DE10154878A1

DE10154878A1 - Halteelement zur Fixierung eines elektronischen Leistungsbauteils an einem Kühlkörper und Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE10154878A1
Application number: DE2001154878
Authority: DE
Inventors: Peter Mauch
Original assignee: MOTION GES fur ANTRIEBSTECHNI
Current assignee: ELECTROCRAFT GMBH, 70567 STUTTGART, DE
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2021-11-07
Also published as: DE10154878B4

Abstract

Um ein Halteelement zur Fixierung mindestens eines an einer Leiterplatte angeordneten elektronischen Leistungsbauteils an einem Kühlkörper mit einem elastischen Element, durch welches das elektronische Leistungsbauteil gegen den Kühlkörper drückbar ist, zu schaffen, welches möglichst einfach ausgebildet ist und universell einsetzbar ist, ist vorgesehen, daß das Halteelement so ausgebildet ist, daß es in einer Bestückungsrichtung von elektronischen Schaltungselementen an der Leiterplatte positionierbar ist und daß die Druckkraft des elastischen Elements quer zur Bestückungsrichtung auf das elektronische Leistungsbauteil wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halteelement zur Fixierung mindestens eines an einer Leiterplatte angeordneten elektronischen Leistungsbauteils an einem Kühlkörper mit einem elastischen Element, durch welches das elektronische Leistungsbauteil gegen den Kühlkörper drückbar ist.
Ferner betrifft die Erfindung eine elektronische Schaltungsanordnung, umfassend eine Leiterplatte mit mindestens einem elektronischen Leistungsbauteil, von dem Wärme abgeführt werden soll, und einen Kühlkörper.

Elektronische Leistungsbauteile wie beispielsweise Halbleiterverstärker in einer elektronischen Schaltung erfordern eine ständige Wärmeabfuhr, um die Funktion eines solchen Leistungsbauteils sicherzustellen. Es ist dabei bekannt, solche Leistungsbauteile mittels Schraubverbindungen formschlüssig an einem Kühlkörper zu fixieren, welcher eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist und der eine größere Oberfläche als ein entsprechendes elektronisches Leistungsbauteil aufweist, um eine größere Wärmeabgabefläche beispielsweise an die Umgebungsluft bereitzustellen. Nachteilig dabei ist jedoch, daß solche Formschlußverbindungen den Herstellungsaufwand einer entsprechenden Schaltungsanordnung stark erhöhen, wobei in der Regel eine Schaltungsanordnung auch noch eine Mehrzahl von elektronischen Leistungsbauteilen aufweist.

Aus der DE 295 11 775 U1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei welcher auf einer Leiterplatte ein Formstück angeordnet ist, welches mindestens eine Formhöhlung zur Aufnahme eines Halbleiterverstärkers aufweist und eine Federanordnung zwischen dem Formstück und dem Halbleiterverstärker aufweist, wobei über diese Federanordnung der Halbleiterverstärker wärmeleitend gegen einen auf der von der Leiterplatte abgewandten Seite des Formstücks angeordneten Kühlkörper anpreßbar ist.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Halteelement zu schaffen, welches möglichst einfach ausgebildet ist und universell einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Halteelement erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dieses so ausgebildet ist, daß es in einer Bestückungsrichtung von Schaltungselementen an der Leiterplatte positionierbar ist und daß die Druckkraft des elastischen Elements quer zur Bestückungsrichtung auf das elektronische Leistungsbauteil wirkt.

Dadurch, daß erfindungsgemäß die Kraft des elastischen Elements auf das elektronische Leistungsbauteil quer zur Bestückungsrichtung ausgeübt wird, muß zu dessen Fixierung an dem Kühlkörper das Leistungsbauteil nicht modifiziert werden. Das Halteelement läßt sich dadurch wie weitere Bestückungsteile einer Schaltungsanordnung (wie beispielsweise Widerstände, Kondensatoren usw.) auf der Leiterplatte fixieren. Dadurch wiederum lassen sich die Halteelemente während der Bestückung der Leiterplatte auf dieser anordnen, ohne daß die Schaltungsanordnung als solche im wesentlichen modifiziert werden muß.

Über Haltefüße des elektronischen Leistungsbauteils wird sowohl die mechanische als auch die elektrische Verbindung zwischen dem elektronischen Leistungsbauteil und der Leiterplatte hergestellt. Sie sind insbesondere hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Erfindungsgemäß brauchen diese Haltefüße nicht modifiziert werden, um eine Fixierung des elektronischen Leistungsbauteils an dem Kühlkörper über Druckkraftwirkung des elastischen Elements zu erreichen, da eben die Druckkraft quer zur Bestückungsrichtung wirkt. Dadurch wiederum ist gewährleistet, daß zu der hohen thermischen Belastung dieser Haltefüße nicht noch eine weitere erhöhte mechanische Belastung hinzukommt.

Die Halteelemente lassen sich grundsätzlich so ausbilden, daß jedem elektronischen Leistungsbauteil ein Halteelement zugeordnet werden kann. Dadurch läßt sich platzsparend und unter geringem Aufwand die Herstellung einer entsprechenden Schaltungsanordnung stark vereinfachen.

Ein Halteelement übt dabei insbesondere ein Drehmoment auf ein elektronisches Leistungsbauteil aus, bezogen auf dessen Fixierung an der Leiterplatte. Das entsprechende Gegenmoment auf das Halteelement wird dann über die Fixierung des Halteelements an der Leiterplatte auf die Leiterplatte übertragen und von dieser aufgenommen. In der Regel weisen Leiterplatten eine genügende Stabilität auf, um die entsprechenden Kräfte aufzunehmen, so daß auch hier keine Modifikation notwendig ist.

Vorteilhafterweise ist dabei ein Halteelement so ausgebildet, daß es auf die gleiche Weise wie ein elektronisches Schaltungselement auf der Leiterplatte fixierbar ist, so daß ein Halteelement insbesondere während der Bestückung von Schaltungselementen an der Leiterplatte fixierbar ist. Insbesondere ist dabei eine Bestückungsrichtung im wesentlichen parallel zu einer Normalenrichtung der Leiterplatte.

Vorteilhafterweise weist ein Halteelement einen oder mehrere Haltefüße zur Positionierung an der Leiterplatte auf, über die das Halteelement auf die Leiterplatte aufsteckbar ist und/oder mit dieser verlötbar ist.

Insbesondere ist es vorgesehen, daß ein Haltefuß so ausgebildet ist, daß er in der Art einer Schnappverbindung mit der Leiterplatte arretierbar ist. Weist beispielsweise die Leiterplatte durchgehende Ausnehmungen auf, dann kann ein Haltefuß bügelförmig ausgebildet sein. Er muß dann unter Kraftaufwand in die entsprechende Aufnahme der Leiterplatte eingesteckt werden, bleibt aber dann an dieser fixiert.

