Als weiterer Vorteil kommt hinzu, dass die Montage der elektronischen Schaltung im Gehäuse erleichtert wird, weil der die Verlustwärme übertragende flache Körper bereits beim Spritzgießen des Gehäuses mit eingespritzt wird, für ihn also kein gesonderter Montageschritt benötigt wird. Da beim Spritzen des Gehäuses ohnehin schon heute ein elektrischer Stecker mit angespritzt wird, bedeutet es keinen nennenswerten zusätzlichen Aufwand, auch den der Wärmeübertragung dienenden flachen Körper mit einzuspritzen. Bei diesem flachen Körper kann es sich um eine Metallplatte handeln, welche vorzugsweise in der Weise eingespritzt ist, dass sie aussen mit einer gespritzten Kunststoffschicht bedeckt ist, welche dünn ist im Vergleich zur Dicke der Gehäusewand, innen aber

eine vom Kunststoff der Gehäusewand unbedeckte Oberfläche hat, so dass dort keine Kunststoffzwischenschicht den Wärmeübergang vom Leistungshalbleiter auf die Metallplatte behindert.
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Eine andere günstige Möglichkeit, die vom Leistungshalbleiter erzeugte Wärme nach aussen abzuführen, besteht darin, dass man den Leistungshalbleiter selbst, welcher ja üblicherweise in einem flachen Kunststoffgehäuse untergebracht ist, mit seinem Gehäuse in eine Wand des anderen Gehäuses, welches die gesamte Schaltung aufnimmt, einspritzt, und zwar vorzugsweise so, dass eine Aussenflache des Gehäuses des Leistungshalbleiters zugleich eine Aussenfläche des die Schaltung umfassenden Gehäuses ist, so dass die Verlustwärme des Leistungshalbleiters von seinem integralen Gehäuse unmittelbar an die Umgebung abgegeben werden kann. Die gegenüberliegende Aussenfläche des Gehäuses des Leistungshalbleiters ist jedoch vorzugsweise von dem Kunststoff der Wand des die Schaltung umfassenden Gehäuses bedeckt. Das hat einerseits den Vorteil, dass der Wärmeübergang in das Innere des Gehäuses behindert wird, und dass andererseits zwischen dem Gehäuse des Leistungshalbleiters und dem Kunststoff der Gehäusewand, in welche es eingebettet ist, keine Fugen entstehen, durch die hindurch Wasserdampf in das Innere des Gehäuses diffundieren könnte.

Vorzugsweise ist der Leistungshalbleiter mit seinem Gehäuse so in die Wand des größeren Gehäuses eingespritzt, dass seine Oberfläche mit der angrenzenden Gehäusewand fluchtet. Ein

Ein weiterer Vorteil dieses Aufbaus besteht darin, dass der Schaltungsaufbau dadurch kompakter wird.

Der zum Gehäuse gehörende Stecker kann vorgefertigt und dann eingespritzt werden, es ist aber auch möglich und wird bevorzugt, den Stecker dadurch zu bilden, dass seine Steckkontakte unmittelbar in die Spritzgießform eingelegt und mit dem Kunststoff des Gehäuses umspritzt werden, so dass der Stecker durch den Spritzgießvorgang gebildet wird. 10

Zum Anschluß von Sensoren an die elektronische Schaltung im Gehäuse wird in eine Gehäusewand vorzugsweise ein Kabel eingespritzt.

Erfindungsgemässe Gehäuse eignen sich insbesondere, um in der Automobiltechnik und in der industriellen Meß- und Regeltechnik in rauhen Umgebungsbedingungen möglichst nahe zum Beispiel an einem Sensor oder an einem Aktuator eine elektronische Schaltung mit einem Leistunghalbleiter unterzubringen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt.

