CN112740843B - 按压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气和电子装置领域，特别是开关模式电源和电力电子电路的领域。更具体地，本发明涉及一种用于将安装在载板（8）上的部件（7a、7b）压靠到散热器（9）上的装置，其中，部件（7a、7b）通过载板或经由部件（7a、7b）和载板（8）之间的接触被冷却。为此，散热器（9）布置在载板（8）的至少在冷却区域中没有配备有部件（7a、7b）的一侧或底侧上。用于按压至少一个部件（7a、7b）的装置（1）包括用于接收至少一个紧固体（10）的至少一个中空体（2）和至少一个弹簧臂（5、5a、5b）。所述至少一个弹簧臂（5、5a、5b）至少以四分之一圆形、特别是欧米茄形的方式弯曲，并且在其端部处具有用于将按压力（F）传递到待冷却的部件（7a、7b）上的支承面（6a、6b）。所述支承面（6a、6b）形成为多边形扁平部。根据本发明的装置（1）还一体形成为注射成型塑料部分并且可以容易且快速地安装——特别是以自动的方式——并且实现待冷却的部件（7a、7b）的节省空间的布置结构，特别是同时保持预定义的电气间隙和/或预定义的空气间隙和爬电距离。

Description

按压装置

技术领域

本发明总体涉及电气和电子装置领域，特别是开关模式电源和电力电子电路领域。更具体地，本发明涉及一种装置，通过这种装置，能够将安装在载板上的部件压靠在散热器上。在这种情况下，经由载板或者经由部件和载板之间的接触来冷却部件。为此，散热器至少在热接触区域或冷却区域中被布置在载板的未配备有部件的一侧或下侧上。

背景技术

装置、特别是电气或电子装置（诸如，例如开关模式电源、电力电子电路、控制装置等）现在通常由电气部件和/或模块组成。在这种情况下，部件容纳在被称为印刷电路板的载板上，该载板用于机械紧固，并且还经由所谓的导体轨道用于部件的电气连接。这些部件可以借助于将它们钎焊到钎焊表面上或钎焊孔眼中、借助于将它们胶合等来紧固，以及借助于将它们拧到印刷电路板上来用更大的部件紧固。

装置的电路、特别是电气装置经常包括半导体部件，诸如，例如功率半导体部件等，主要是热损耗——即，热量——通过该功率半导体部件产生。例如，为了防止由功率损耗或热量引起的相应部件或电路的损坏或过热或装置的故障，有必要相应地冷却产生该功率损耗的部件或消散所产生的热量。

为此，产生功率损耗或待冷却的半导体部件所在的载板或印刷电路板通常连接到消散热量的部件——被称为散热器。通常由导热良好的金属（主要是铝或铜）组成的所谓的热桥由散热器形成，以便将从待冷却的部件产生的热量传导出去，并将其散发到例如装置周围的区域。散热器用于例如电力电子、控制装置中等，尤其是用于冷却功率半导体（例如，功率二极管、功率晶体管等）。

对于安装在载板或印刷电路板上的电路，散热器可以布置在例如一侧上，该侧至少在产生功率损耗的部件或待冷却的部件的区域中——即在冷却区域中——不配备有部件，或者布置成抵靠在载板的下侧上。即，然后，由部件产生的热损耗或功率损耗从部件通过载板传导到散热器，或者载板位于散热器和待冷却的部件之间。特别是对于带有直通连接的载板或印刷电路板——即，呈内部金属化孔形式的印刷电路板导体轨道层之间的竖直电气连接——热量也可以通过到散热器的直通连接从部件散发出去。对于具有直通连接的载板或印刷电路板上的电路，为了附接和连接部件，附加的电绝缘层和/或绝缘元件（例如，由陶瓷、硅橡胶或特殊塑料制成）经常在组装期间被插入，以用于电流分离或用于载板或直通连接和金属散热器之间的绝缘。

为了促进散热，散热器在每种情况下都需要与待冷却的部件有良好的热连接。因此，有必要在散热器和待冷却的部件之间建立尽可能紧密和良好的接触。为了补偿不均匀性（例如在载板的下侧和散热器的表面之间）以及为了建立到散热器的更好的热传递，可以在组装之前施加导热膏薄层。对于电绝缘组件，插入的电绝缘层和/或绝缘元件可以用于例如补偿不均匀性和改善热传递。

