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Baueinheit für Geräte der Nachrichtentechnik
Die Erfindung bezieht sich auf eine Baugruppeneinheit der elektrischen Nachrichtentechnik die, versehen mit seitlichen Führungen und rückseitigen Steckkontakten, als schmale, eine Frontplatte tragende Steckbaugruppe ausgebildet ist, deren mehrere aneinandergereiht in ein Aufnahmegestell einschiebbar sind, bestehend aus einem beidseitig mit Deckeln hochfrequenzdicht abgeschlossenen Rahmen, der eine unter anderem auch mit thermisch hochbelasteten Bauelementen, wie mit Transistoren, Widerständen u. dgl., bestückte gedruckte Schaltungsplatte umgibt.
Bei derartigen Baueinheiten tritt häufig das Problem auf, die von thermisch hochbelasteten Bauelementen, wie Transistoren, Widerständen, Dioden, Heissleitern u. dgl., freiwerdende Wärme von andern Bauteilen auf der gedruckten Schaltungsplatte fernzuhalten und nach Möglichkeit nach aussen abzuführen.
Derartige Schaltungen sind nämlich häufig in abgeschirmten Gehäusen untergebracht, bei denen eine Kühlung im Gehäuseinneren zu aufwendig und wegen der relativ flachen Bauart dieser Baugruppen meist gar nicht durchführbar wäre bzw. zu grossen Nachteilen, beispielsweise zu Staubablagerung im Gehäuseinneren, führen würde.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wärme von derartigen Bauteilen auf möglichst einfache Weise unter Vermeidung der oben geschilderten Nachteile abzuführen.
Diese Aufgabe wird bei einer Baugruppeneinheit der elektrischen Nachrichtentechnik der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die thermisch hochbelasteten Bauelemente gut wärmeleitend mit ihrerseits aus gut wärmeleitendem Material bestehenden massiven Teilen, insbesondere in Form eines Stabes, verbunden sind, die von den jeweiligen in elektrischer Hinsicht günstigen Lageorten der thermisch hochbelasteten Bauelemente auf der Schaltungsplatte zu der erforderlichenfalls mit einem zusätzlichen Rippenkühlkörper versehenen Frontplatte geführt und mit dieser bzw. dem Rippenkühlkörper gut wärmeleitend verbunden sind, wobei sie durch die Rahmenvorderwand hinsichtlich des abzuschirmenden elektromagnetischen Feldes dicht hindurchgeführt sind.
Vorteilhaft wird das bauteilseitige Ende des wärmeleitenden Stabes als Hohlzylinder ausgebildet, in dem das nur über Anschlussdrähte mit der Schaltungsplatte verbundene Bauelement mit gutem Wärme- übergang gehalten ist.
Der Hohlzylinder kann zu diesem Zweck, insbesondere zur Aufnahme kleinerer Bauteile mit einseitig herausgeführten Anschlussdrähten, z. B. kleinere Transistoren, in an sich bekannter Weise gefiedert ausgebildet sein oder insbesondere zur Aufnahme längerer zylindrischer Bauelemente, z. B. hochbelasteter Widerstände, mit radialen Klemmschrauben für diese Bauelemente versehen sein.
Der Raum zwischen dem Bauelement und dem ihn umgebenden Zylinder kann auch mit einem gut wärmeleitenden Material ausgefüllt werden, z. B. einem Epoxydharzgemisch, was besonders als Zusatzmassnahme zur Verklemmung der Bauelemente mit Schrauben empfehlenswert ist.
Für grössere Bauelemente, vorzugsweise für grössere Transistoren, werden die Wärmeleiter zweckmässig als winkelförmig abgebogene Platten ausgebildet, deren kürzerer Schenkel an der Vorderwand des Rahmens anliegt und mit bolzenförmigen Fortsätzen versehen ist, die durch die Vorderwand hindurch auf
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die Frontplatte bzw. auf den Rippenkühlkörper geführt sind, mit dem sie thermisch gut leitend verbunden, z. B. verschraubt sind, und dessen längerer Schenkel am Ende mit dem Bauelement vorzugsweise mittels Überwurfschelle und Schrauben verbunden ist.