Insbesondere ist dabei ein Haltefuß bügelförmig federnd ausgebildet, so daß er einerseits in die Aufnahme einsteckbar ist und andererseits, wenn er in der Aufnahme sitzt, eine Kraft auf diese ausübt und somit den Haltefuß und damit wiederum das Halteelement an der Leiterplatte fixiert. Die Kraft, die ein Haltefuß auf die Halteplatte ausübt, wirkt dabei im wesentlichen quer zur Bestückungsrichtung. Dadurch läßt sich auf einfache und schnelle Weise ein entsprechendes Halteelement an einer Leiterplatte fixieren.

Um eine sichere Fixierung zu erreichen, ist es vorteilhafterweise vorgesehen, daß bei einer Mehrzahl von Haltefüßen diese so ausgebildet sind, daß bei an der Leiterplatte fixiertem Halteelement die Kräfte unterschiedlicher Haltefüße auf die Leiterplatte quer zur Bestückungsrichtung in unterschiedlichen Richtungen wirken. Die Kräfte können dabei in Gegenrichtungen wirken und/oder Querrichtungen. Dadurch läßt sich zusätzlich zu der Verspannung eines Halteelements bezüglich der Bestückungsrichtung auch eine Verklemmung quer zur Bestückungsrichtung erreichen, um so wiederum eine sichere Arretierung eines Halteelements an einer Leiterplatte zu bewirken.

Vorteilhafterweise weist ein Halteelement einen Haltekörper auf, welcher an die Leiterplatte anlegbar ist. Insbesondere mit einer schnappverbindungsartigen Ausbildung von Haltefüßen läßt sich dann ein solches Halteelement auf eine Leiterplatte aufstecken, wobei die richtige Höhenposition des Halteelements dann durch das Anliegen des Haltekörpers an der Leiterplatte definiert ist. Dadurch läßt sich auf einfache und sichere Weise die richtige Höhenlage des Halteelements zu der Leiterplatte einstellen, wodurch sich wiederum auf einfache Weise die optimierte Kraftbeaufschlagung des elektronischen Leistungsbauteils durch das elastische Element des Halteelements einstellen läßt; das elastische Element ist dann an dem Haltekörper des Halteelements fixiert.

Bei einer vorteilhaften Variante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß ein Halteelement eine Anlagefläche aufweist, an welcher das elektronische Leistungsbauteil anlegbar ist, um dessen Relativbewegung zum Halteelement zu sperren. Dadurch ist es möglich, während der Bestückung der Leiterplatte das Halteelement und das zugeordnete elektronische Leistungsbauteil in einer definierten Position relativ zueinander zu positionieren, um so die Kraftbeaufschlagung des elastischen Elements auf das elektronische Leistungsbauteil definiert einstellen zu können und insbesondere den optimalen Angriffspunkt der entsprechenden Druckkraft gezielt einstellen zu können. Über die Anlagefläche ist es auch möglich, eine Kombination aus einem Halteelement und einem elektronischen Leistungsbauteil herzustellen, welche als Halteelement- Leistungsbauteil-Einheit während des Bestückungsprozesses an der Leiterplatte fixierbar ist, so daß automatisch die geeignete relative Position zwischen Halteelement und Leistungsbauteil eingestellt ist.

Vorteilhafterweise ist dann die Anlagefläche so angeordnet und ausgebildet, daß über diese die relative Position zwischen Halteelement und elektronischem Leistungsbauteil einstellbar ist. Dadurch wird insbesondere die Relativverschieblichkeit zwischen Halteelement und Leistungsbauteil bezogen auf eine Anordnung an der Leiterplatte in der Bestückungsrichtung begrenzt.

Weiterhin ist es günstig, wenn eine Kippsicherung für das elektronische Leistungsbauteil vorgesehen ist. Diese Kippsicherung verhindert eine unerwünschte Relativbewegung zwischen dem Halteelement und dem Leistungsbauteil quer zu dieser Bestückungsrichtung, d. h. parallel zur Richtung der Kraftausübung. Dadurch wiederum läßt sich bei der Bestückung eine definierte Position zwischen Halteelement und Leistungsbauteil einstellen, um so insbesondere den Angriffspunkt der Druckkraft des elastischen Elements auf das elektronische Leistungsbauteil zu optimieren.

Auf fertigungstechnisch einfache Weise läßt sich die Kippsicherung durch ein oder mehrere Klemmelemente bilden, mittels welchem oder welchen das elektronische Leistungsbauteil klemmend an der Haltevorrichtung haltbar ist. Insbesondere ist dabei die klemmende Halterung eine Montagestellung zur Erleichterung der Montage von Halteelement und elektronischem Leistungsbauteil an der Leiterplatte, wobei die Klemmwirkung der Kippsicherung dann in einer Fixierungsstellung, in welcher das elastische Element auf das elektronische Leistungsbauteil wirkt, aufhebbar ist.

Es ist günstig, wenn eine Breite des Halteelements quer zur Bestückungsrichtung und quer zur Kraftbeaufschlagungsrichtung im wesentlichen der Breite des elektronischen Leistungsbauteils entspricht oder kleiner als dieses ist. Dadurch ist der Platzbedarf für ein solches Halteelement auf der Leiterplatte minimal.

Ferner ist es günstig, wenn eine Tiefe des Halteelements parallel zur Kraftausübungsrichtung im wesentlichen durch das elastische Element bestimmt ist, d. h. durch dessen Ausdehnung und durch die entsprechende Fixierungsvorrichtung dieses elastischen Elements an dem Halteelement. Auch dadurch wiederum ist der Platzbedarf des Halteelements auf der Leiterplatte minimiert.

Ferner ist es günstig, wenn eine Höhe des Halteelements bezogen auf die Bestückungsrichtung im wesentlichen durch den Angriffspunkt der Druckkraft des elastischen Elements auf das elektronische Leistungsbauteil bestimmt ist. Dadurch läßt sich der Materialaufwand zur Herstellung eines Halteelements minimieren.

Die Herstellung einer Schaltungsanordnung, welche mit einem und insbesondere mit einer Mehrzahl von Halteelementen versehen ist, läßt sich stark vereinfachen, wenn eine Sperrvorrichtung vorgesehen ist, durch welche das jeweilige elastische Element in einer Montagestellung fixierbar ist und dessen Sperrwirkung aufhebbar ist. Durch die Sperrvorrichtung wird dann das elastische Element in einer Montagestellung gesichert, welche beispielsweise sicherstellt, daß das elastische Element nicht das zugeordnete elektronische Leistungsbauteil kraftbeaufschlägt. Diese Sperrwirkung läßt sich aber aufheben, um das elektronische Leistungsbauteil gegen den Kühlkörper zu drücken und damit dieses an dem Kühlkörper zu fixieren, um einen Wärmeübergang zwischen elektronischem Leistungsbauteil und Kühlkörper zu ermöglichen.

Insbesondere ist dabei die Sperrvorrichtung so ausgebildet, daß in der Montagestellung das elastische Element an eine Anlagefläche dieser anliegt. Dadurch läßt sich dann durch die Sperrvorrichtung das elastische Element hinter einer bestimmten, auf die Haltevorrichtung bezogenen Ebene positionieren, so daß das elastische Element während der Montage in einer definierten und insbesondere nicht kraftbeaufschlagenden Stellung liegt.