为了在待冷却的部件和散热器之间建立对应的紧密和良好的热接触，部件通常也被压靠在散热器上。为此，例如可以使用弹簧板，该弹簧板例如布置在待冷却的部件上，并借助于螺钉或夹具紧固。弹簧板然后施加压力，例如，该按压力将部件压靠在载板上并因此压靠在布置在载板下侧上的散热器上。然而，使用弹簧板来按压部件具有这样的缺点，即组装大多必须手动执行，并且与相对高的支出相关联。

尤其对于电气装置，诸如开关模式电源或电力电子电路，通常要考虑电路导电部分之间的针对所谓的空气的预定义电气间隙或最小距离或爬电距离。这意味着出于安全和/或功能的原因，在例如导体轨道、部件触点和另外的导电部分（诸如散热器、紧固装置以及还有用于按压部件的弹簧板）之间要保持最小的距离，以便例如保护人或装置以及尽可能免受电压和/或电流的影响。例如在标准（诸如，在欧洲标准EN 60 664-1中，等）中预定义了这种最小距离。通过使用弹簧板来按压部件，这导致例如为了将必要的或预定义的电气间隙或空气和爬电距离实现为载板上的部件的布置结构中需要相对大的距离。作为替代或补充，电气间隙也可以通过构建在绝缘膜和/或绝缘元件中来保证（例如，在弹簧板和部件之间）。这一方面导致对电路的更高空间要求。另一方面，这使得组装相对耗时且复杂，因为特别是对于对部件以及弹簧板的按压，需要用于绝缘的其他附加元件。因此，不再可能实施成本有效且可能自动化的电路或弹簧板的组件。

公开EP 3208843 A1公开了一种用于在平坦的载体表面上组装小方形部件（诸如半导体元件）的保持夹。该保持夹具有至少一个弯曲的弹簧板，用于向下保持该部件，该弹簧板的一个端部能够连接到载体表面，并且其另一端部能够被应用于放置在载体表面上的小方形部件的弹簧支撑。保持夹由弹簧钢制成，并且在电气装置中使用时，必须用电绝缘塑料涂层涂覆或环绕模制，这使得保持夹的制造昂贵，或者采用附加元件来绝缘。为了组装，保持夹连接到绝缘基部，由此制造和组装同样与更大的费用相关联。

此外，从公开US 2012/218712 A1中还已知一种用于按压电子部件的弹簧元件，该弹簧元件具有基部部分，该基部具有用于紧固（例如，紧固到散热器）的钻孔，和向下指向的高度适配部分以及从基部部分侧向突出的两个弹簧臂。每个弹簧臂都由保持部分组成，保持部分用于借助于紧固部分按压电子部件，倾斜向下延伸，其中紧固部分在每种情况下都设置在弹簧臂的自由端部处。为了将弹簧元件用于不同尺寸的部件，可以将高度适配部分插入到散热器上的高度适配孔中。这使得组装相对耗时，并且如果需要的话，可能必须手动执行。

对于公开US 2009/0168360 A1，还已知一种用于将电气部件压靠在散热器上的布置结构。这种布置结构包括至少一个弹簧元件、紧固装置和间隔元件，该弹簧元件由弹簧材料（例如，钢）制成的弹簧臂用于按压部件，其中弹簧臂可以略微弯曲，间隔元件被引入到所述至少一个弹簧元件中的孔中，并且紧固装置能够被引入到该孔中。利用这种布置结构，组装同样是耗时、复杂的，并且如果需要，可能必须手动执行。

发明内容

因此，本发明的基本目的是指定一种用于将部件按压到散热器上的装置，该装置可以容易地且低成本地组装，并且花费很少的时间，并且使得部件的节省空间的布置结构成为可能，同时保持预定义的电气间隙。

这个目的是通过在开始时描述的具有独立权利要求特征的类型的装置来实现的。从属权利要求中描述了本发明实施例的有利形式。

根据本发明，该目的通过在开始描述的类型的装置来实现，通过该装置，布置在和安装在载板上的部件能够被按压到散热器上。当这样做时，经由载板和/或经由部件的接触来冷却部件。为此，散热器布置在载板的在待冷却的部件的区域中没有配备有部件的一侧或下侧上。为此，本发明的装置包括至少一个中空体和至少一个弹簧臂。中空体被配置成至少接收紧固体，该紧固体例如可以直接安装在散热器上，并且该装置能够与该紧固体一起安装。此外，该装置具有至少一个弹簧臂，该弹簧臂实施为希腊大写字母欧米茄的形状。所述至少一个弹簧臂的端部具有用于将按压力传递给待冷却部件的支承面，其中该支承面被设计成多边形扁平部。此外，本发明的装置一体地实施为塑料注射模制部分。