Es sind zwar Kühlschellen für Transistoren bekanntgeworden, die als kurze Hohlzylinder ausgebildet sind, zur federnden Aufnahme von Transistoren, teilweise nach Art einer Federung längsgeschlitzt und mit einem Tiefenanschlag versehen sind. Die Schellen bestehen dabei aus einem speziellen mehrschichtigen Material zur weichen Aufnahme der Transistorgehäuse. Sie sind entweder lose den einzelnen Transistoren aufgesteckt oder unmittelbar mit einer für mehrere nebeneinander angeordnete Transistoren gemeinsamen Kühlplatte, z. B. einem Gerätechassis verbunden.
Zur Lösung der besonderen Probleme, die dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegen, ist jedoch dieser Weg nicht brauchbar, da eine Eigenkühlung im Innern einer völlig hochfrequenzdicht abgeschlossenen Baugruppe wegen der durch die Enge des Abschirmraumes praktisch völlig wegfallenden Luftumwälzung unterbleiben würde. Eine unmittelbare Befestigung der Schellen an die Gehäusewände würde einerseits eine besonders bei den Hochfrequenzbaugruppen ungünstige Leitungsführung zu andern Bauelementen auf der Schaltungsplatte zur Folge haben und ausserdem noch starkwandige Gehäusewände erfordern. Dadurch würde die Baueinheit schwerer und für besonders grosse Serien erheblich teurer. Davon abgesehen würden aber erhebliche Montageschwierigkeiten entstehen und eine Gesamtverlötung der Schaltungsplatte, z.
B. nach dem Schwallötverfahren, wie später beschrieben, zumindest erheblich erschwert werden.
Wie aus den Ausführungsbeispielen und der Beschreibung der Erfindung besser ersichtlich ist, sind beim Erfindungsgegenstand insbesondere diese Nachteile auf einfache Weise vermieden. Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen nach den Fig. l und 2 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine sogenannte Flachbaugruppe in Steckbauweise, wie sie in grösseren Geräten, z. B. in Richtfunk-oder Trägerfrequenzgeräten häufig verwendet wird. Eine derartige Baugruppe besteht aus einem abschirmenden Gehäuse, in dem sich eine oder mehrere Schaltungsplatten befinden. Das Abschirmgehäuse mit den Seitenwänden 3a und der Vorderwand 3 ist in einem Rahmen 14 befestigt, der mit Gleitschienen 20 versehen ist. Auf diesen Gleitschienen wird die Baueinheit in das nachrichtentechnische Gerät eingeschoben und über die Steckanschlüsse 17 mit der Verdrahtung einer Geräteeinheit verbunden. Zur besseren Übersicht ist der Abschirmdeckel der dargestellten Baueinheit, der über die Winkelstücke 11 mit dem Gehäuse verbunden wird, in diesem Beispiel nicht eingezeichnet.
Im Inneren des Gehäuses befindet sich eine Bauteile und deren Verdrahtung tragende Schaltungsplatte 10, die vorzugweise nach Art der gedruckten Schaltungen ausgeführt ist. Die untere Seite dieser Platte 10 trägt die eigentliche gedruckte Verdrahtung, während auf der sichtbaren Oberseite die Bauelemente, wie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren u. dgl., angebracht sind. Zur besseren Übersicht wurde im Ausführungsbeispiel nur einer der normal belasteten Bauteile, nämlich ein Widerstand 32 eingezeichnet. Die Anschlüsse dieser Bauteile sind, wie bekannt, durch Bohrungen in der Schaltungsplatte 10 zur Kontaktseite hindurchgeführt und dort mit der Verdrahtung, z. B. durch Schwallötul1g, verbunden.
Die thermisch hochbelasteten Bauelemente dieser Schaltung, wie der Transistor 2 und der Widerstand 8, werden erfindungsgemäss mit den wärmeleitenden Teilen 1 bzw. 5 verbunden. Diese wär- meleitenden Teile bestehen aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer, und sind als Stäbe ausgeführt, die im Ausführungsbeispiel durch die Vorderwand 3 des Abschirmgehäuses und die Frontplatte 15 hindurch auf einen Rippenkühlkörper 12 geführt werden. Dadurch fliesst die im Bauelement erzeugte Wärme im wesentlichen auf den Rippenkühlkörper ab. Falls die Frontplatte jedoch selbst eine. genügend grosse kühlende Oberfläche aufweist bzw. gut wärmeleitend ausgeführt ist, ist ein zusätzlicher Kühlkörper nicht nötig und die wärmeleitenden Stäbe werden mit gutem thermischen Kontakt unmittelbar an dieser Frontplatte befestigt.
