CN101305459A - 具有冷却装置的ic元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有冷却装置(1)的IC元件(2)，所述冷却装置(1)以具有冷却体(7)的电子装置壳体的形式来构造。根据本发明，IC元件(2)直接布置在电子装置壳体中的冷却体(7)上。本发明首次有利地提供了一种用于IC元件(2)的冷却装置(1)，所述冷却装置(1)能够实现对IC元件(2)的有效的和直接的冷却以及简单的装配，而不需要附加的零件。本发明尤其适合于应用在汽车领域中的电子装置壳体中。

Description

具有冷却装置的IC元件
本发明涉及一种尤其用于汽车领域的具有冷却装置的IC元件，所述冷却装置以具有冷却体的电子装置壳体的形式来构造。
不具有集成式冷却体的IC组件、也就是电子电路载体，由于在极端运行状态下的要求而经受对于其而言是非特定的和不允许的发热。由于环境条件、也就是例如由于安装地点和由于其自身的损耗功率的自热而达到不允许的发热。在IC组件处存在的温度升高的时间间隔通常处于分钟范围内。由于此原因，寻找一种解决方案，所述解决方案对于该短的时间间隔从电子电路载体导走内部热量或阻挡外部热量。必须用额外的耗费来导走热量的原因在于，IC组件由具有玻璃纤维的环氧树脂和空气包围，并且所有提及的部件均是不良的导热体。即使当在壳体和印制电路板之间施加导热膏、导热薄膜或类似物用于排挤空气时，印制电路板本身具有绝缘作用并且只是很差地传热。在宽度上、即在电路载体之下X和Y方向的热流甚至于比通过印制电路板本身的(Z方向)还差。
当前采取不同的解决途径用以防止电子电路载体过热。
一种简单的、仍然成本低的、但在热传导方面不是很有效的解决方案是铜细管(散热通路(Heatsinkvias))。所述铜细管穿过印制电路板被定位在IC组件之下，并且在一定程度上将热量从IC组件底部传导到印制电路板的下侧。从这里借助导热膏、导热薄膜或另外的气隙闭合剂将热能输出到壳体(
Figure A20068003882900031
)。借助由丝网印刷所施加的焊接膏，在焊接工艺中将IC冷却体与印制电路板和铜细管良好地热连接。该方案以简单的方式和在无需附加制造耗费的情况下提供以下可能性，即在一定程度上小规模地来缓冲所出现的温度尖峰或超温。
一种比较耗费的可能性是，在电子电路载体的范围中在印制电路板中采用金属核。在大多数情况下，从印制电路板厚的铜板中冲压(stanzen)金属核。此外在印制电路板中引入金属核形式的凹口。由印制电路板制造商借助压配合(Presssitz)将金属核以同面的方式(齐平地)嵌入印制电路板中。通过该大的铜块可以较快地将许多热量穿过印制电路板厚度从IC组件经由导热膏或导热薄膜向壳体传送。壳体理想地具有良好的导热性能，并且装备有冷却肋。该金属镶嵌解决方案的基础在于，将IC组件通过其集成式冷却体与印制电路板焊接。由此所述IC组件获得对铜核的理想连接，用以传导热量。在金属核的下侧和印制电路板之间是微小的凸肩。较大的凸肩布置在金属核的上侧和印制电路板之间。由此在IC冷却体和金属镶嵌之间所形成的缝隙通过借助于丝网印刷所施加的焊接膏来补偿。在焊接工艺中于是形成固定的连接。
通过IC零件上侧来散热的、在结构以及制造技术和经济上最耗费的可能性之一在于，采用弹塑性的、不可压缩的导热垫(GAP焊盘)。由于所述垫只应变形达25％，并在此情况下必须考虑具有约1mm的安装地点的装入和公差带，因此用约4mm的厚度来设计所述垫。这又要求，存在这种结构空间并且在印制电路板和封盖的装配期间可以接受在导热垫变形时所产生的力，并且不过强地绷紧或弯曲印制电路板。否则这可能导致诸如陶瓷电容器那样的其他电子元件的破坏。
以此为出发点，本发明所基于的任务在于，提供一种具有用少量元件的尽可能简单执行的装配工艺的IC元件的冷却装置，所述冷却装置能够实现对IC元件的有效的直接的冷却。
通过一种具有权利要求1的特征的冷却装置来解决该任务。可以单独地或以互相结合的方式采用的有利扩展方案和改进方案是从属权利要求的主题。