Figur 1 zeigt ein Gehäuse in der Draufsicht mit abgenommenem Deckel,

Figur 2 zeigt das Gehäuse in einem Schnitt, und

Figur 3 zeigt das Gehäuse in der Ansicht auf seinen

Stecker.
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Es handelt sich um ein aus Kunststoff gespritztes Gehäuse 1 mit einem Flansch 2, welcher Bohrungen 3 enthält, mit denen das Gehäuse 1 auf einer Montagefläche, z.B. auf einem Karosserieblech, befestigt werden kann. An einer der Seitenflächen des Gehäuses ist ein Stecker 4 ausgebildet, indem dessen Steckkontakte 5 unmittelbar in die Gehäusewand eingespritzt sind. Im Innenraum 6 des Gehäuses sind die Steckkontakte 5 umgebogen und machen Kontakt mit einer Schaltungsträgerplatte 7, bei welcher es sich um eine metallisierte Keramikplatte oder um eine konventionelle, unter Verwendung von Kunststoff hergestellte Platine handeln kann. Diese Schaltungsplatte wird - mit Bauelementen einer elektronischen Schaltung bestückt - in das Gehäuse eingesetzt und an einer Bundfläche 8 positioniert. Auf der Schaltungsträgerplatte 7 befindet sich auch ein Leistungshalbleiter 9, dessen Gehäuse Kontakt hat mit einer Metallplatte 10, welche so in die der Gehäuseöffnung gegenüberliegende Gehäusewand 11 eingebettet ist, dass die zum Leistungshalbleiter 9 weisende Oberfläche etwas über den Kunststoff der Gehäusewand 11 vorsteht, wohingegen die nach aussen weisende Oberfläche der Metallplatte 10 von einer dünnen Kunststoffschicht 12 bedeckt ist, welche zwischen 0,2 und 0,4, vorzugsweise nicht

mehr als 0,3 mm dick ist; die Schicht 12 ist damit klein gegenüber der Dicke der Wand 11, welche etwa 2 mm beträgt.

In derselben Zeichnung ist noch eine weitere Möglichkeit der Anordnung eines Leistungshalbleiters 13 dargestellt: Er ist unmittelbar in die Gehäusewand 11 eingespritzt, und zwar so, dass seine ebene Aussenseite bündig mit der Aussenseite der Gehäusewand 11 abschließt, wohingegen die restliche Oberfläche des Gehäuses des Leistungshalbleiters 13 von dem Kunststoff der Gehäusewand 11 bedeckt ist, durch den hindurch die abgebogenen Anschlußbeine 14 des Leistungshalbleiters zur Schaltungsträgerplatte 7 führen.

In die Seitenwand 15, welche dem Stecker 5 gegenüberliegt, ist ein Kabel 16 eingespritzt, durch welches ein Sensor mit der Schaltung auf der Schaltungsträgerplatte 7 verbunden werden kann.

Um die Wirksamkeit der Metallplatte 10 zu illustrieren, sei ein Zahlenbeispiel angegeben:

Die Metallplatte habe eine Grundfläche von 1200 mm², die Kunststoffschicht 12 darüber sei 0,3 mm dick, die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes betrage 0,25 W/(m &khgr; K), dann ist der thermische übergangswiderstand der dünnen Kunststoffschicht

&rgr; _ Q / 3 K_ .

1200 &khgr; 0,00025 W

d.h., eine in die eingespritzte Metallplatte eingebrachte
Verlustleistung von 10 W führt zu einer Temperaturerhöhung im Gehäuseinneren gegenüber der Montagefläche von nur 10 K. Bei einer Umgebungstemperatur von HO⁰C (z.B. im Motorraum) stellt sich somit eine Gehäuseinnentemperatur von 12O⁰C ein, was zulässig ist.

Das geöffnet dargestellte Gehäuse wird verschlossen durch
einen Kunststoffdeckel, welcher mit dem restlichen Gehäuse verklebt werden kann.

Claims

Ansprüche:

1. Durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestelltes Gehäuse mit angespritztem elektrischem Stecker und mit einem

Deckel zum wasserdichten Verschließen des Gehäuses, welches zum Aufnehmen einer elektronischen Schaltung mit wenigstens einem Leistungshalbleiter dient, der mit einem dessen Verlustwärme übertragenden flachen Körper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) allseitig eine elektrisch isolierende Aussenflache hat und der Körper (10, 13) in eine Wand (11) des Gehäuses (1) eingespritzt ist. 10

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) eine Metallplatte ist, welche aussen

mit einer gespritzten Kunststoffschicht (12) bedeckt ist, welche dünn ist im Vergleich zur Dicke der Gehäusewand (11), welche innen eine vom Kunststoff der Gehäusewand (11) unbedeckte Oberfläche hat.

3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gespritzte Kunststoffschicht (12) auf der Metallplatte (10) 0,2 bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,3 mm dick ist.

4. Gehäuse nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (13) das Gehäuse, in welches der Leistungshalbleiter eingegossen ist, selbst ist.

5. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

das Gehäuse (13) des Leistungshalbleiters so eingespritzt ist, dass eine Aussenflache des Gehäuses (13) des Leistungshalbleiters zugleich eine Aussenflache des die Schaltung (7) umfassenden Gehäuses (1) ist und dass die anderen Aussenflächen des Gehäuses (1) des Leistungshalbleiters (13) von dem Kunststoff der Wand (11) des die Schaltung (7) umfassenden Gehäuses (1) bedeckt sind.

6. Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Stecker (4) durch Umspritzen seiner Steckkontakte (5) beim Spritzgießen des Gehäuses (1) gebildet ist.

7. Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass ein Kabel (16) in eine Gehäusewand (15) eingespritzt ist.