CN102647888B - 发热的电子元器件的散热机构 - Google Patents

Abstract

散热机构包括：具有散热用的导热面的电子元器件、具有两个相互对置的表面侧的电的印刷电路板、具有贴靠导热面的散热面的散热件、支承印刷电路板的支承体。散热机构具有夹紧机构，夹紧机构具有彼此相向的设置在支承体上的夹紧面。印刷电路板在夹紧面之间延伸，散热件和电子元器件在卡夹连接组合体中以相互贴靠的散热面和导热面被夹紧地插入在第一夹紧面和对应的第二夹紧面之间。印刷电路板具有穿透缺口，该穿透缺口构成用于卡夹连接组合体的空间穿透点。卡夹连接组合体包括对应于穿透缺口以及第一夹紧面的顶侧和对应于第二夹紧面且至少由散热件的一部分构成的底侧。电的连续式加热装置有利地配备有该散热机构。

Description

发热的电子元器件的散热机构

技术领域

本发明涉及发热的电子元器件的散热机构，包括：具有散热用的导热面以及电连接销的电子元器件、具有两个相互对置的表面侧且具有多个与电连接销连接的连接部位的电印刷电路板、具有与导热面贴靠的散热面的散热件、支承印刷电路板的支承体。该电子元器件尤其是具有半导体层结构的电子断路器元件，其例如呈晶闸管、功率晶体管或三端双向可控硅开关的形式。它具有管脚状的连接销，借此通常被钎焊到例如呈电路卡、印制电路板或印刷电路形式的印刷电路板上。

背景技术

散发热的元器件导热面必须被紧压到散热的散热面上，以便抑制元器件工作中的发热并由此保证元器件的功能。公开了许多不同的散热机构。一种常用的散热装置在于，断路器以其导热面竖直取向地位于印刷电路板上，并且该导热面侧贴在散热介质如构成散热面的铜件或黄铜件上。例如在连续式水电热装置中，功率电路的断路器直接安装在水管上用于散热(DE202004012263，图5)。在这样的散热装置中，散热效果始终不令人满意。只能有条件地产生相贴合的热面的平面贴靠。所力求的平面贴靠尤其如此受到不利影响，即，尤其在批量加工时，断路器和/或参与相应装配的其它零部件的表面公差或形状公差，尤其在这些零部件由不同的生产商购进时，导致了阻碍热传递的失配。人们大多求助于直接安置在散热件和元器件上的产生夹紧力的夹紧机构。

抛开这样的措施附加地牵连到成本和操作不谈，通常也无法提供足够大的安装空间。此外，还是要考虑电子断路器等类似元器件的连接管脚(连接销)比较短并且只能承受很有限的机械载荷。在常见的卡夹连接机构和/或螺纹连接机构中的机械载荷有时导致连接销在连接部位上的钎焊连接一开始就出错，或者随后脱焊。上述的构件公差加剧了这种不利的结果。

发明内容

本发明基于以下目的，在可靠有效散热、紧凑的结构形状和结构尺寸、消除尤其由结构相同的电子元器件的实体容许偏差所带来的机械影响和易安装性方面改善散热机构。

所述目的与上述散热机构的特征相关地如此实现，即，散热机构具有夹紧机构，夹紧机构具有彼此相向的设置在支承体上的夹紧面，其中，至少一个第一夹紧面设置在印刷电路板的一个第一表面侧的前面，并且至少一个第二夹紧面设置在印刷电路板的另一个第二表面侧的前面，使得印刷电路板在所述夹紧面之间延伸，散热件和电子元器件在卡夹连接组合体中以相互贴靠的散热面和导热面被夹紧地插入在第一夹紧面和对应的第二夹紧面之间，印刷电路板具有产生用于卡夹连接组合体的空间穿透点的穿透缺口，卡夹连接组合体具有对应于穿透缺口以及第一夹紧面的顶侧和对应于第二夹紧面且至少由散热件的一部分构成的底侧。