Vorteilhafterweise ist dann die Sperrwirkung der Sperrvorrichtung durch Kraftausübung quer zur Bestückungsrichtung und quer zur Richtung der Druckkraft aufhebbar. Durch eine solche Sperrwirkungsaufhebungsrichtung, die insbesondere eine Längsrichtung des Kühlkörpers ist, ist die erforderliche Modifizierung der Schaltungsanordnung minimiert. Um mehrere Leistungsbauteile kühlen zu können, sind diese vorzugsweise in einer Reihe angeordnet und an demselben Kühlkörper positioniert. Entsprechend ist dann auch eine Reihe von Halteelementen vorzusehen. Diese lassen sich dabei insbesondere fluchtend ausrichten und durch Aufhebung der Sperrwirkung quer zur Bestückungsrichtung und quer zur Richtung der Druckkraft läßt sich sukzessive eine Druckkraftbeaufschlagung der elektronischen Leistungsbauteile erreichen.

Insbesondere umfaßt die Sperrvorrichtung dabei einen Stift oder Draht, welcher als Sperrelement für das elastische Element wirkt, um ein entsprechendes elastisches Element insbesondere hinter einer bestimmten Begrenzungsebene zu halten.

Auf konstruktiv einfache Weise läßt sich eine Sperrvorrichtung bilden, wenn ein Halteelement Ausnehmungen zur Fixierung des Stiftes oder Drahtes umfaßt. Ist dann dieses Sperrelement in die Ausnehmungen eingeschoben, dann kann ein elastisches Element an dem Sperrelement anliegen. Wird das Sperrelement aus den Ausnehmungen herausgezogen, dann kann das elastische Element das elektronische Leistungsbauteil kraftbeaufschlagen und an den Kühlkörper drücken. Bei einer Reihe von Halteelementen lassen sich die entsprechenden Ausnehmungen fluchtend ausrichten und durch Herausziehen eines einzigen Sperrelements, welches der Mehrzahl von Halteelementen zugeordnet ist, läßt sich dann die Sperrwirkung sukzessive aufheben und die jeweiligen elastischen Elemente der jeweiligen Halteelemente können dann die zugeordneten elektronischen Leistungsbauteile kraftbeaufschlagen.

Bei einer Variante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß das elastische Element eine Spiralfeder ist. Dadurch läßt sich auf einfache Weise von einem Halteelement eine Druckkraft auf ein elektronisches Bauteil ausüben.

Ein Halteelement läßt sich auf einfache und kostengünstige Weise herstellen, wenn das elastische Element ein federndes Element und insbesondere eine Federzunge ist, welches an einem Haltekörper des Halteelements angeordnet ist.

Insbesondere ist dabei das federnde Element einstückig an dem Haltekörper gebildet, um so das Halteelement auf einfache Weise "integral" herzustellen, beispielsweise durch entsprechende Formung eines Bleches.

Es kann auch vorgesehen sein, daß das federnde Element durch eine Ausstanzung aus dem Haltekörper gebildet ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Halteelement so ausgebildet ist, daß es derart an der Leiterplatte fixierbar ist, daß eine Druckkraft im wesentlichen parallel zur Bestückungsrichtung ausübbar ist. Dadurch läßt sich ein entsprechendes Halteelement sowohl "stehend" (mit Bestückungsrichtung und Kraftausübungsrichtung quer zueinander) als auch liegend (mit Bestückungsrichtung und Kraftausübungsrichtung im wesentlichen parallel zueinander) an einer Leiterplatte anordnen.

Insbesondere ist es vorgesehen, daß der Kühlkörper relativ zur Leiterplatte fixiert ist, so daß bei einer Kraftausübung auf die Leiterplatte über die elektronischen Leistungsbauteile die Position des Kühlkörpers relativ zur Leiterplatte nicht verändert wird.

Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner bei der gattungsgemäßen elektronischen Schaltungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das mindestens eine elektronische Leistungsbauteil über ein oder mehrere erfindungsgemäße Halteelemente an dem Kühlkörper fixiert ist.

Diese elektronische Schaltungsanordnung ist auf einfache Weise herstellbar und weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Halteelement beschriebenen Vorteile auf.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsanordnung wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Halteelement erläutert.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Kühlkörper an einem Gehäuse gebildet ist, welches gegenüberliegende Halteausnehmungen für die Leiterplatte aufweist. Dadurch läßt sich die Leiterplatte sowohl mit Halteelementen als auch mit elektronischen Leistungsbauteilen bestücken (und den weiteren Schaltungselementen) und nach Fertigstellung in das Gehäuse einschieben. Während des Einschiebens in einer Richtung quer zur Bestückungsrichtung und quer zur Druckkraftausübungsrichtung der entsprechenden elastischen Elemente der Halteelemente werden die Leistungsbauteile entgegen dieser Kraftausübungsrichtung etwas zurückgedrückt, um den Einschub in das Gehäuse zu ermöglichen. Nach Eintauchen in das Gehäuse (und Loslassen) drückt dann ein Halteelement das ihm zugeordnete elektronische Leistungsbauteil gegen den Kühlkörper, um so den Wärmeübergang auf den Kühlkörper und damit wiederum beim Betrieb der Schaltung dessen Kühlung zu ermöglichen. Dadurch läßt sich auf einfache Weise die Verbindung zwischen Leiterplatte und Gehäuse herstellen, wobei automatisch eine Fixierung der elektronischen Leistungsbauteile an dem Kühlkörper herstellbar ist.

Insbesondere sind dabei die Ausnehmungen mit ihrer Längsrichtung quer zur Bestückungsrichtung in dem Gehäuse gebildet, um so auf einfache Weise auch bei an der Leiterplatte positionierten Halteelementen und elektronischen Leistungsbauteilen einen Zusammenbau von Gehäuse und Leiterplatte zu ermöglichen.

Vorteilhafterweise ist dann die Leiterplatte über die Ausnehmungen in das Gehäuse einschiebbar.

Weiterhin ist es günstig, wenn das Gehäuse Querverbindungen für gegenüberliegende Seitenwände umfaßt, wobei ein Kühlkörper an einer Seitenwand gebildet ist. Ist eine Querverbindung aus einem thermisch leitfähigen Material und insbesondere metallischen Material hergestellt, dann wirkt auch eine solche Querverbindung als Kühlkörper, da eine effektive Flächenvergrößerung bereitgestellt wird. Durch die Querverbindungen zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden wird eine Querstabilität des Gehäuses sichergestellt, so daß wiederum sichergestellt ist, daß die Leiterplatte relativ zu dem Gehäuse aufgrund der Kraftausübung eines Halteelements auf den Kühlkörper nicht in dem Gehäuse verschoben wird.

