CN1754411A - 可靠散热的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是使电子设备(1)可靠散热。为达到此目的采用一个分成多个部分的外壳(2)，包括一个壳座(3)和一个壳盖(4)，其中，在壳座(3)的底板(19)上设有一块配备有至少一个电子功率构件(7)的支承板(26)，壳盖(4)带有一安装装置(11、12)，用于在将支承板(26)紧压在一冷却体(13)支承面(27)上的情况下将外壳(2)固定在该冷却体(13)上，以及，设有至少一个支承部分(24、25、31、32)，用于将一个朝底板(19)方向定向的压紧力(F)从壳盖(4)传到壳座(3)上。

Description

可靠散热的电子设备

本发明涉及一种电子设备，例如电子开关。

此类设备通常含有一个电子开关电路，它设有一个电子功率构件，例如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、功率二极管等。这种功率构件在按规定使用时还产生巨大的损耗热，该损耗热必须从设备的外壳导出，以免开关电路过热。为了保证有效导出损耗热，通常将设备安装在尤其金属的冷却体上。为了实现从设备向冷却体的良好传热，将一块配备有一个或多个功率构件的支承板直接组合在设备的外壳内。在这里支承板恰当地设在外壳的底板内，在装配状态底板直接贴靠在冷却体的支承面上。因为支承板在冷却体上的支靠越均匀和面积越大，在支承板与冷却体之间的热连接越好，所以设备通常用螺钉固定在冷却体上，从而将支承板压靠在冷却体的支承面上。

为了建立这种螺钉连接，往往在设备的外壳上装连接板，它们尤其沿外壳纵向从外壳伸出。这些连接板在结构上导致比较远地离开支承板的重心。这意味着在设备与冷却体用螺钉在这里连接的固定点也离支承板比较远，因此，通过螺钉连接产生的预紧力只是不利地和损失很大地传给支承板。这种不利的传力途径导致外壳高的扭曲负荷，这种扭曲负荷尤其强烈地出现在连接板到外壳的过渡区内以及在支承板棱边的周围。基于这种材料扭曲产生的应力可能导致外壳和/或支承板损坏，以及在最不利的情况下甚至断裂。

为了避免所述的材料扭曲，有时将支承板与一金属的装配板全面地钎焊，该装配板再用螺钉固定在冷却体上。然而，支承板在装配板上的所述钎焊不利地需要附加和费时的加工步骤。此外，装配板意味着是设备的一个附加零件，它一方面提高了设备的生产成本，以及另一方面增大了设备的结构体积。

本发明的目的是提供一种电子设备，其中可以在避免所述缺点的情况下实现可靠散热。

此目的按本发明通过权利要求1的特征达到。据此，设备的外壳设计为由多部分组成，包括一个壳座和一个壳盖，壳盖鞋盒状套在壳座上。在这里，壳座有一块规定用于靠放在冷却体上的底板，在底板内装入一块配备有至少一个电子功率构件的支承板。壳盖上又设有一用于将外壳固定在冷却体上的并因而用于将支承板紧压在冷却体支承面上的安装装置。由该安装装置产生的压紧力在这里通过至少一个支承部分从壳盖传给壳座。

通过由多部分尤其两部分组成的外壳设计，外壳具有一种柔性，基于这种柔性将不对称的材料扭曲在外壳的内部大体均匀地分配。换句话说，产生局部的材料扭曲时尤其两个外壳部分可以相对作用，从而避免局部外壳区的过载。这尤其导致施加在设备上的压紧力特别均匀地传给底板，由此保证组合在底面内的支承板全面贴靠在冷却体的支承面上。

通过至少一个支承部分，可以目标特别准确地将压紧力传给壳座。如下面还要详细说明的那样，优选地设多个支承部分，它们对称地围绕支承板并尽可能靠近支承板设置。由此将支承板特别好地、均匀地并因而爱护材料地压靠在冷却体上。