Die wärmeleitenden Teile l, 5 sind im Ausführungsbeispiel mit dem Rippenkühlkörper durch die Schrauben 6 gut wärmeleitend verbunden. Diese Verbindung kann auch auf eine andere Art durchgeführt sein, beispielsweise durch Lötung. Die Länge und der Querschnitt der wärmeleitenden Stäbe werden der Entfernung der zu kühlenden Bauteile von der Kühlfläche und den geforderten Betriebstemperaturen angepasst, d. h. die Bauteilekönnensich in vorteilhafter Weise an beliebigen Stellen der Oberfläche der Schaltungsplatte 10 befinden.
Der wärmeleitende Teil 1 besitzt eine zylindrische Form und ist zur Kühlung eines Transistors kleinerer Bauart 2 vorgesehen. Das Endstück dieses wärmeleitenden Teiles ist als geschlitzter Hohlzylinder 7 mit Federwirkung ausgebildet, so dass sich nach Einstecken des Transistors 2 ein guter thermischer Kontakt zwischen Bauelement und wärmeleitendem Teil ergibt. Diese Ausführung gestattet somit eine sehr schnelle und leichte Montage und ist besonders dannmitVorteil anwendbar, wenn über-
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wiegend Transistoren oder Dioden einheitlichen Aussendurchmessers verwendet werden. Der Transistor ist über die Anschlussdrähte 18 mit der gedruckten Schaltungsplatte elektrisch verbunden.
Eine andere Art der Befestigung des Bauelementes mit dem wärmeleitenden Teil ist bei einem Widerstand 8 angewendet. Das Endstück des Wärmeleiters 5 für diesen Widerstand ist ebenfalls als Hohlzylinder ausgebildet, jedoch erfolgt in diesem Fall die thermische Kontaktierung des Bauelementes mit dem wärmeleitenden Teil durch den Anpressdruck der Schraube 9.
Diese Ausführung ist besonders dann vorteilhaft, wenn Bauelemente unterschiedlichen Durchmessers in jeweils der gleichen Hülse untergebracht werdensollen, z. B. Widerstände, die ja für verschiedene Belastungsgrenzen verschiedene Durchmesser besitzen. Die Anschlussdrähte sind in diesem Ausführungsbeispiel beidseitig in Richtung der Längsachse des Widerstandes 8 herausgeführt, u. zw. ist der gegen die Vorderwand zu liegende Anschluss durch eine Bohrung in der Hülse des wärmeleitenden Teils 5 zur Schaltungsplatte 10 geführt.
Soll die Wärmeableitung bei dieser Ausführung mittels Hülse und Klemmschraube noch verbessert werden, so ist es günstig, die Hülse mit einem gut wärmeleitenden Mittel auszufüllen. Beispielsweise ist in diesem Zusammenhang auch an Materialien wie Epoxydharzgemische, Siliziumkarbid od. dgl. gedacht. Zur elektrischen Isolierung der Bauelemente, z. B. von Transistorgehäusen oder von Widerständen, besonders unglasierten Drahtwiderständen von den wärmeleitenden Teilen ist die Verwendung von isolierenden Zwischenlagen, z. B. Folien od. dgl. empfehlenswert. Günstige Eigenschaften hinsichtlich Isolierfähigkeit und Hitzebeständigkeit der Zwischenlagen, zeigen z. B. die unter dem Namen Triafol bekannten Materialien, Schichten aus Glimmer oder aus ähnlichen Werkstoffen.
Die wärmeleitenden Teile 1 und 5 sind, wie in der Darstellung gezeigt, mit Gewinden versehen und mittels Muttern an der Vorderwand 3 befestigt. Die Verbindung zwischen Vorderwand 3 und den wärmeleitenden Teilen 1 und 5 kann jedoch beispielsweise auch durch Löten oder Klemmen erfolgen.
Diese Verbindung hat nämlich hauptsächlich den Zweck, die Abschirmwirkung des Gehäuses an den Durchführungen nicht herabzumindern. Ausserdem kann durch diese Verbindung zwischen Vorderwand und Frontplatte bzw. Rippenkühlkörper eine zusätzliche Kühlung der Vorderwand erzielt werden, falls dies in manchen Fällen notwendig sein sollte.