Zur Sicherstellung der elektrischen Funktion eines elektronischen Leistungsbauteils ist eine Durchschlagsperre zur elektrischen Isolierung zwischen Kühlkörper und elektrischem Leistungsbauteil vorgesehen. In aller Regel sind die Kühlkörper aus einem metallischen Material gefertigt, da metallische Materialien eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen. Beispielsweise kann ein Glimmerplättchen als Durchschlagsperre vorgesehen sein, welches zwischen elektronischem Leistungsbauteil und Kühlkörper angeordnet ist.

Fertigungstechnisch ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kühlkörper mindestens auf der dem elektrischen Leistungsbauteil zugewandten Seite eloxiert ist, d. h. aus einem metallischen Material wie beispielsweise Aluminium gefertigt ist und eine Aluminiumoxidschicht aufweist. Es hat sich gezeigt, daß diese Oxidschicht ausreichend ist, um eine elektrische Isolierung zwischen dem elektronischen Leistungsbauteil und dem Kühlkörper sicherzustellen, wobei wiederum die thermische Leitfähigkeit der Oxidschicht genügend groß ist, daß effektiv Wärme von dem elektronischen Leistungsbauteil auf den Kühlkörper abführbar ist.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Schaltungsanordnung mit einem Gehäuse, in welches ein Kühlkörper integriert ist, wobei ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halteelements gezeigt ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 längs der Linie 2-2;
Fig. 3 eine Vorderansicht auf ein elektronisches Leistungsbauteil und ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halteelements vor dem Aufstecken auf eine Leiterplatte;
Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht des Halteelements und des elektronischen Leistungsbauteils gemäß Fig. 3 längs der Linie 4-4;
Fig. 5 eine Draufsicht auf das Halteelement und das elektronische Leistungsbauteil gemäß Fig. 4 mit einem freigegebenen elastischen Element;
Fig. 6 die gleiche Ansicht wie Fig. 5, jedoch mit gesperrtem elastischen Element;
Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Halteelements;
Fig. 8 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halteelements;
Fig. 9 eine Ansicht des Halteelements gemäß Fig. 8 und des elektronischen Bauelements längs der Richtung B;
Fig. 10 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halteelements, welches an einer Leiterplatte angeordnet ist und
Fig. 11 das Halteelement gemäß Fig. 10 bei einer alternativen Anordnung des elektronischen Leistungsbauteils.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, welche in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, umfaßt eine Leiterplatte 12, auf der Schaltungselemente 14 wie Widerstände und Kondensatoren angeordnet sind. Diese werden dabei in einer Bestückungsrichtung 16, welche insbesondere im wesentlichen parallel zu einer Flächennormalen der Leiterplatte 12 orientiert ist, auf diese aufgesetzt und an dieser fixiert. Die Fixierung erfolgt dabei insbesondere über eine Steckverbindung und anschließende Verlötung.
Die Leiterplatte 12 ist in einem Gehäuse 18 angeordnet, welches einen Kühlkörper 20 umfaßt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 18 als Ganzes als Kühlkörper-Gehäuse ausgebildet.
Dazu umfaßt das Gehäuse 18 gegenüberliegende Seitenwände 22, 24, welche über ebenfalls gegenüberliegende Querwände 26, 28 miteinander verbunden sind. Insbesondere ist dabei das Gehäuse 18 einstückig ausgebildet, d. h. die Querwände 26, 28 sind einstückig an den Seitenwänden 22, 24 angeordnet.
Auf ihrer Außenseite 30 sind die Seitenwände 22, 24 zahnleistenförmig ausgebildet mit einer Mehrzahl von in einer Höhenrichtung 32 beabstandeten kammförmigen Elementen 34. Die Höhenrichtung 32 ist dabei im wesentlichen parallel zu der Bestückungsrichtung 16. Zwischen benachbarten kammförmigen Elementen 34 ist jeweils eine Ausnehmung 36 gebildet, so daß über die kammförmigen Elemente 34 die Oberfläche der Außenseite 30 vergrößert ist und damit eine verbesserte Wärmeabgabe an den Außenraum möglich ist.
Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, daß der Kühlkörper von einem Kühlmittel wie Wasser oder Luft durchströmt ist.
Das Gehäuse 18 ist aus einem Material hergestellt, welches eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und insbesondere aus einem metallischen Material wie Aluminium.
Die Seitenwände 22 und 24 sind mit fluchtend aufeinander ausgerichteten schlitzförmigen Ausnehmungen 38, 40 versehen, welche in einer Längsrichtung 42 (Fig. 2) quer und insbesondere senkrecht zur Höhenrichtung 32 orientiert sind. Über diese Ausnehmungen 38, 40 ist die Leiterplatte 12 in dem Gehäuse 18 gehalten. Die Ausnehmungen 38, 40 sind dabei zu einem Außenraum hin offen, so daß sich die Leiterplatte 12 in das Gehäuse 18 in der Längsrichtung 42 einschieben läßt.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 18 spiegelsymmetrisch zu einer Mittellinie parallel zur Höhenrichtung 32 ausgebildet. Dadurch läßt sich die Herstellung vereinfachen.
Die Schaltungsanordnung 10 umfaßt mindestens ein elektronisches Leistungsbauteil 44, wie beispielsweise einen Halbleiterverstärker, von dem Wärme abgeführt werden soll, um dieses Leistungsbauteil 44 zu kühlen. Dazu ist das elektrische Leistungsbauteil 44 an dem Kühlkörper 20 fixiert, um so insbesondere über die Außenseite 30 des Kühlkörpers 20 Wärme von dem elektronischen Leistungsbauteil 44 weg abzuführen. Die in dem elektronischen Leistungsbauteil 44 entstehende Wärme ist vor allem ohmsche Wärme, die durch im Bauteil fließende elektrische Ströme bewirkt wird.
Ein elektronisches Leistungsbauteil 44 umfaßt ein Gehäuse 46, in welchem die entsprechenden Komponenten des elektronischen Leistungsbauteils 44 angeordnet sind. Der elektrische Anschluß an die Leiterplatte 12 wird über elektrisch leitende Haltefüße 48 hergestellt, welche in der Bestückungsrichtung 16 auf der Leiterplatte 12 aufgesetzt sind und insbesondere mit dieser verlötet sind. Bei einem Halbleiterverstärker sind drei Haltefüße vorgesehen (vgl. Fig. 3), um die entsprechenden Anschlüsse des Halbleiterverstärkers wie Source, Drain und Gate verbinden zu können.
