DE10129788B4

DE10129788B4 - Kunststoffrahmen zur Montage eines elektronischen Starkstrom-Steuergeräts

Info

Publication number: DE10129788B4
Application number: DE10129788A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kulig; Michael Kirchberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: ITMI20021348A1; FR2826544B1; US6797880B2; US20020195262A1; FR2826544A1; DE10129788A1; ITMI20021348A0

Abstract

Kunststoffrahmen (8) zur Montage eines elektronischen Starkstrom-Steuergeräts mit Aussparungen (20, 21, 22, 23, 24) zur lagegenauen Aufnahme von Stromschienen (4, 5, 6, 7; 4a; 4b; 4c), einer Leiterplatte (3) und elektrischen/elektronischen Bauelementen (9; 9a bis 9g) sowie einer Vergussmasse (10), die zum Verguss der Bauelemente (9; 9a bis 9g) dient, und mit angeformten Schnappelementen (11, 12) zur Verbindung mit einem Kühlerkörper (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kunststoffrahmen zur Montage eines elektronischen Starkstrom-Steuergeräts insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Solche Steuergeräte weisen eine Anzahl von Leistungshalbleiterbauelementen sowie eine Anzahl von Kondensatoren zur Glättung der erzeugten Bordspannungen auf. Diese Elemente müssen einerseits mit Betriebsspannungen versorgt werden, andererseits muss der generierte Starkstrom weggeleitet werden. Außerdem muss die erzeugte Wärme abgeführt werden, wozu ein aufwendiger Kühler, oftmals ein wassergekühlter Kühlkörper erforderlich ist. All diese Elemente müssen auf einem gemeinsamen Träger angeordnet und aufgrund der Verwendung in einem Kraftfahrzeug vibrationsfest montiert sein.

Bisher wurden die einzelnen Elemente wie Leistungshalbleiterbauelemente, Kondensatoren, Stromschienen, Kühlkörper usw. auf einer Platine einzeln festgeschraubt, was einen hohen Arbeitsaufwand erforderte. Die Elemente wurden außerdem mit einem vibrationsdämpfenden Sil-Gel vergossen, was bei der Montage auf einer Platine eine erheblich Menge Sil-Gel erforderte.

Ein bekannter Stromrichter ( DE 43 33 387 A1 ) zeichnet sich durch eine kompakte Bauform und einen austauschbaren Kühlkörper aus. Der Stromrichter weist einen aus Harz geformten Körper oder eine Hülle auf, die mit Haken versehen ist, die in eine Aussparung eines Leistungsmoduls einrasten. Das Leistungsmodul wird dort mit dem Kühlkörper verschraubt.

Weiter ist eine Elektronikbaugruppe bekannt ( DE 198 07 718 A1 ), die ein Gehäuse aufweist. Dieses Gehäuse weist wiederum einen Niederhalter auf, der einen Schaltungsträger in Form einer Keramikplatte oder einer keramischen Folie in einer bestimmten Position sichert.

Auch ist ein elektronisches Steuergerät bekannt ( DE 38 37 975 A1 ), bei dem Baugruppen einer elektronischen Schaltung in einer Hybridschaltung integriert und auf einem einzigen gemeinsamen Trägerkörper angeordnet sind.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Maßnahme anzugeben, die die Montage eines elektronischen Starkstrom-Steuergeräts insbesondere für ein Kraftfahrzeug vereinfacht und verbilligt.

Die Aufgabe wird durch einen Kunststoffrahmen gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Unteranspruch angegeben.

Demgemäß weist der Kunststoffrahmen Aussparungen zur lagegenauen Aufnahme von Stromschienen, Metallplatten und elektrischen/elektronischen Bauelementen sowie deren Vergussmasse und angeformte Schnappelemente zur Verbindung mit einem Kühlerkörper auf. Der Kunststoffrahmen dient also der Fixierung der Stromschienen und der Leistungshalbleiterbauelemente und ermöglicht eine einfache und zeitsparende Verbindung mit einem Kühlerkörper aufgrund der Schnappelemente. Die Aussparungen zur Aufnahme der Leistungshalbleiterbauelemente fungieren in besonders vorteilhafter Weise auch als Wannen zur Aufnahme des die Bonddrahtverbindungen der Halbleiterbauelemente schützenden und vibrationsdämpfenden Sil-Gels, so dass nur eine deutlich geringere Menge davon erforderlich ist.