所提出的创造性解决方案的主要方面在于这样的事实，即装置可以容易地并且以节省时间的方式或者在电路或电气装置的生产或组装期间——在相对短的组装时间内——安装在载板上。该装置特别适合自动化组装。此外，该装置使得——尤其通过至少一个弹簧臂的实施例——在载板上的部件的节省空间的布置结构成为可能，并且因此电路的节省空间的实施例成为可能。对于电气装置，诸如，例如开关模式电源等并且特别是电力电子电路，尽管待冷却的部件的布置节省了空间，但是该装置使得保持预定义的电气间隙或预定义的空气最小距离以及部件和散热器的接触之间的爬电距离成为可能——特别是通过其中空体。

所述至少一个弹簧臂的所述至少四分之一圆形的弯曲实施例使得能够非常简单地向部件提供支承面上的按压力。在这种情况下，弹簧臂的曲率具有提供足够的弹簧距离的任务，并且在这样做时，使得待冷却的部件布置成彼此足够靠近或者靠近导电的部分（例如，导体轨道等）、同时保持预定义的电气或安全间隙成为可能。此外，所述至少一个弹簧臂具有相对高的机械承载能力，并且节省空间。

弹簧臂的欧米茄形或成形为像希腊大写字母欧米茄的弯曲的实施例已被证明是特别有利的，通过该实施例，待冷却的部件彼此之间和/或与导电部分之间的距离非常小，同时保持预定义的电气间隙以及待冷却的部件的良好按压是可能的。由于欧米茄形弹簧臂，但尤其是具有两个或更多个欧米茄形弹簧臂，该装置还能够在自动组装期间容易地被抓握和放置，例如，借助于机器人臂。

此外，还存在这样的设置：在所述至少一个弹簧臂的端部处的支承面被实施为多边形扁平部。按压力由此被均匀地传递到待冷却或待按压的部件。通过这种方式，部件的表面以简单的方式压靠在散热器上，并且例如可以在其整个表面上被冷却。

还有利的是，该装置实施为一体——理想地实施为塑料注射成型部分。通过这种方式，组装被进一步缩短和简化，因为只有一个部分必须被附接以按压在至少一个部件上。通过这种方式，降低了组装成本，并且可以更快地且以更低的成本生产装置或电路，从而允许节省更多的空间。

特别是为了保持这些空气的最小间隙和爬电距离，以及为了操作安全的原因，有利的是，该装置以这样的方式实施，使得在组装状态下，保持待冷却部件的触点和紧固体和/或用于将该装置固定到载板的紧固装置之间的预定义最小电气间隙或预定义最小爬电距离。在这种情况下，爬电距离是沿着两个导电部分之间的固定绝缘材料表面的最短距离，诸如，例如载板上的导体轨道或部件以及（例如由金属制成的）紧固体或紧固装置的接触或直通接触。

弹簧臂可以理想地具有圆形或方形或矩形横截面。例如，这使得按压力能够分布在圆形或方形表面（相当集中）上或矩形表面上传递到待冷却的部件或支承面，以适于部件尺寸。

此外，有用的是，本发明装置的中空体以这样的方式实施，使得能够引入紧固装置，该紧固装置对于组装而言能够可拆卸地或不可拆卸地连接到紧固体。为此，中空体可以具有孔，紧固装置（例如螺钉、铆钉）可以被引入到该孔中。为了组装本发明的装置，紧固装置然后可以连接到位于中空体内部的紧固体，该紧固体例如附接到散热器。

在本发明装置的一个有利实施例中，中空体的内径以这样的方式实施，使得紧固体以及还有绝缘体能够被容纳。在这种情况下，绝缘体能够附接到中空体的内壁。

本发明装置的中空体还具有防扭曲件，通过该防扭曲件，以简单的方式防止了装置在放置和紧固期间的扭转。通过这种方式，自动组装首尤其得到了简化。

有利的是，该装置制成一件式，并且理想地是由弹性材料制成的注射成型部分。对于该装置，弹性材料——尤其是塑料——的使用不会在用于电气装置时产生任何直接EMC效应——即，该装置不会引起任何不期望的电和/或电磁效应发生，这种效应可能会破坏该电气装置的功能。此外，特别是当使用耐高温的高性能塑料时（例如，聚醚酰亚胺或PEI、聚酰胺酰亚胺或PAI），装置的弹簧效应在很宽的温度范围内都能得到确保——即，通过该装置，待冷却的相应部件在很宽的温度范围内以对应的按压力压靠在散热器上。