壳盖和壳座优选相互卡锁。因此这两个外壳部分不仅在已装配状态而且在未完成装配状态均防止失落地互相固持。另一方面，该互锁连接并不抵消外壳结构所具有的有利的柔性。

按恰当的设计，安装装置包括至少两个紧固螺钉，它们每一个插入并支承在壳盖的一个配属的螺钉导引装置内。为了改善传力途径使设备在这些地方固定在冷却体上的紧固点能尽可能靠近支承板布置，所以每个螺钉导引装置均穿过外壳内腔。这种结构设计对于尤其在装配状态作用在外壳上的扭曲负荷方面是特别有利的。螺钉导引装置附加地用于紧固螺钉相对于外壳内腔的电绝缘。

有利地，在外壳的侧壁区域内设一个或多个支承部分。在这里两个沿外壳纵向定向的外壳壁称为外壳的侧壁，它们从底板出发折角。这些侧壁置于支承板横侧的两侧，也就是沿支承板的纵向定向。因此，这些侧壁设置为比较靠近支承板的重心，从而可以比较靠近中央地将力传给支承板。

基于外壳分成两部分的设计结构，两个外壳部分，亦即壳盖和壳座，在侧壁的区域内搭接。因此，外壳的每个侧壁包括互相层状贴靠的一个壳盖的侧壁和一个与之配置的壳座的侧壁。优选地，所述的或配属于外壳每一个侧壁的支承部分包括一个成形在第一外壳部分上的支承凸块，它作用在第二外壳部分侧壁内相应的支承轮廓上。作为第一个带有支承凸块的外壳部分，优选地选择壳座，而作为第二外壳部分的壳盖带有所述支承轮廓。但按等效原则，也可以将支承凸块安置在壳盖上以及在壳座上设支承轮廓。此外，优选地各个支承部分大体设在每个侧壁的纵向中央。但每个侧壁也可以设多个支承部分。

侧壁构成外壳结构最大的平面。因此它们对于在外壳内部作用的压应力当然相对不太稳定。为了避免侧壁在压紧力作用下弯曲并因而可能使设在侧壁内的一个或多个支承部分从其支承位置滑出，这个或每个凸块优选地按侧凹咬边的方式设计。对此可以理解成，每个支承凸块的支承棱边成锐角从相关的侧壁伸出，以及在支承位置倒扣住第二外壳部分贴靠着的支承轮廓。以此方式使互相贴靠着的侧壁压紧力越大互相压得越紧。因此两个外壳部分彼此贴靠的侧壁在压紧力作用下彼此更加稳定。为了进一步增强外壳的刚度，规定，壳座和/或壳盖尤其在侧壁区内设有加强筋。

为了在支承板的端侧区内也实现良好传力，按有利的设计，在一个或每个螺钉导引装置的区域内也设一支承部分。此支承部分包括一个从螺钉导引装置伸出的径向凸块，尤其是螺钉导引装置的台阶状展宽，它与壳座的一个与之对应的尤其形式上为空心圆柱形凸块的止挡配合作用。

此外，为了进一步改善支承板在空心体上的支承，规定，支承板稍许超越底板伸入外壳的外部空间内。为了将压紧力特别好和均匀地传到支承板上，一个或每个螺钉导引装置沿外壳纵向紧邻支承板或离支承板小的距离处设置。此外，支承板相宜地完全被底板围绕，以便能将压紧力均匀地从壳座传给支承板。

下面借助附图详细说明本发明的实施例。其中：

图1为一个电子设备的立体分解视图，该电子设备具有一个包括一壳座及一壳盖的外壳和一块组合在壳座内用于电子功率构件的支承板；

图2为图1所示设备组装好后的立体视图；以及

图3为图2所示设备的纵剖面图。

在所有的附图中互相对应的部分采用相同的附图标记。

图1中透视表示的电子设备1例如涉及一种开关装置。该设备1具有绝缘的外壳2。该外壳2分成两部分以及包括一槽状壳座3和一同样槽状的壳盖4，壳盖按鞋盒的形式套在壳座3上。此外设备1包括一个可装入外壳2内的扁平的组件5，亦即一板状的电路载体，其上配备有一个电子电路的各电子元件。