利用根据本发明的、构成散热机构的构件配置或零部件配置，人们得到许多优点。设置在支承体上的夹紧面构成一对或多对规定的夹紧面，在这些对夹紧面之间分别夹设一个卡夹连接组合体，在卡夹连接组合体中，至少一个电子元器件被紧压到对应的散热件上，此时该元器件的导热面平坦地或者说平面地贴靠在散热件的散热面上。其相互空间关系被定下来的夹紧面确定卡夹连接组合体的位置。印刷电路板在每对夹紧面的夹紧面之间穿过，其中该电子元器件相对于夹紧板的位置被限定。作用于卡夹连接组合体的夹紧力/夹持力既没有通过连接组合体也没有通过印刷电路板传递至连接销或连接部位。本发明的措施导致能不影响到散热连接地应对零件公差或形状公差和电子元器件的尺寸偏差。夹紧力可按规定且可反复地来施加和调整。

一个特别优选的设计在于，卡夹连接组合体由散热件、夹具和夹紧地安置在散热件和夹具之间的至少该电子元器件构成。夹具构成这样的构件，即，电子元器件在其朝向第一夹紧面的一侧以形状配合方式位于该构件上。对应于第一夹紧面的卡夹连接组合体顶侧由夹具构成。根据一种有益的设计，在卡夹连接组合体顶侧的夹具具有朝向印刷电路板的顶面，在顶面上形成至少一个突出于顶面、穿过穿透缺口且夹紧地贴靠在第一夹紧面上的凸起。凸起和穿透缺口可按照相互形状匹配吻合的方式来设定尺寸，从而由此形成用于安装夹具的校准辅助手段。

一个设计方案在于，夹具具有对应于连接销的成型边缘，这些连接销在该成型边缘处弯曲，使得相对于印刷电路板的连接部位形成按照规定的弯曲长度和取向。可以在夹具的成型边缘上形成许多缺口，这些缺口容纳所述连接销，以便以特殊的程度抑制连接销之间的爬电。有利地由塑料制成的夹具构成间隔件，间隔件使电子元器件按规定与第一夹紧面间隔。当其连接销如往常一样被钎焊到连接部位时，间隔件同时构成用于安装电子元器件的校准和安装辅助手段。夹具有利地卡止定位在印刷电路板和固定于印刷电路板的连接部位上的连接销之间。可能合适的是，至少两个电子元器件分别位于具有同一个夹具的卡夹连接组合体内。

一种特别省空间的配置结构在于，印刷电路板具有缺口，至少一个连接件穿过该缺口，从而第一夹紧面与支承体相连。适当的是，至少一个连接件是螺纹连接机构的组成部分。螺纹连接机构尤其有利地由自由穿过印刷电路板的上述缺口的管座和被拧入管座的对应的夹紧螺钉构成。代替螺纹连接机构，可以设置用于将夹紧面安装或固定于支承体上的其它连接机构。

有利的是，第一夹紧面即至少一个第一夹紧面或每个第一夹紧面由夹臂或起到夹臂作用的部分构成。为了形成至少一个夹臂，优选将一个板形件等类似构件尤其借助螺纹连接安装在支承体上。还有利的是，多个第一夹紧面可由至少两个夹臂来构成，例如由一个借助夹紧板形成的双臂来构成，所述夹臂借助共同的连接机构被安置固定在支承体上。