附图说明

下面将参照所附附图通过示例来解释本发明。在图中：

图1示出了用于将部件按压到散热器上的本发明装置的实施例的示例性形式的示意图。

图2示出了用于用两个弹簧臂将部件按压到散热器上的本发明装置的实施例的另外的示例性形式的示意图。

图3以通过用于在组装状态下按压部件的本发明装置的示例示出了的实施例的示意性形式。

具体实施方式

图1以斜视图示出了用于将安装在载板或印刷电路板8上的部件7a、7b按压到散热器9上的本发明装置1的一种实施例形式的示例。装置1由弹性且可能绝缘的材料一体形成，并且可以例如借助于注射成型方法生产为注射成型塑料部分。

装置1包括中空体2，该中空体2例如可以实施为中空圆柱体。作为替代，中空体2也可以具有方形或矩形横截面。中空体被构造成容纳至少一个紧固体10，这将参照图3进行更详细的解释。在这种情况下，中空体2的内径被实施为使得至少紧固体10能够插入中空体2中。必要时，中空体2的内径以这样的方式实施，使得为了更大的介电强度或为了增加部件7a、7b和紧固体10的接触之间的电气间隙，还可以引入绝缘体14。

此外，中空体2在组装方向M的上侧上具有插座3。紧固装置15（例如，螺钉或铆钉）可以在安装期间引入该插座3中，紧固装置15能够可拆卸地或不可拆卸地连接到紧固体10。通过紧固装置15的引入或通过紧固装置15和紧固体10之间的连接，装置1被紧固，并且部件7a、7b被按压力F压靠在载板8或散热器9上。为了装置1的简单放置和组装，中空体2具有防扭曲件4，该防扭曲件4在组装方向M上突出超过中空体的下端，并且可以接合在载板8的对应插座中。

装置1还具有弹簧臂5，其实施为弯曲的。例如，图1所示的弹簧臂5是ω形的，或者成形为类似于希腊大写字母欧米茄Ω。在最简单的情况下，弹簧臂5至少可以弯曲成四分之一圆形。弹簧臂5在组装方向M上变成中空体2的上表面。弹簧臂5的一个端部具有支承面6，在组装状态下，按压力F经由支承面6传递到待冷却的部件7a、7b。根据弹簧臂5的实施例，支承面6例如可以是圆形、方形或如图1通过示例所示的矩形。作为替代，弹簧臂5的端部也可以实施为多边形扁平部。

在图2中通过示例示意性地以斜视图示出了用于将部件7a、7b按压到散热器9上的本发明装置1的实施例的另外的有利形式。图2所示的装置1的实施例的形式同样包括用于容纳紧固体10的中空体2。中空体再次被实施为例如中空圆柱体，并且具有插座3，紧固装置15能够被引入到该插座3中。防扭曲件4再次设置在中空体2上，用于简单的放置和组装。

然而，图2所示的装置1的实施例的形式具有两个弹簧臂5a、5b，经由这两个弹簧臂，两个部件7a、7b可以被按压到散热器8上。弹簧臂5a、5b在组装方向M上变成中空体2的上表面，并且每个都具有例如欧米茄形弯曲实施例。弹簧臂5a、5b的欧米茄形形状例如使得待冷却的部件7a、7b能够以彼此相对小的距离布置在载板或印刷电路板8上。每个弹簧臂5a、5b在其端部处具有支承面6a、6b，按压力F经由该支承面传递到待冷却的相应部件7a、7b。在这种情况下，例如，为了将按压力F更好地传递到相应部件7a、7b，支承面6a、6b被实施为多边形平坦部。

图2所示的装置1例如可以再次实施为由弹性且可能绝缘的材料制成的单件注射成型塑料部分。此外，取决于待冷却部件7a、7b的要求和/或布置结构，可设想装置1还具有三个、四个或更多个弹簧臂5a、5b。