Bei Verwendung eines Kühlkörpers oder einer entsprechend ausgeführten Frontplatte kann die Vorderwand des Gehäuses aus sehr dünnem und fertigungstechnisch günstigem Werkstoff in Leichtbauweise hergestellt werden, wie es häufig erwünscht ist. Die Abschirmung der Baugruppe braucht daher in diesem Falle zur Wärmeübertragung nicht herangezogen zu werden. Die Verbindungsstücke der wärmeleitenden Teile zwischen Vorderwand und zu kühlendem Bauelement bilden also zusammen mit der gedruckten Leiterplatte eine Baueinheit. Die zu kühlenden Bauteile befinden sich mit den kürzesten elektrischen Anschlüssen am vorgesehenen Ort auf der gedruckten Schaltungsplatte und können mit den andern Bauteilen gemeinsam gelötet werden, z. B. mittels einer Schwallötung.
Die Fig. 2 zeigt ebenfalls eine Flachbaugruppe in Steckbauweise in ähnlicher Ausführung wie die Fig. 1. Daher sind die Einzelteile, die gegenüber der Ausführung bei Fig. 1 gleichgeblieben sind, in dieser Figur nicht näher bezeichnet. Die Flachbaugruppe wird normalerweise durch einen Deckel 22 abgeschlossen, der ebenfalls gegen elektromagnetische Felder abdichtet. Dieser Deckel ist in der Figur nur teilweise gezeichnet, um die im Innern des Abschirmgehäuses befindlichen Bauteile, die anschliessend näher erläutert werden sollen, besser sichtbar zu machen.
Im gefiederten Endstück 29 eines Kühlkörpers 28 der bereits geschilderten Art befindet sich in diesem Beispiel eine Diode, die einer grösseren Belastung ausgesetzt ist. Ausserdem ist ein grösserer Transistor 27 üblicher Bauart zu erkennen, der mittels eines Flansches 21 durch die Schrauben 25 und 26 mit einem winkelförmigen wärmeleitenden Teil 23 verbunden ist. Diese winkelförmig abgebogene Platte 23 liegt mit der Lasche 24 wieder an der Vorderwand 3 an, so dass eine dichte Verbindung gegen hochfrequente elektromagnetische Felder gegeben ist. An der Lasche 24 sind ein oder mehrere Gewindezapfen befestigt, die in der Figur der Einfachheit der Darstellung halber nicht eingezeichnet sind. Diese Gewindezapfen sind jedoch etwa ebenso ausgeführt wie bei den wärmeleitenden Teilen 1 und 5 in Fig. l.
Durch diese Gewindezapfen wird wieder die thermische Kontaktierung über Schrauben od. dgl. mit der Frontplatte 15 bzw. dem Kühlkörper 12 vorgenommen. Diese Ausführung der wärmeleitenden Teile ist besonders günstig für Transistoren grösserer Leistung in der heute üblicher. Ausführungsform bzw. für ähnlich ausgeführte Dioden, beispielsweise Silizium-Gleichrichter für höhere Leistungen.
Durch den kleinen Wärmewiderstand zwischen Bauteil und Kühlkörper bei den erfindungsgemässen Anordnungen können bei entsprechender Dimensionierung der Frontplatte bzw. eines mit dieser verbundenen
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Kühlkörpers die wärmeleitenden Bauteile höher als bei normalen, z. B. den Datenblättern der Transistoren zugrundegelegten Kühlvorrichtungen, wie Kühlschellen beansprucht werden.
Als Kühlwand bzw. als Wand an der der Kühlkörper befestigt ist, können bei entsprechenden Verhältnissen bezüglich der günstigsten Kühlbarkeit der Baugruppen jede andere Gehäusewand, deren Deckel, oder mehrere Wandungsteile gleichermassen verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Baugruppeneinheit der elektrischen Nachrichtentechnik, die, versehen mit seitlichen Führungen und rückseitigen Steckkontakten, als schmale, eine Frontplatte tragende Steckbaugruppe ausgebildet ist,
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aus einem eid-(z. B. 2) gut wärmeleitend mit ihrerseits aus gut wärmeleitendem Material bestehenden massiven Tei- len (l. 5, 24) insbesondere in Form eines Stabes (1), verbunden sind, die von den jeweiligen in elektrischer Hinsicht günstigen Lageorten der thermisch hochbelasteten Bauelemente auf der Schaltungsplatte (10) zu der erforderlichenfalls mit einem zusätzlichen Rippenkühlkörper (12) versehenen Frontplatte (15) geführt und mit dieser bzw.
dem Rippenkühlkörper (12) gut wärmeleitend verbunden sind, wobei sie durch die Rahmenvorderwand (3) hinsichtlich des abzuschirmenden elektromagnetischen Feldes dicht hindurchgeführt sind.
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