Es kann vorgesehen sein, daß beispielsweise anders als bei einem Widerstand 50 die Haltefüße 48 nicht gerade ausgebildet sind, sondern eine winklige Form aufweisen. Insbesondere kann ein Haltefuß 48 so ausgebildet sein, daß ein erstes Halteteil 52 (vgl. Fig. 4), welches an dem Gehäuse 46 fixiert ist, zu einem zweiten Halteteil 54, über welches das elektronische Leistungsbauteil 44 an der Leiterplatte 12 fixiert ist, versetzt ist und beispielsweise parallel versetzt ist. Ein Zwischenteil 56, welches insbesondere in einem Winkel zu dem ersten Halteteil 52 und dem zweiten Halteteil 54 angeordnet ist, verbindet diese beiden Halteteile 52 und 54. Auf diese Weise läßt sich dann das elektronische Bauteil 44 über das zweite Halteteil 54 in einem größeren Abstand von der Seitenwand 24 an der Leiterplatte 12 fixieren, so daß insbesondere die Lötverbindungen leicht herstellbar sind, während andererseits das erste Halteteil 52 näher an der Seitenwand 24 angeordnet ist. Dadurch läßt sich, wie unten noch beschrieben wird, über eine Anlagefläche 58 des Gehäuses 46 des elektronischen Leistungsbauelements 44 an den Kühlkörper 20 gleichmäßigere Anlagekraft erzielen, um so wiederum den Wärmeübergang zwischen dem Gehäuse 46 und dem Kühlkörper 20 zu verbessern.
Ferner kann ein Haltefuß 52 bezogen auf die Längsrichtung 42 sickenförmig ausgebildet sein (Fig. 3), so daß das erste Halteteil 52 und das zweite Halteteil 54 auch quer zur Längsrichtung 42 nicht in einer Ebene liegen. Dadurch wird der Wärmetransport von dem Gehäuse 46 zu der Leiterplatte 12 verschlechtert, wodurch wiederum eine übermäßige Aufheizung der Leiterplatte 12 verhinderbar ist.
Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die Haltefüße des elektronischen Leistungsbauteils im wesentlichen gerade ausgebildet sind.
Zur Fixierung des elektronischen Leistungsbauteils 44 an dem Kühlkörper 20, d. h. zur Fixierung dessen Anlagefläche 58 an dem Kühlkörper 20, damit ein Wärmeabtransport von dem Gehäuse 46 auf den Kühlkörper 20 erfolgen kann, sind ein oder mehrere Halteelemente vorgesehen, wobei insbesondere jedem elektronischen Leistungsbauteil 44 ein Halteelement zugeordnet ist (vgl. Fig. 2). In den Fig. 1 und 2 ist ein als Ganzes mit 60 bezeichnetes erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halteelements gezeigt. Dieses umfaßt einen Haltekörper 62, welcher beispielsweise durch ein Blechteil gebildet ist. An diesem Haltekörper 62 sind ein oder mehrere Haltefüße 64 angeordnet, über welche das Halteelement 60 an der Leiterplatte 12 fixierbar ist. Das Halteelement 60 ist dabei in der Bestückungsrichtung 16, wie die Schaltungselemente 14 und die elektronischen Leistungsbauteile 44, auf der Leiterplatte 12 positionierbar. Beispielsweise ist das Halteelement 60 entsprechend auf die Leiterplatte 12 aufsteckbar und/oder an dieser verlötbar, um so eben die Fixierung des Halteelements 60 an der Leiterplatte 12 zu bewirken.
An dem Haltekörper 62 ist eine Spiralfeder 66 als elastisches Element fixiert, über welches eine Druckkraft in einer Richtung 68 quer und insbesondere senkrecht zur Bestückungsrichtung 16 auf das zugeordnete elektronische Leistungsbauteil 44 ausübbar ist, um dieses mit seiner Anlagefläche 58 an den Kühlkörper 20 zu pressen, um dadurch wiederum einen Wärmestrom von dem Gehäuse 46 des elektronischen Leistungsbauteils 44 auf den Kühlkörper 20 und damit einen Wärmeabfluß zu ermöglichen. Die Spiralfeder 66 beaufschlagt dabei das elektronische Leistungsbauteil 44 lose, d. h. sie ist nicht an diesem fixiert. Über die Klemmwirkung der Spiralfeder 66 zwischen dem Haltekörper 62 und dem Gehäuse 46 wird dieses dadurch gegen den Kühlkörper 20 gedrückt, und zwar in einer Richtung quer und insbesondere senkrecht zur Bestückungsrichtung 16.
Der thermische Kontakt zwischen dem elektronischen Leistungsbauteil 44 und dem Kühlkörper 20 läßt sich dadurch auf einfache Weise kraftschlüssig herstellen, ohne daß beispielsweise das elektronische Leistungsbauteil 44 mit der Seitenwand 24 verschraubt werden muß. Das Halteelement 60 läßt sich während der Bestückung der Leiterplatte 12 auf die gleiche Weise wie die Schaltungselemente 14 an dieser fixieren. Insbesondere wenn eine Mehrzahl von zu kühlenden elektronischen Leistungsbauteilen 44 vorgesehen ist, wird dadurch die Herstellung einer entsprechenden Schaltungsanordnung 10 stark vereinfacht.
Dabei muß auch das elektronische Leistungsbauteil 44 nicht modifiziert werden, da die Druckkraft der Spiralfeder 66 in der Richtung 68 quer zur Bestückungsrichtung 16 wirkt. Dadurch wird auf das elektronische Leistungsbauteil 44, da die Spiralfeder 66 in einem Abstand zu der Leiterplatte 12 angeordnet ist und das elektronische Leistungsbauteil 44 an der Leiterplatte 12 fixiert ist, bezogen auf die Fixierung des elektronischen Leistungsbauteils 44 an der Leiterplatte 12 ein Drehmoment in Richtung des Kühlkörpers 20 ausgeübt. Das entsprechende Gegendrehmoment, welches auf das Halteelement 60 ausgeübt wird, wird über dessen Fixierung an der Leiterplatte 12 von der Leiterplatte 12 aufgenommen. Es läßt sich damit auf einfache und sichere Weise eine Fixierung des elektronischen Leistungsbauteils 44 an dem Kühlkörper 20 herstellen.
Zwischen dem Gehäuse 46 des elektronischen Leistungsbauteils und einem metallischen Kühlkörper 20 ist eine Durchschlagsperre zur elektrischen Isolierung zwischen dem elektronischen Leistungsbauteil 44 und dem Kühlkörper 20 vorgesehen, wobei diese wärmestromdurchlässig sein muß. Es kann vorgesehen sein, daß ein Glimmerplättchen zwischen dem Gehäuse 46 und dem Kühlkörper 20 angeordnet ist, um eben diese elektrische Isolierung zur Verhinderung des elektrischen Durchschlags zu bewirken. Es kann ferner noch vorgesehen sein, daß zwischen dem Glimmerplättchen und dem Kühlkörper 20und dem Glimmerplättchen und dem Gehäuse 46 jeweils eine Wärmeleitpaste aufgetragen ist, um Luftbrücken zu vermeiden und den Wärmeübergang zu verbessern.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung auf eine Wärmeleitpaste verzichtet werden kann, da die Ausbildung von Luftbrücken gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten formschlüssigen Verbindung des elektronischen Leistungsbauteils 44 an dem Kühlkörper 20 vernachlässigbar ist. Dies liegt daran, daß das elastische Element 66 das Gehäuse 46 des elektronischen Leistungsbauteils 44 im wesentlichen parallel zu dessen Oberflächennormalen beaufschlagt und damit das Kippmoment gegenüber dem Kühlkörper 20 minimiert ist.