图3示出了图2中通过示例示出的装置1的实施例的形式，其中两个弹簧臂5a、5b在贯穿中空体2的纵向截面中处于组装状态。

待冷却的部件7a、7b安装在载板或印刷电路板8上。散热器9至少在待冷却部件7a、7b的区域中或者在冷却区域中布置在载板8的未配备侧上，其中散热器9具有用于容纳用于按压部件7a、7b的装置1的紧固体10。载板8具有插座11（例如在部件7a、7b之间），用于本发明装置1的紧固体10能够逆着装置的组装方向M引入该插座中。为了载板8的电流分离或者部件7a、7b与散热器9的接触（特别是直通接触），该散热器9可以由金属（特别是铝）制成，绝缘层12可以布置在冷却区域中的未配备载板8的一侧或下侧与散热器9或部件7a、7b下方的绝缘元件13a、13b之间。

在组装期间，装置1在组装方向M上与中空体2一起被引入载板8中的插座11中。在该过程中，弹簧臂5a、5b的端部与待冷却部件7a、7b上的支承面6a、6b靠在一起，并且中空体2至少接纳紧固体10。此外，绝缘体14也可以插入中空体2的内壁和紧固体10之间。中空体2的内径以这样的方式实施，使得紧固体10以及还有绝缘体14两者都可以被容纳。

然后，通过中空体2上侧的插座3，在组装方向M上，紧固装置15（例如，螺钉、铆钉）被引入并连接到紧固体10。通过这种连接，按压力F经由弹簧臂5a、5b端部处的支承面6a、6b传递到部件7a、7b。即，在固定装置1之后，利用按压力F按压部件7a、7b，该按压力F由弹簧臂5a、5b抵靠在载板8上并因此抵靠在散热器9上而施加。

装置1、特别是中空体2此外以这样的方式实施，使得部件7a、7b与金属紧固体10和/或紧固装置15的接触或直通接触之间的预定义最小电气间隙或最小爬电距离的预定义最小距离得到保持。

附图标记列表

1 用于按压部件的装置

2 中空体

3 用于引入紧固装置的插座

4 防扭曲件

5、5a、5b 弹簧臂

6，6a、6b 支承面

7a、7b 部件

8 载板或印刷电路板

9 散热器

10 紧固体

11 载板或印刷电路板中的插座

12 绝缘层

13a，13b 绝缘元件

14 绝缘体

15 紧固装置

F 按压力

M 组装方向

Claims (7)

1.一种用于按压部件的装置，通过所述用于按压部件的装置能够将部件（7a、7b）按压到散热器（9）上，其中，所述部件安装在载板（8）上，其中，所述散热器（9）布置在所述载板（8）的至少在冷却区域中没有部件（7a、7b）的一侧上，并且其中，热量能够至少通过所述载板（8）从所述部件（7a、7b）消散，其特征在于，所述装置（1）具有用于容纳至少一个紧固体（10）的至少一个中空体（2）和至少一个弹簧臂（5、5a、5b），其中，所述至少一个弹簧臂（5、5a、5b）被实施为成形为像希腊大写字母欧米茄，并且所述至少一个弹簧臂（5、5a、5b）的端部具有支承面（6a、6b），用于将按压力（F）传递到待冷却的部件（7a、7b），其中，在所述至少一个弹簧臂（5、5a、5b）的端部处的支承面（6a、6b）形成为多边形扁平部，并且在于，所述装置（1）一体形成为注射成型塑料部分。

2.根据权利要求1所述的用于按压部件的装置，其特征在于，所述装置（1）以这样的方式实施，使得在组装状态下，在所述待冷却的部件（7a、7b）与所述紧固体（10）和/或紧固装置（15）的接触之间保持预定义的最小电气间隙。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的用于按压部件的装置，其特征在于，所述至少一个弹簧臂（5、5a、5b）具有圆形或方形或矩形横截面。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的用于按压部件的装置，其特征在于，所述中空体（2）以这样的方式实施，使得能够可拆卸地或不可拆卸地连接到所述紧固体（10）的紧固装置（15）能够被引入。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的用于按压部件的装置，其特征在于，所述中空体（2）的内径以这样的方式实施，使得所述紧固体（10）以及还有绝缘体（14）两者能够被容纳，所述绝缘体（14）能够附接到所述中空体（2）的内壁。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的用于按压部件的装置，其特征在于，所述中空体（2）还具有防扭曲件（4），通过所述防扭曲件（4），防止了所述装置在放置和紧固期间的扭转。

7.根据权利要求1至2中任一项所述的用于按压部件的装置，其特征在于，所述装置（1）由弹性材料形成。