按设备1在图2和3中表示的组装状态，扁平组件5与两个装在壳座3内的接触夹子6和另一些同样装在壳座3内的电子功率构件7电连接。在这些从扁平组件5向外转移出的电路元件，亦即接触夹子6和功率构件7，与扁平组件5之间的接触借助于触销8，触销8从壳座3伸入外壳内腔9中以及与扁平组件5在其下侧10触点接通。

壳盖4设有两个螺钉导引装置11，其中各装入一个紧固螺钉12。螺钉导引装置11简单地说各有大体空心圆柱形的凸块，它们从壳盖4伸入外壳内腔9并朝壳座3的方向伸出以及穿过整个外壳内腔9。因此，紧固螺钉12可以沿螺钉导引装置11穿过外壳2插入，以及用于将设备1用螺钉固定在一个底座上尤其冷却体13(参见图3)上。因此，紧固螺钉12和配属的螺钉导引装置11也总称为安装装置。

壳盖4包括一个在中央的大体矩形的盖面14，从其棱边大体成直角地弯折出两个侧壁15和两个端壁16。侧壁15在这里沿外壳纵向17定向，而端壁16则垂直于其定向。侧壁15和端壁16又在其相邻的棱边互相连接，所以壳盖4简单地说有一种在其下侧开口的空心长方六面体的形状。采用这种造型尤其在遭遇压或扭曲负荷时壳盖4是稳定的。为了进一步增强壳盖4，侧壁15设有加强筋18。加强筋18成型在侧壁15面朝外壳内腔9的侧面上。因此在按图1的立体视图中它们被遮住了，由于这一原因图中只用虚线表示。

壳座3有一块在中央的与壳盖4的盖面14对置的底板19，类似于壳盖4，从底板出发大体成直角地弯折出侧壁20和端壁21，端壁21作为接触夹子6的通道被切成有很大的缺口。

在设备1的组合状态，扁平组件5置入外壳2内(图3)，以及壳座3与套上的壳盖4互相卡锁。安设在壳座3上的止动凸鼻22便用于此，它们分别插入加工在壳盖4内的相应安装座23内。此外，在组合状态从每个侧壁20向外伸出的支承凸块24形状封闭地置入一个加工在每个侧壁15上的支承轮廓25中。在这里，支承凸块24按侧凹咬边的形式设计，所以它在支承轮廓25的区域内倒扣住侧壁15。

设备1尤其设计为能将在设备1工作时由功率构件7产生的损耗热从设备1可靠地排出。为此，功率构件7安装在一个尤其陶瓷的支承板26上，支承板26又不可拆地组合在壳座3的底板19中。为此，将支承板26从外部置入底板19的窗口状孔内并与壳座3优选粘结。壳座3与支承板26在其整个边缘区重叠，所以支承板26被壳座3完全围绕。若如图3所示设备1通过底板19装在冷却体13上，则支承板26支靠在冷却体13的支承面27上，由此使功率构件7内产生的损耗热可以经由薄的支承板26直接流入冷却体13内。支承板26和冷却体13可选择按传统的技术中间连接一种图中没有进一步表示的导热膜或导热膏来改善热传导。

对于支承板26与冷却体13之间良好的热接触而言重要的是，支承板26在预紧力作用下并且尽可能大面积地支靠在支承面27上。在这里支承板26应尽可能均匀压靠在支承面27上，以避免造成损坏的材料扭曲。为了产生必要的压紧力F，将紧固螺钉12旋入加工在冷却体13内的相应的螺纹孔28内。在这里压紧力F通过螺钉导引装置11与每个紧固螺钉12的螺钉头29对应的支座30传给壳盖4。压紧力F从壳盖4通过下面将详细说明的支承部分传给壳座3。壳座3再将压紧力F至少部分传给支承板26，由此将它预紧地压靠在支承面27上。此外，部分压紧力F经壳座3的底板19传给冷却体13。