作为散热件，可以设置任何适用于热传导的例如由铜、黄铜、陶瓷材料等构成的物体，其例如借助薄片或肋片将热散发给散热介质或者其它散热体。一个特殊的设计在于，散热件具有被构造用于向液体散热且可自由浸入液体中的散热腿以及用于夹紧支承在第二夹紧面上的支撑件。这样的散热件可与其它设计措施相结合地使用，用以进一步改善散热传热。针对此设计，本发明规定，支承体包括被设计用于输送高压液体的液体通道和通入液体通道的井状通道，井状通道以不允许液体流过的密封配合方式容纳散热腿，其中散热用的散热腿底端伸入液体通道。第一夹紧面最好可以是尤其有弹簧弹性作用的夹臂。该设计可以是这样的，即，散热件在夹紧支承就位于第二夹紧面上的情况下保持可自由活动或者说避开，用于传递附加夹紧力，该附加夹紧力的方向与借助第一夹紧面作用的夹紧力或者说弹簧弹性的复位力相反。人们实现，在卡夹连接组合体内位于第一夹紧面和第二夹紧面之间的电子元器件附加借助由液体施加到散热件上的压力被压紧用于散热。这样的散热结构在电子控制的热水装置即连续式加热装置中是特别有利的，该连续式加热装置具有电的加热机构，用于加热流过连续式加热装置的水。加热机构具有：至少一个待散热的电子元器件作为断路器，该元器件可被控制用以利用功率电路调节热水温度；用于断路器散热的散热机构。散热机构的至少一个散热件处于与断路器导热面的热连接中，并将热散发给有待借助加热机构来加热的水。

为了尤其便于将尺寸有偏差的电子元器件安装在设计一致的安装部位，并获得散热压紧的上述优点，本发明规定，印刷电路板在电子元器件的布置区域内没有与支承体机械地固定在一起。尤其是与该措施相结合地非常有利的是，支承体在电子元器件的周围或布置区域内有至少一个导向件，该导向件构成垂直于印刷电路板的表面侧的导向机构，用于使得该印刷电路板至少基本上以该表面侧采用面平行方式导向定位。

附图说明

从属权利要求着眼于本发明的上述的设计，还有其它合适有利的设计。这些设计的特征按照任何组合方式都有助于本发明的解决方案，因此本发明不局限于具体描述的实施例。仅借助以下对示意性的附图所示的实施例的描述来具体说明本发明的特别合适有利的设计方式和可行方案，其中：

图1以平行透视局部视图示出本发明的散热机构；

图2以剖视图II-II示出根据图1的散热机构；

图3以剖切面III-III的视图示出图2中的散热机构；和

图4以细节图示出在包括冷水通道的布置结构中的散热件。

具体实施方式

图1-图4所示的本发明的散热机构1包括电子元器件2(在此实施例中是三端双向可控硅开关断路器)、电印刷电路板6、散热件3和支承体5。夹紧机构7的组成部分有由夹紧板70构成的第一夹紧面71、第二夹紧面72以及用以将夹紧板70设置在支承体5上的螺纹连接机构73。

夹紧机构7包括双重设置的卡夹连接组合体8。该卡夹连接组合体总是构成散热机构1的配置结构的一半。卡夹连接组合体8由三个部分组成，确切说包括呈型材横截面为T形且由导热材料构成的散热内接头形式的散热件3、元器件2和夹具4。

散热件3具有包括散热内接头320的散热腿32以及由顶板构成的支撑件33，该支撑件在支承体5内将散热件3抵靠到夹紧面72上。支撑件33的平坦顶面构成散热件3的散热面31。

为了散热，元器件2具有平坦的导热面21，该元器件利用该导热面平放在卡夹连接组合体8内并由此平贴于散热面31上。散热件3的支撑件33构成卡夹连接组合体8的底侧。卡夹连接组合体8的顶侧由夹具4构成。可以看到，在卡夹连接组合体8内，元器件2在支撑件33和夹具4之间被插入。

印刷电路板6具有两个穿透缺口64，每个穿透缺口64对应于所属的卡夹连接组合体8。

属于卡夹连接组合体8的夹紧面71、72构成一对夹紧面，这对夹紧面在夹紧面71、72之间以夹紧配合方式产生卡夹连接组合体8。第一夹紧面71在印刷电路板的第一表面侧61的前面并且至少基本上与第一表面侧平行地延伸，该印刷电路板的第一表面侧背对元器件2或散热件3。印刷电路板6的、与第一表面侧61平面平行的另一个第二表面侧62面向元器件2或面向散热件3的设在第二表面侧62之前的支撑件33。第二夹紧面72在第二表面侧62之前延伸并且至少基本上与第二表面侧平行地延伸。具有平行的一对或多对的平行的第一和第二夹紧面的夹紧机构不局限于本实施例。