Die gesamte Anordnung wird in einem Gehäuse untergebracht und kann zur weiteren Vibrationsdämpfung mit einem Federelement gegen das Gehäuse gelagert sein. Das Federelement drückt außerdem die vom erfindungsgemäßen Kunststoffrahmen fixierten Element gegen den Kühlerkörper, so dass eine bessere Kühlung durch Reduzierung des thermischen Übergangswiderstandes zwi schen Kühlerkörper und den thermisch belasteten elektrischen/elektronischen Bauelementen erfolgen kann. In erfindungsgemäßer Weiterbildung kann das Federelement Bestandteil des Kunststoffrahmens sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine Querschnittsdarstellung eines Steuergerätegehäuses mit einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen Kunststoffrahmens,
2 eine Querschnittsdarstellung eines Steuergerätegehäuses mit einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen Kunststoffrahmens,
3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kunststoffrahmens mit eingefügten Elementen und
4 eine Explosionsdarstellung eines auf einem Kühlerkörper montierten erfindungsgemäßen Kühlerkörpers mit einem Federelement.
1 zeigt einen Kühlerkörper 1, auf dessen einer Seite ein Tiefziehblech 2 angeordnet ist. Innerhalb des Tiefziehblechs 2 befinden sich elektronische Bauelemente. Auf der anderen Seite des Kühlerkörpers 1 sind eine Leiterplatte 3 aus zwei Metallplatten, die durch eine Isolierfolie voneinander isoliert sind und Stromschienen 4, 5, 6, 7 angeordnet. Die Leiterplatte 3 und die Stromschienen 4, 5, 6, 7 werden durch einen erfindungsgemäßen Kunststoffrahmen 8 in ihrer Lage fixiert. Der Kunststoffrahmen 8 weist hierzu Aussparungen auf, um diese Elemente passgenau aufzunehmen. Die Stromschienen können starr oder flexibel ausgeführt sein.
Der Kunststoffrahmen weist außerdem Aussparungen auf, um Leistungshalbleiterbauelemente 9 aufzunehmen, die auf der Leiterplatte 3 bzw. einem Teil der Stromschienen 4, 6 angeordnet sind und mit anderen Stromschienen 5, 7 mittels Bonddrähten elektrisch verbunden sind. Die Aussparungen zur Aufnahme der Leistungshalbleiterbauelemente 9 sind wannenförmig ausgeführt und mit einem Sil-Gel 10 gefüllt. Das Sil-Gel 9 dient dem mechanischen Schutz der Bonddrähte und wirkt außerdem vibrationsdämpfend. Der Kunststoffrahmen 8 führt in besonders vorteilhafter Weise zu einer Minimierung der erforderlichen Sil-Gel-Menge.
An den Kunststoffrahmen 8 sind Schnappelemente 11, 12 angeformt, die durch Bohrungen im Kühlerkörper 1 sowie im Tiefziehblech 2 durchragen und den Kühlerkörper 1 und das Tiefziehblech 2 mittels Nasen hintergreifen und somit eine feste Verbindung von Kühlerkörper 1, Tiefziehblech 2, Kunststoffrahmen 8 sowie der durch den Kunststoffrahmen 8 fixierten Elemente schaffen. Diese Verbindung kann durch einfaches Zusammendrücken der Einzelteile geschaffen werden, ohne dass zeitaufwendige Schraubtätigkeiten nötig sind, was zu einer erheblichen Kosteneinsparung bei der Montage dieser Teile führt.
Die bisher beschriebene Einheit aus Kühlerkörper 1, Tiefziehblech 2 und Kunststoffrahmen 8 ist mittels Schrauben 13 mit einem ersten Gehäuseteil 14 verbunden. Aufgrund der bisher beschriebenen Verbindungstechnik ist nur eine geringe Anzahl von vier Schrauben nötig, was Kosten spart, da der Kühlerkörper wassergekühlt wird und daher hohl ist, so dass Bohrungen sehr aufwendig zu realisieren sind, da sie wasserdicht sein müssen.