Erfindungsgemäß hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Kühlkörper 20 eloxiert ist und beispielsweise aus Aluminium hergestellt ist. In Fig. 1 ist die Aluminiumoxidschicht mit dem Bezugszeichen 70 schematisch angedeutet. Diese Oxidschicht 70 wirkt als elektrische Isolierung, d. h. als Durchschlagsperre, zwischen dem elektronischen Leistungsbauelement 44 und dem Kühlkörper 20, so daß kein separates Glimmerplättchen vorgesehen werden muß. Sie behindert trotzdem nicht in nennenswertem Umfang den Wärmetransport von dem elektronischen Leistungsbauteil 44 weg.
Bei einer Mehrzahl von elektronischen Leistungsbauelementen 44 ist, wie in Fig. 4 gezeigt, eine Mehrzahl von entsprechenden Halteelementen 60 vorgesehen. Eine entsprechende Schaltungsanordnung 10 läßt sich auf einfache Weise herstellen, wenn zuerst die Leiterplatte 12 bestückt wird einschließlich der entsprechenden Halteelemente 60 und der elektronischen Leistungsbauelemente 44. Diese bestückte Leiterplatte 12 wird dann anschließend in das Gehäuse 18 als Kühlkörper-Gehäuse eingeschoben, und zwar in die Ausnehmungen 38 und 40.
Dadurch, daß eine Spiralfeder 66 auf das zugeordnete elektronische Leistungsbauelement 44 eine Kraft ausübt und dieses von dem Halteelement 60 in der Richtung 68 wegdrückt, steht dieses elektronische Leistungsbauteil 44 über eine Ebene hinaus, welche vor der Ebene der entsprechenden Seitenwand 24 liegt. Dadurch wird die Einschiebbarkeit der Leiterplatte 12 in das Gehäuse 18 behindert.
Dies läßt sich jedoch auf einfache Weise dadurch beheben, daß beim Einschub der Leiterplatte 12 das jeweilige, den weiteren Einschub in der Längsrichtung 42 behindernde elektronische Leistungsbauteil 44 entgegen der Kraftrichtung der Spiralfeder 66 zurückgedrückt wird und das entsprechende Gehäuse 46 eben dann an die Seitenwand 24 anliegt. Beim Einschub der Leiterplatte 12 wird dies sukzessive nacheinander über die Mehrzahl der elektronischen Leistungsbauteile 44 durchgeführt, um eben so die Leiterplatte 12 vollständig in das Gehäuse 18 einsetzen zu können. Dadurch ist dann aber auch bereits der Kontakt zwischen den elektronischen Leistungsbauelementen 44 und dem Kühlkörper 20 hergestellt, so daß ein Wärmeübergang auf diesen erfolgen kann. Weitere Fixierungsschritte sind nicht mehr notwendig. (Es bleibt dabei selbstverständlich vorbehalten, daß die elektrischen Leistungsbauelemente 44auch noch zusätzlich an dem Kühlkörper 20 mittels Schraubverbindungen fixiert werden.)
Die erfindungsgemäße kraftschlüssige Fixierung eines elektronischen Leistungsbauteils 44 an einem entsprechenden Kühlkörper erfolgt auf die gleiche Weise, wenn der entsprechende Kühlkörper an der Leiterplatte 12 fixiert ist und nicht gehäuseförmig ausgebildet ist, sondern beispielsweise als seitlich an einer Leiterplatte angeordneter Kühlblock.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halteelements, welches in den Fig. 3 bis 6 als Ganzes mit 72 bezeichnet ist, umfaßt dieses einen Haltekörper 74, bei dem es sich insbesondere um ein Blechteil handelt. An diesem Haltekörper sitzen beispielsweise drei Haltefüße 76a, 76b und 76c, über die das Halteelement 72 an der Leiterplatte 12 fixierbar ist.
Bei einer Variante einer Ausführungsform sind dabei die Haltefüße 76a, 76b und 76c so ausgebildet, daß sie in der Art einer Schnappverbindung mit der Leiterplatte 12 fixierbar und insbesondere arretierbar sind. Dazu sind die Haltefüße 76a, 76b, 76c jeweils elastisch bügelförmig ausgebildet, so daß einerseits ein Haltefuß aufgrund seiner Elastizität in eine Aufnahme 75 der Leiterplatte 12 einsteckbar ist, andererseits aber ein Haltefuß in der Aufnahme 75 gegen deren Begrenzungswände drückt und damit das Halteelement 72 in der Aufnahme hält. Eine Aufnahme 75 ist insbesondere durch eine zylindrische Durchgangsausnehmung in der Leiterplatte 12 gebildet.
Vorteilhafterweise sind die unterschiedlichen Haltefüße 76a, 76b, 76c so ausgebildet, daß ihre Klemmkraft auf die Leiterplatte 12 (quer zur Bestückungsrichtung 16) in unterschiedlichen Richtungen wirkt. Dies läßt sich durch entsprechende Orientierung des Bügels des Haltefußes erreichen.
Beispielsweise weisen die Bügel der Haltefüße 76a und 76c jeweils nach außen weg von dem Haltefuß 76b, d. h. quer zur Bestückungsrichtung 16 und quer zur Kraftausübungsrichtung 68. Dadurch üben diese jeweils entgegengesetzte Kräfte auf die Leiterplatte 12 aus, wenn sie in diese eingesteckt sind.
Der mittlere Haltefuß 76b ist mit seinem Bügel quer zu den beiden anderen Haltefüßen 76a, 76c orientiert, so daß er beispielsweise eine Kraft in die Richtung 68 oder die Gegenrichtung dazu ausübt. Insgesamt läßt sich so eine einfache und sichere Arretierung des Halteelements 72 an der Leiterplatte 12 erreichen.
Die Haltefüße 76a, 76b, 76c können dabei auch noch so ausgebildet sein, daß in ihrer Fixierungslage an der Leiterplatte 12 der Haltekörper 74 an dieser anliegt. Dadurch ergibt sich automatisch die richtige Höhenpositionierung des Halteelements 72 an der Leiterplatte 12.
Einstückig mit dem Haltekörper 74 ist an diesem ein elastisches Element in der Form einer Federzunge 78 gebildet. Diese Federzunge und insbesondere Blechzunge ist nicht parallel zu dem Haltekörper 74 angeordnet, wobei eine elastische Kraft bei der Zubewegung zu dem Haltekörper 74 zu überwinden ist. Dadurch übt die Federzunge 78 eine Kraft auf das elektronische Leistungsbauteil 44 in Richtung des Kühlkörpers 20 hin aus (in der Richtung 68), wenn beispielsweise das Gehäuse 46 des elektronischen Leistungsbauteils 44 in einem bestimmten Abstand parallel ausgerichtet zu dem Haltekörper 74 relativ zu dem Halteelement 72 positioniert ist.