从上述布置结构中知道，卡夹连接组合体8的顶侧以头部穿过穿透缺口64，以便获得卡夹连接组合体8在两个夹紧面71、72之间的布置结构。夹具4构成卡夹连接组合体8的顶面81，该顶面近乎或者以形状配合方式但有时只以与卡夹连接组合体8的夹紧力相比微小的力抵靠于第二表面侧62上。在顶面81上的、构成卡夹连接组合体8的所述头部的凸起810自由穿过穿透缺口64并在夹紧应力下抵靠第一夹紧面71。虽然带有夹具4的所述卡夹连接组合体8具有特殊的优点，但一般可以设置由散热件和电子元器件构成的任何卡夹连接组合体，也就是没有夹具4地由两个部分构成。夹具4也不局限于所述的构造。有时，该夹具也可以由多个部分构成。另外，可以在夹紧板70或夹紧面71上形成多个隆起或设置多个凸起，它们代替凸起81穿过穿透缺口。

在此实施例中，第二夹紧面72是被动夹紧面，从而它针对支撑件33构成开设于支承体5内的固定支座。在支承体5内形成一个对应于散热件3的T形周向轮廓的空间，在该空间内装入散热件3。图4的视图示出其细节。散热件3具有顶侧宽度B，该顶侧宽度小于在两个相互对置的边缘521之间的净宽，所述边缘构成用于容纳支撑件33的T形头部的框。在支承体5内的匹配于散热腿32的空间构成井状通道52，散热腿32紧密配合地位于该井状通道内。紧密配合通过在安置于散热腿32上的周向槽中的密封圈34产生。散热件3可以在元器件2和夹具4安装前已简单安装，做法是，散热件3被安装在一个相对于如图所示的保持位置绕其底足轴线转动90°的位置，并且随后被转动到该保持位置。

在此实施例中，这两个夹紧面71是夹紧板70的相同部分。它们构成夹臂711、712，每个夹臂构成一个利用螺纹连接机构73而有弹簧弹性的可夹紧的夹紧件。尤其如图1和2所示，印刷电路板6在两个卡夹连接组合体结构的中央具有缺口65。支承体5的突出的圆顶形管座部件54以外回缩边缘穿过缺口65并且具有螺纹连接机构73的内孔。以其头颈部作用在夹紧板70上的带头螺钉74被拧入该内孔中。它构成夹紧机构，可借助该夹紧机构通过有弹簧弹性的板状夹臂711、712根据带头螺钉的拧紧状况而按规定程度目的明确地调整夹持力/夹紧力。利用螺纹连接机构73，夹紧面71起到主动夹紧面的作用。除了主动的第一夹紧面外或者与被动(固定)的第一夹紧面结合地，本发明的散热机构也可以具有可主动施加以夹紧力的第二夹紧面。此外，每个卡夹连接组合体8可以配设有一个独立的夹紧机构。

在此实施例中，优选由塑料形成的夹具4呈具有成型边缘42的帽状。在成型边缘42之间形成用于元器件2的支座，该支座被设计成也能容纳具有不同壳体尺寸的元器件2，尤其是具有结构形状的容许偏差的元器件。尤其可通过调整夹持-夹紧力来应对容许偏差的影响，以产生在任何情况下还是可靠稳定的散热连接结构。有一个成型边缘42构成一个边缘，连接销22在该边缘处被如此弯曲，即相对于印刷电路板6的连接部位63形成规定的弯曲长度和取向。这些连接销22通常以钎焊连接方式被连接到印刷电路板6的对应的连接部位63。一般不要求该夹具形成有用于电元器件2的特殊安放缺口。