Auf das erste Gehäuseteil 14 ist ein zweites Gehäuseteil 15 aufgesteckt und mit dem ersten Gehäuseteil 14 verschraubt. Der Kunststoffrahmen 8 ist mit einem Federelement 16 versehen, durch das einerseits der Kunststoffrahmen 8 und die durch ihn fixierte Leiterplatte 3 und die Stromschienen 4, 5, 6, 7 gegen den Kühlerkörper 1 gepresst werden und andererseits die einzelnen Elemente gegen Vibrationen geschützt sind. Das Federelement 16 kann sowohl einstückig mit dem Kunststoffrahmen 8 ausgebildet als auch auf diesen aufgelegt sein.
2 zeigt eine zweite Variante des Steuergeräteaufbaus, bei deren Darstellung gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen sind und nicht weiter beschrieben werden müssen. Im Gegensatz zur ersten Variante gemäß 1 wird hier durch das an den Kunststoffrahmen 8 angeformte Schnappelement 11 lediglich der Kunststoffrahmen 8 an den Kühlerkörper 1 mittels der Nasen 17 angeschnappt. Das Tiefziehblech 2 ist mittels eines zweiten Schnappelements 18 auf das Schnappelement 11 aufgeschnappt.
Eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kunststoffrahmens 8 mit eingelegten Stromschienen 4a, 4b, 4c, 5, eingelegter Leiterplatte 3 und Leistungshalbleiterbauelementen 9 in der Draufsicht ist in 3 zu sehen. Wie zu erkennen ist weist der Kunststoffrahmen im dargestellten Ausführungsbeispiel eine mittlere Aussparung 20 auf, die von der unteren Seite her durch die Leiterplatte 3 abgedeckt ist. Die Aussparung 20 ist erforderlich, da Teile der Leiterplatte 3 abgewinkelt sind, um die auf der Leiterplatte 3 angeordneten Bauteile kontaktieren zu können. Diese abgewinkelten Teile, die mit den Anschlüssen der Bauteile verlötet sind werden von der Aussparung 20 aufgenommen. Die Leiterplatte 3 ragt außerdem in Aussparungen 21, 22, 23, 24 hinein. Auf den in die Aussparungen 21, 22, 23, 24 hineinragenden Teilen der Leiterplatte 3 sind ein Teil der Leistungshalbleiterbauelemente 9a, 9b, 9c, 9d angeordnet.
In die Aussparungen 21, 22, 23, 24 sind außerdem von der unteren Seite her Stromschienen 4a, 4b, 4c eingelegt, auf denen die restlichen Leistungshalbleiterbauelemente 9e, 9f, 9g angeordnet sind. Die Aussparungen 21, 22, 23, 24 werden nachdem die Leistungshalbleiterbauelemente verdrahtet sind mit Sil-Gel aufgefüllt, um die Bonddrähte zu schützen. Die Anordnung der Leistungshalbleiterbauelemente in den Aussparungen 21, 22, 23, 24 ermöglicht die Minimierung der Sil-Gel-Menge. Von oben sind in weiteren Aussparungen im Kunststoffrahmen 8 weitere Stromschienen 30, 31, 32 angeordnet.
Durch den erfindungsgemäßen Kunststoffrahmen 8 können fast alle für das Steuergerät erforderlichen Elemente passgenau und dabei doch auf einfache Weise fixiert werden, was in der Darstellung der 3 deutlich erkannt werden kann.
Statt der Anordnung der Stromschienen in Aussparungen des Kunststoffrahmens 8 können zumindest ein Teil davon auch direkt bei der Herstellung des Kunststoffrahmens umspritzt und damit in den Kunststoffrahmen eingebettet werden.
4 zeigt in einer Explosionsdarstellung wie ein Aufbau 40 gemäß 3 mit einer Kunststoffplatte 41 abgedeckt werden und darauf ein Federelement 42 angeordnet werden kann. Es ist jedoch auch möglich, das Federelement einstückig mit dem Kunststoffrahmen auszubilden.

Claims

Kunststoffrahmen (8) zur Montage eines elektronischen Starkstrom-Steuergeräts mit Aussparungen (20, 21, 22, 23, 24) zur lagegenauen Aufnahme von Stromschienen (4, 5, 6, 7; 4a; 4b; 4c), einer Leiterplatte (3) und elektrischen/elektronischen Bauelementen (9; 9a bis 9g) sowie einer Vergussmasse (10), die zum Verguss der Bauelemente (9; 9a bis 9g) dient, und mit angeformten Schnappelementen (11, 12) zur Verbindung mit einem Kühlerkörper (1).
Kunststoffrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Federelement (16; 42) aufweist, wodurch der Kunststoffrahmen (8) im eingebauten Zustand gegen ein Gehäuse (15) lagert.