上述支承部分之一由支承凸块24和对应的支承轮廓25构成(图2)。借助支承凸块24和对应的支承轮廓25，使压紧力F有利地通过每对侧壁15和20传递。因此这种力的传递在支承板26横边的附近进行并就此而言比较靠近支承板26的重心，这对于传力途径是特别有利的。在每个螺钉导引装置11的区域内各设一个附加的支承部分，它包括一个设计为台阶状展宽的径向凸块31和一个对应的止挡32，后者设计为壳座3上大体空心圆柱形地伸入外壳内腔9中的凸块以及同心地围绕着配属的螺钉导引装置11。由各一个径向凸块31和一个相应的止挡32构成的支承部分沿外壳纵向17紧邻支承板26设置。因此，压紧力F相对于支承板26是全面和对称的并因而可特别均匀地从壳盖4传给壳座3，并从壳座传给支承板26。由此尤其避免局部某点的材料扭曲。为了能将压紧力F尽可能多地传给支承板26，令支承板从底板19轻微伸出。因此支承板26近乎被夹紧在底板19与支承面27之间。

外壳2分成两部分的优点尤其突出地表现在当紧固螺钉12不对称地，亦即以不同大小的预紧度旋紧在冷却体13上的情况下。特别是因为这两个外壳半部基于比较柔性的互锁连接可以相互作用，从而避免了在外壳材料内部的局部应力峰值。

Claims (11)

1.一种电子设备(1)，其具有一个分成多个部分的外壳(2)，包括一个壳座(3)和一个壳盖(4)，其中，在所述壳座(3)的一底板(19)上设置一块配备有至少一个电子功率构件(7)的支承板(26)，其中，所述壳盖(4)带有一安装装置(11、12)，用于在将支承板(26)压紧在一冷却体(13)的一支承面(27)上的情况下将外壳(2)固定在该冷却体(13)上，以及，设有至少一个支承部分(24、25、31、32)，用于将一个朝底板(19)方向定向的压紧力(F)从壳盖(4)传递到壳座(3)上。

2.按照权利要求1所述的电子设备(1)，其特征为：所述壳座(3)和壳盖(4)相互卡锁。

3.按照权利要求1或2所述的电子设备(1)，其特征为：所述安装装置(11、12)包括至少两个紧固螺钉(12)和分别与之配属的在所述壳盖(4)上的螺钉导引装置(11)，其中，每个螺钉导引装置(11)穿过外壳内腔(9)。

4.按照权利要求1至3之一所述的电子设备(1)，其特征为：所述支承部分(24、25)设在所述外壳(2)的一侧壁(15、20)上。

5.按照权利要求4所述的电子设备(1)，其特征为：所述支承部分(24、25)包括一个成形在第一外壳部分(3)侧壁(20)上的支承凸块(24)，该支承凸块(24)作用在所述第二外壳部分(4)侧壁(15)内一与之对应的支承轮廓(25)上。

6.按照权利要求5所述的电子设备(1)，其特征为：所述支承凸块(24)按侧凹咬边的方式设计构造。

7.按照权利要求1至6之一所述的电子设备(1)，其特征为：所述壳座(3)和/或壳盖(4)上设有加强筋(18)。

8.按照权利要求2至7之一所述的电子设备(1)，其特征为：所述支承部分(31、32)包括所述壳盖(14)中的螺钉导引装置(11)的一径向凸块(31)，它与所述壳座(3)上的一对应的止挡(32)配合作用。

9.按照权利要求1至8之一所述的电子设备(1)，其特征为：所述支承板(26)超越所述底板(19)向外伸出。

10.按照权利要求2至9之一所述的电子设备(1)，其特征为：所述螺钉导引装置(11)沿外壳纵向(17)紧邻所述支承板(26)的每个纵向端或与所述支承板(26)的每个纵向端相距很小间距地设置。

11.按照权利要求1至10之一所述的电子设备(1)，其特征为：所述壳座(3)的底板(19)构成一个用于所述支承板(26)的封闭框架。

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