在此实施例中，印刷电路板6在元器件2及其连接销22的区域内即其周围保持没有被机械地固定在支承体5上。仅被示出局部的印刷电路板6被固定在远离散热机构1的布置区域的位置上，优选借助未示出的三点支撑机构被固定在支承体5上。人们利用该措施在安装元器件2时获得特殊的优点，尤其是与夹具4相关的优点。能够符合元器件2尺寸的误差或较大的偏差。有时，可以用夹具4朝向夹紧面71地以最小程度压迫印刷电路板6，以便容纳元器件2，在夹紧面71、72之间的元器件结构高度略微大于另一避免了板挤压的元器件的结构高度。仍然重要的是，基本上在夹紧面71、72之间施加夹紧力，用以产生散热-卡夹连接组合体8。像在此实施例中那样，印刷电路板6能以形状配合方式抵靠管座部件54的回缩边缘用于支承，并且有时借助管座部件54被引导用于安装，或在略微抬起时被引导。为此，也设有突出地设于支承体5上的导销53，该导销的指向垂直于印刷电路板6的表面。竖直导向不局限于该实施例。

在图1-图4中，散热机构1是一个未详细示出的电子控的连续式加热装置的组成部分，该连续式加热装置具有电热机构，用于加热流过连续式加热装置的水。支承体5构成安装主体，其配备有连续式加热装置的主要部分和功能区。在此实施例中涉及到具有加热机构的连续式加热装置，该加热机构例如由裸线加热垫构成。未示出的加热机构或加热垫可通过(未示出)连续式加热装置进水接管并经水流通道51.1和51.2接收高压供应的水。如图1和4所示，散热件3的具有散热肋片320的散热腿32设置在在图中横向延伸的冷水通道51.2内。在此特殊实施例中，如此设置散热件3：使得支撑件33在对应的T形头安放缺口中以例如在1/10mm数量级内的最小间隙s朝向第一夹紧面71地空出和避开。人们由此实现，散热件3可以在通道51.2内朝向第一夹紧面71承受水压的情况下总是将附加夹紧力施加到卡夹连接组合体8上。在此布置和设计中，支撑件33凭借水压有时被略微抬离第二夹紧面72，如图所示。散热腿32的表面，在此实施例中是径向散热肋片320，还用作为夹紧面或支撑面，用于夹紧。

可精确地使夹紧板70的夹紧应力和承受压力的散热件3的夹紧应力相互协调。在将水注入连续式加热装置时，水在通道51.1、51.2内处于进水压力。水流引起电子模块2即三端双向可控硅开关断路器的接通，从而该加热机构通过加热元件如裸丝加热垫的通电而投入工作。由此决定的电子元器件2的发热通过特别有效可靠的散热来应对，其做法是，承受压力的散热件3分别在卡夹连接组合体8中引起加强了许多的对导热面和散热面的压紧。承受压力的附加散热腿32可以用在包括待冷却电子元器件的任何热水装置中。但本发明不局限于使用附加地主动承受压力的散热腿32。代替该实施例的散热件3，尤其也可以在电热水器/热水连续式加热装置中设置所有适用于散热的散热件，例如尤其是还发有空气冷却元件和/或将热排放给其它元件的散热件。

Claims (15)

1.一种发热的电子元器件（2）的散热机构（1），包括：具有散热用的导热面（21）以及电连接销（22）的电子元器件（2）、具有两个彼此对置的表面侧（61，62）且具有多个与所述电连接销（22）相连的连接部位（63）的电的印刷电路板（6）、具有贴靠该导热面（21）的散热面（31）的散热件（3）、支承该印刷电路板（6）的支承体（5），其特征在于，该散热机构（1）具有夹紧机构（7），该夹紧机构具有彼此相向的设置在该支承体（5）上的夹紧面（71，72），其中，至少一个第一夹紧面（71）设置在该印刷电路板（6）的一个第一表面侧（61）的前面，并且至少一个第二夹紧面（72）设置在该印刷电路板（6）的另一个第二表面侧（62）的前面，使得该印刷电路板（6）在这些夹紧面（71，72）之间延伸，该散热件（3）和该电子元器件（2）在卡夹连接组合体（8）中以相互贴靠的散热面（31）和导热面（21）夹紧地插入在第一夹紧面（71）和对应的第二夹紧面（72）之间，该印刷电路板（6）具有穿透缺口（64），该穿透缺口构成用于该卡夹连接组合体（8）的空间穿透点，该卡夹连接组合体（8）包括对应于该穿透缺口（64）以及第一夹紧面（71）的顶侧和对应于第二夹紧面（72）的至少由该散热件（3）的一部分构成的底侧。