IC元件用的以具有冷却体(例如冷却肋、冷却芯棒)的电子装置壳体的形式所构造的冷却装置，其特征在于，IC元件直接布置在电子装置壳体中的冷却体上。为此将位于IC组件周围的由空气组成的绝缘层和印制电路板打开，使得可以将电子电路载体直接连接于导热壳体上，所述导热壳体有利地由铝制成。在IC组件的位置处，优选地以圆形或矩形的形式在IC管脚端子之内对印制电路板挖空。通过该开口借助凸起将电子装置壳体延伸直至IC组件。在此规定，壳体拱顶至该开口孔壁具有足够的空气，使得在定位或装入印制电路板时不产生超定(
Figure A20068003882900041
)。但是在适当的情况下，必要时也可以将印制电路板中的该孔用作中心零点，其方式是使至壳体拱顶的缝隙最小化。在IC零件下侧和壳体拱顶尖峰之间的对于公差补偿所必要的缝隙，在最终装配工艺中用导热膏来填嵌，由此将绝缘空气挤出。IC壳体由此直接与电子装置壳体相连接，并且可以通过安放在电子装置空间之外的冷却肋将热量散到周围环境。
在将印制电路板装配到壳体中时，IC零件管脚接受由侧向挤压在壳体拱顶尖峰上所积聚的导热膏所产生的力。为了防止这点，可以借助放置在IC零件上侧的装配冲头将起作用的印制电路板装配力经由IC壳体引导到导热膏。以此方式由IC零件管脚接受起作用的拉力。此外可以通过优化壳体拱顶尖峰来降低由挤压导热膏所产生的与印制电路板装配方向相反作用的力。通过壳体拱顶尖峰的适当的型面化措施也减小至IC组件的距离，由此通过表面的扩大来改善导热。与现有技术相比较，在该设计中通过减小整个公差域大小来改善装配质量。这此外也通过公差链中较小数量的公差来实现。
IC元件的本发明冷却装置提供以下优点，即改善了的导热，所述导热此外也通过表面隆起通过散热拱顶的优化的型面化来实现。通过本发明装置还可以排除作为绝缘体的空气。在热源和冷却体之间可以通过以下方式来减少部件数量，即在其之间仅仅还布置薄面的导热膏。由此可很有效和迅速地散热。此外，通过本发明冷却装置可以通过以下方式减少设计限制，即较大的IC零件高公差在该冷却装置中不再有影响。在制造和装配工艺方面，存在以下优点，即通过冷却装置的较简单的操作而降低成本。因此在印制电路板制造商处，已经在制造工艺中就包含了对印制电路板的铣削加工用于制造外轮廓或中心和对准孔。此外在最终装配时，也已经集成或存在在印制电路板和壳体之间的导热膏施加。
如果电子装置壳体由诸如铝的导热材料制成，使得可以实现向外的有效散热，则是优选的。在考虑经济方面的情况下与例如塑料壳体相比较，由铝制成的冷却体具有最好的导热性能。但是冷却体也可以由另外的原料来制造。也可能的是，从实心体中通过切削加工来铣削所述冷却体。但是所述冷却体理想地应由诸如铝压力铸造或塑料喷射铸造的铸造方法来生产。
如果安放在电子装置壳体和IC组件之间的印制电路板在IC组件的位置处具有凹口，使得IC元件与冷却体处于直接的和平面的接触，则是有利的。
优选的是，电子装置壳体在IC组件位置处具有用作IC组件用的支承面的壳体拱顶。该壳体拱顶能够实现在冷却元件和IC组件之间的直接接通，而不必在其间接入其它元件、例如用于IC组件的支架。
IC元件优选地通过导热膏与壳体拱顶相连接，所述导热膏由于其导热能力而最佳地散出IC组件的热量。
如果壳体拱顶具有用于IC组件的带有型面的支承面，则也是有利的。通过支承面的型面化来扩大表面。这有助于以改善的方式导热和有助于减小装配力。
本发明首次有利地提供一种用于IC元件的冷却装置，该冷却装置能够实现对IC元件的有效和直接的冷却以及简单的装配，而不需要附加的零件。由于提高了的温度要求，本发明尤其是适合于应用在汽车领域中的电子装置壳体中。
以下借助实施例以及借助附图来阐述本发明的其它优点和实施方案。
在此示意性地：
图1以透视图的方式展示了具有IC元件的本发明冷却装置；
图2以剖视图的方式展示了具有IC元件的本发明冷却装置；
图3以分解图的方式展示了按照图2的具有IC元件的冷却装置；
图4以剖视图的方式展示了具有IC元件的冷却装置的第二实施例；
图5以分解图的方式展示了按照图4的冷却装置；
图6以剖视图的方式展示了具有IC元件的冷却装置的第三实施例；
图7以分解图的方式展示了按照图6的冷却装置；
图8以剖视图的方式展示了具有IC元件的冷却装置的第四实施例；
图9以分解图的方式展示了按照图8的冷却装置；
图10以剖视图的方式展示了具有IC元件的冷却装置的第五实施例；
图11以分解图的方式展示了按照图10的冷却装置；
图12以剖视图的方式展示了具有IC元件的冷却装置的第六实施例，和