Die Federzunge 78 ist dabei so ausgebildet, daß sie eine bestimmte linienförmige Angriffsfläche 80 aufweist, mit welcher sie auf das elektronische Leistungsbauteil 44 wirkt, um dieses gegen den Kühlkörper 20 zu drücken. Dazu weist die Federzunge 78 im Bereich ihres oberen Endes einen Winkelabschnitt 82 auf, welcher winklig zu einem Verbindungsabschnitt 84 angeordnet ist, welcher mit dem Haltekörper 74 verbunden ist. Bei entsprechender Abstandspositionierung des Gehäuses 46 des elektronischen Leistungsbauteils 44 relativ zu dem Haltekörper 74 mit seiner Federzunge 78 ist dann gesichert, daß gerade diese Angriffsfläche 80 der Federzunge 78 auf das Gehäuse 46 wirkt.
Um die über eine entsprechende Dimensionierung des Halteelements 72 eingestellte bevorzugte relative Position zwischen dem Halteelement 72 und dem elektronischen Leistungsbauteil 44 sicherzustellen, weist das Halteelement 72 eine Anlagefläche 86 für eine der Leiterplatte 12 zugewandte Seite des Gehäuses 46 des elektronischen Leistungsbauteils 44 auf. Die Anlagefläche 86, welche insbesondere mittels eines ersten Anlageelements 88 und eines zweiten Anlageelements 90 gebildet ist (Fig. 5 und 6), sperrt bei entsprechender Positionierung des elektronischen Leistungsbauteils 44 an dem Halteteil 72dessen Relativbewegung nach unten, d. h. in Richtung der Haltefüße 76 und bei entsprechender Positionierung an der Leiterplatte 12 in Richtung dieser Leiterplatte 12.
Bei der Bestückung der Leiterplatte 12 mit dem Halteelement 72 und dem elektronischen Leistungsbauteil 44 läßt sich dadurch sicherstellen, daß diese in der bevorzugten Höhenstellung relativ zueinander an der Leiterplatte 12 fixiert werden.
Insbesondere läßt sich eine Halteelement-Leistungsbauteil-Kombinationseinheit ausbilden, welche entsprechend als Einheit an der Leiterplatte 12 fixierbar ist, wobei dadurch bereits für eine in der Relativstellung optimierte Positionierung gesorgt ist.
Es ist dann ferner günstig, wenn das Halteelement 72 eine als Ganzes mit 92 bezeichnete Kippsicherung aufweist, die verhindert, daß das elektronische Leistungsbauteil 44 aus dem Halteelement 72 herausfällt. Dadurch läßt sich eine relative Positionierung zwischen dem Halteelement 72 und dem elektronischen Bauteil 68 bezogen auf die Richtung 68 erreichen (während die Anlagefläche 86 für eine Positionierung in der Richtung 16 sorgt). Insbesondere ist die Kippsicherung 92 als Klemmsicherung ausgebildet, über die das elektronische Bauelement klemmend an dem Halteteil 72 gehalten ist. Die Klemmkraft ist dabei gerade so groß, daß sie durch die elastische Kraft der Federzunge 78 überwindbar ist, um mittels dieser Federzunge 78 das elektronische Leistungsbauteil 44 an dem Kühlkörper 20 fixieren zu können.
Zur Ausbildung der Kippsicherung 92 umfaßt der Haltekörper 74 gegenüberliegende Querflanken 94, 96, so daß im Querschnitt der Haltekörper 74 ein beispielsweise rechteckförmiges C-Profil aufweist. Der Abstand zwischen den beiden Querflanken 94, 96 entspricht dabei im wesentlichen der Breite des Gehäuses 46 des elektronischen Leistungsbauteils 44. An diesen gegenüberliegenden Querflanken 94, 96 ist vorzugsweise im Bereich eines oberen, den Haltefüßen 76 abgewandten Endes jeweils eine Auswölbung 98 gebildet, wobei mindestens im Bereich dieser Auswölbungen 98 die entsprechenden Querflanken 94, 96 elastisch ausgebildet sind, so daß ohne Modifizierung des Gehäuses 46 des elektronischen Leistungsbauteils 44 dieses zwischen die beiden Querflanken 94, 96 des Halteteils 72 einspannbar ist und dadurch an dem Halteteil 72 in einer definierten Position gehalten ist. Diese definierte Position ermöglicht in Verbindung mit der Anlagefläche 86 die Ausbildung einer Halteteil-Leistungsbauteil-Kombination zur gemeinsamen Bestückung auf der Leiterplatte 12.
Erfindungsgemäß ist nun eine als Ganzes mit 100 bezeichnete Sperrvorrichtung vorgesehen, über welche die Federzunge 78 in einer Montagestellung 102 fixierbar ist, in welcher die Federzunge 78 nicht das elektronische Leistungsbauteil 44 mit einer Druckkraft beaufschlägt, sondern nur die Sperrvorrichtung 100. Die Montagestellung 102 ist in Fig. 4 in durchgezogenen Linien gezeigt und ebenfalls in Fig. 6 gezeigt. In dieser Montagestellung 102 wird also verhindert, daß das elektronische Leistungsbauteil 44 aus seiner Haltestellung an dem Halteteil 72 gelöst wird.
Alternativ kann es auch vorgesehen sein, wenn die Halteteile unabhängig von den elektronischen Leistungsbauteilen 44 an der Leiterplatte 12 positioniert werden, daß dann in der Montagestellung 102 verhindert wird, daß ein entsprechendes elastisches Element wie die Spiralfeder 66 oder die Federzunge 78 über eine bestimmte Begrenzungsebene, welche durch die Sperrvorrichtung 100 definiert ist, hinaustritt. Dadurch ist die Montage erleichtert und erst durch Aufhebung der Sperrwirkung der Sperrvorrichtung 100 wird dann eine Kraftbeaufschlagung in der Richtung 68 der elektronischen Leistungsbauteile 44 durch die entsprechenden Halteelemente induziert.
Die Sperrvorrichtung 100 läßt sich auf einfache Weise dadurch bilden, daß in den Querflanken 94, 96 beispielsweise des Halteelements 72 entsprechende fluchtend ausgerichtete Ausnehmungen 104, 106 gebildet sind, wobei diese Ausnehmungen 104, 106 rückversetzt gegenüber einer Ebene sind, welche durch die Auswölbungen 98 an den Querflanken 94, 96 senkrecht zur Richtung 68 und parallel zum Kühlkörper 20 gebildet ist.
In diese Ausnehmungen läßt sich ein Sperrelement 108 wie beispielsweise ein Stiftelement oder ein Draht schieben, welches den Raum zwischen den Querflanken 94 und 96 überbrückt und an das die Federzunge 78 anlegbar ist. Bei entsprechender Ausrichtung der Ausnehmungen 104, 106 relativ zur Federzunge 78 läßt es sich dadurch erreichen, daß diese nicht über die Ebene parallel zum Kühlkörper 20 hinaustritt, welche das Sperrelement 108 umfaßt.