2.根据权利要求1所述的散热机构，其特征在于，该卡夹连接组合体（8）由散热件（3）、夹具（4）和在该散热件（3）和该夹具（4）之间夹紧设置的电子元器件（2）构成。

3.根据权利要求2所述的散热机构，其特征在于，在该卡夹连接组合体（8）的顶侧的该夹具（4）具有朝向第一夹紧面（71）的顶面（81），在该顶面上形成至少一个突出地设于该顶面（81）上、穿过该穿透缺口（64）且夹紧地贴靠在第一夹紧面（71）上的凸起（810）。

4.根据权利要求2或3所述的散热机构，其特征在于，该夹具（4）具有对应于连接销（22）的成型边缘（42），所述连接销（22）在该成型边缘处弯曲，从而相对于该印刷电路板（6）的连接部位（63）形成规定的弯曲长度和取向。

5.根据权利要求2所述的散热机构，其特征在于，该夹具（4）在该印刷电路板（6）和固定于该印刷电路板（6）的连接部位（63）上的连接销（22）之间卡止定位。

6.根据权利要求2所述的散热机构，其特征在于，该夹具（4）经过构造，使得至少两个电子元器件（2）分别处于包括该夹具（4）的卡夹连接组合体（8）内。

7.根据权利要求1所述的散热机构，其特征在于，该印刷电路板（6）具有缺口（65），至少一个连接件穿过该缺口，所述至少一个连接件将第一夹紧面（71）与该支承体（5）连接起来。

8.根据权利要求7所述的散热机构，其特征在于，所述至少一个连接件是螺纹连接机构（73）的组成部分。

9.根据权利要求1所述的散热机构，其特征在于，第一夹紧面（71）由夹臂（711，712）构成。

10.根据权利要求8所述的散热机构，其特征在于，多个第一夹紧面（71）由至少两个夹臂（711，712）构成，所述至少两个夹臂借助共用的连接机构（73）固定在该支承体（5）上。

11.根据权利要求1所述的散热机构，其特征在于，该散热件（3）具有被构造用于向液体散热且可浸入液体中的散热腿（32）以及用于夹紧贴靠在第二夹紧面（72）上的支撑件（33）。

12.根据权利要求11所述的散热机构，其特征在于，该支承体（5）包括被设计用于输送高压液体的液体通道（51）和通入该液体通道（51）的井状通道（52），该井状通道以不允许液体流过的密封配合方式容纳该散热腿（32），该散热腿（32）的被构造用于散热的底端伸入该液体通道（51），并且该散热件（3）在夹紧抵靠就位于第二夹紧面（72）上的情况下保持可自由活动，用于传递附加的夹紧力。

13.根据权利要求1所述的散热机构，其特征在于，该印刷电路板（6）在电子元器件（2）的布置区域内没有与该支承体（5）机械地固定在一起。

14.根据权利要求13所述的散热机构，其特征在于，该支承体（5）在电子元器件（2）的布置区域内具有至少一个导向件（53），用于使得该印刷电路板（6）至少基本上以其表面侧（61，62）采用面平行的方式导向定位。

15.一种连续式加热装置，具有电的用于加热流过该连续式加热装置的水的加热机构，其中该加热机构包括：至少一个待散热的电子元器件作为可被控制的断路器用以控制热水温度；以及用于散热该断路器的散热机构（1），该散热机构（1）具有与该断路器的至少一个导热面（21）热连接的散热件（3），该散热件将热散发给待加热的水，其特征在于，该散热机构（1）由根据权利要求1—14之一所述的散热机构（1）构成。