图13以剖视图的方式展示了按照图12的冷却装置。
图1以透视图的方式展示了具有IC元件2的本发明冷却装置1。IC元件2通过连接管脚和焊锡3接触印制电路板4。印制电路板4通过由导热膏5构成的层与壳体壁6相连接，所述壳体壁通向冷却肋7。
图2以剖视图的方式展示了具有IC元件2的本发明冷却装置1。从剖视图中看出，壳体壁6在IC元件2位置处具有带有优选平坦的支承面的壳体拱顶8，该支承面从壳体壁6中凸出并包括IC元件2的支承范围。在拱顶和IC元件之间的缝隙中存在同样像在PCB和壳体之间那样的导热膏。此外，壳体壁6优选具有两个圆形槽9，所述圆形槽通过圆形壳体隔板10相互间隔。如此来定位壳体隔板10，使得印制电路板在孔边缘处平放在隔板上。
图3以分解图的方式展示了冷却装置1，所述冷却装置1具有IC元件2、印制电路板4和由导热膏5构成的层。印制电路板4具有优选圆形的凹口11，其中IC元件2被定位在所述凹口11之上。由此可以使要冷却的IC元件2与壳体壁6或与冷却体直接接触。为了固定印制电路板4和IC元件2，给壳体拱顶8的支承面以及围绕壳体壁6的槽10的平坦支承面施加由导热膏5构成的层。
图4以剖视图的方式展示了具有IC元件2的本发明冷却装置1。在该实施例中，壳体拱顶8具有优选凹形的支承面。
在图5中的分解图中，示出了与壳体拱顶8的凹形支承面相配地成形的由导热膏5构成的凸状层。
图6以剖视图的方式在另一实施例中展示了具有IC元件2的本发明冷却装置1，其中，正像从图7中的分解图可以看出的那样，壳体拱顶8的支承面具有优选类似于交叉滚花的型面(Profil)。由导热膏5构成的平放在壳体拱顶8上的层填嵌由滚花的型面所产生的裂缝，并且在朝向IC元件2的侧上以平坦的方式成形。
图8以剖视图的方式是在另一实施例中展示了具有IC元件2的本发明冷却装置1，其中，正像从图9中的分解图可以看出的那样，通过优选地在两个层面中逐渐变成尖形的锲形来构造壳体拱顶8的支承面，所述锲形的尖峰在支承面的中心点相遇。平放在壳体拱顶8上的由导热膏5构成的层充填由该型面所产生的裂缝，并且平坦地邻接IC元件2。
图10以剖视图的方式在另一实施例中展示了具有IC元件2的本发明冷却装置1，其中，正像从图11中的分解图中可以看出的那样，壳体拱顶8的支承面具有优选粒结状型面，其中，粒结(Noppe)的分布类似于乐高砖块(Legostein)。平放在壳体拱顶8上的由导热膏5构成的层填嵌由粒结状型面所产生的裂缝，并且在超向IC元件2的上侧上以平坦的方式来构造。
图12以剖视图的方式在另一实施例中展示了具有IC元件2的本发明冷却装置1，其中，正像从图13中的分解图中可以看出的那样，壳体拱顶8的支承面优选地以矩形方式来成形。这导致在印制电路板4中同样矩形的凹口以及导致以矩形方式所实施的槽9或以矩形方式所实施的壳体隔板10。此外也在由导热膏5构成的层中考虑壳体拱顶8的支承面的矩形成型。
本发明首次有利地提供一种用于IC元件2的冷却装置1，该冷却装置1能够实现对IC元件2的有效的和直接的冷却以及简单的装配，而不需要附加的零件。本发明尤其适合于应用在汽车领域中的电子装置壳体中。

Claims (6)

1.尤其是用于汽车领域的具有冷却装置(1)的IC元件(2)，所述冷却装置(1)以具有冷却体(7)的电子装置壳体的形式来构造，其特征在于，所述IC元件(2)直接布置在电子装置壳体中的冷却体(7)上。
2.按权利要求1的具有冷却装置(1)的IC元件(2)，其特征在于，所述电子装置壳体由铝制成。
3.按权利要求1或2的具有冷却装置(1)的IC元件(2)，其特征在于，安放在电子装置壳体和IC元件(2)之间的印制电路板(4)在IC元件(2)位置处具有凹口(11)。
4.按以上权利要求之一的具有冷却装置(1)的IC元件(2)，其特征在于，电子装置壳体在IC元件(2)位置处具有壳体拱顶(8)。
5.按以上权利要求之一的具有冷却装置(1)的IC元件(2)，其特征在于，通过导热膏(5)使IC元件(2)连接在壳体拱顶(8)上。
6.按以上权利要求之一的具有冷却装置(1)的IC元件(2)，其特征在于，所述壳体拱顶(8)具有用于IC元件(2)的带有型面的支承面。
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