Wird nun das Sperrelement 108 in einer Richtung 110 quer zur Bestückungsrichtung 16 und quer zur Kraftbeaufschlagungsrichtung 68 aus den Ausnehmungen 104, 106 herausgezogen und damit von dem Halteelement 72 gelöst, dann wird die Sperrwirkung aufgehoben und die Federzunge 78 kann gegen das Gehäuse 46 des elektronischen Leistungsbauteils 44 drücken und damit dieses an den Kühlkörper 20 drücken, um so den Wärmekontakt sicherzustellen (Stellung 109 in den Fig. 4 und 5; in Fig. 4 in durchbrochenen Linien gezeigt). Die Sperrwirkung läßt sich also dadurch lösen, daß das Sperrelement 108 in der Richtung 110, welche insbesondere parallel zur Längsrichtung 42 ist, herausgezogen wird. Dadurch wiederum läßt sich auch eine Reihe von fluchtend relativ zueinander ausgerichteten Halteelementen 72 (vgl. Fig. 2) mit einem Sperrelement 108 versehen, wie beispielsweise einem Stiftelement oder einem Draht, welches eine Sperrwirkung für diese Mehrzahl von Halteelementen 72 hat. Durch Herausziehen dieses Sperrelements 108 wird dann sukzessive die Sperrwirkung für alle Halteelemente aufgehoben, um die den jeweiligen Halteelementen 72 zugeordneten elektronischen Leistungsbauteile 44 kraftbeaufschlagen zu können und diese an dem Kühlkörper 20 zu fixieren.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halteelements, welches in Fig. 7 als Ganzes mit 112 bezeichnet ist, ist ein Haltekörper 114 vorgesehen, aus dem eine Federzunge 116 ausgestanzt ist. Dadurch läßt sich der Haltekörper 114 mit der Federzunge 116 auf einfache Weise "integral" herstellen.
Ansonsten funktioniert das Halteelement 112 genauso wie oben beispielsweise anhand des Halteelements 72 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel eines Halteelements, welches in den Fig. 8 und 9 als Ganzes mit 118 bezeichnet ist, ist ein Haltekörper 120 vorgesehen, welcher in der Art einer Basisplatte ausgebildet ist und an dem Haltefüße 122 angeordnet sind. Der Haltekörper 120 kann dabei gleichzeitig als Anlagefläche für das elektronische Leistungsbauteil 44 dienen.
An dem Haltekörper 122 ist eine Federzunge 124 angeordnet, welche beispielsweise mit dem Haltekörper 122 vernietet ist.
Eine Halteelement 118 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel läßt sich auf einfache und kostengünstige Weise herstellen. Es funktioniert dabei im wesentlichen genauso wie oben anhand der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 beschrieben.
Bei einem fünften Ausführungsbeispiel eines Halteelements, welches in den Fig. 10 und 11 als Ganzes mit 126 bezeichnet ist, und welches insbesondere eine Variante der Halteelemente 60, 72 oder 112 darstellt, sind zusätzlich zu entsprechenden Haltefüßen 128, mit denen das entsprechende Halteelement in einer Bestückungsrichtung 16 an der Leiterplatte 12 fixierbar ist, wobei dann eine Kraftrichtung 68 des entsprechenden elastischen Elements quer zur Bestückungsrichtung 16 wirkt, weitere Haltefüße 130 vorgesehen, mit denen das entsprechende Halteteil 126 auch so an einer Leiterplatte 132 fixierbar ist, daß eine Kraftwirkungsrichtung 134 des entsprechenden elastischen Elements parallel zur Bestückungsrichtung, d. h. parallel zur Aufsetzrichtung des Halteelements 126 mit seinen Haltefüßen 130 auf die Leiterplatte 132 wirkt. Dadurch ist das Halteteil 126 universeller einsetzbar, da es sowohl in stehender Position (entsprechend den Fig. 1 bis 9) mit Kraftrichtung und Bestückungsrichtung quer zueinander als auch in "liegender" Position (Fig. 10 und 11) mit Bestückungsrichtung und Kraftwirkungsrichtung 134 im wesentlichen parallel zueinander an einer Leiterplatte positionierbar ist.
In den Fig. 10 und 11 sind Beispiele für eine solche liegende Positionierung gezeigt.
Das Halteelement 126 ist bei dem in Fig. 10 gezeigten Beispiel an der Leiterplatte 132 fixiert, während das elektronische Leistungsbauteil 136 an einer beabstandet zu der Leiterplatte 132 angeordneten weiteren Leiterplatte 138 fixiert ist. Zwischen dem elektronischen Leistungsbauteil 136 und der Leiterplatte 138 ist dabei ein Kühlkörper 140 angeordnet, welcher insbesondere an der Leiterplatte 138 fixiert ist.
Zur Positionierung des elektronischen Leistungsbauteils 136 an der weiteren Leiterplatte 138 sind entsprechende Haltefüße 140, über welche der elektrische Kontakt zwischen dem elektrischen Leistungsbauteil 136 und der Leiterplatte 138 hergestellt ist, abgewinkelt.
Insbesondere sind dabei die beiden Leiterplatten 132 und 138 parallel zueinander ausgerichtet. Auf der Leiterplatte 132 ist über die Haltefüße 128 das Halteelement 126 liegend angeordnet, wobei dessen elastisches Element 142 dann das elektronische Leistungsbauteil 136 gegen den Kühlkörper 140 - in Fig. 10 nach oben - drückt, um dieses eben an dem Kühlkörper 140 zu fixieren.
Ansonsten funktioniert das Halteelement 126 wie oben anhand der anderen Ausführungsbeispiele beschrieben.
In Fig. 11 ist eine Variante einer Schaltungsanordnung gezeigt, bei der das Halteelement 126 wiederum liegend an der Leiterplatte 132 positioniert ist. Ein elektronisches Leistungsbauteil 144 weist derart abgewinkelte Haltefüße 146 auf, daß dieses an der Leiterplatte 132 fixierbar ist. Dadurch ist das elektronische Leistungsbauteil 144 durch das elastische Element 142 von der Leiterplatte 132 weg (in Fig. 11 nach oben) gegen einen Kühlkörper 148 drückbar, um einen guten Wärmekontakt zwischen dem elektronischen Leistungsbauteil und dem Kühlkörper 148 herzustellen, wobei der Kühlkörper 148 insbesondere als Gehäusedecke ausgebildet ist, d. h. beispielsweise über Seitenwände an der Leiterplatte 132 zumindest indirekt fixiert ist.
Statt über Haltefüße kann ein Halteelement 126 auch über beispielsweise Nietverbindungen an der Leiterplatte fixiert sein.
Durch die erfindungsgemäßen Halteelemente läßt sich eine Kühlkörperfixierung für elektronische Leistungsbauteile auf einfache und sichere Weise herstellen. Da erfindungsgemäß die Kraftbeaufschlagungsrichtung 68 quer zur Bestückungsrichtung 16 wirkt, müssen die elektronischen Leistungsbauteile 44 nicht modifiziert werden, um sie kraftschlüssig an dem Kühlkörper 20 zu halten. Dadurch läßt sich die entsprechende Schaltungsanordnung auf einfache und zeitsparende Weise herstellen.
Die wegen des elastischen Elements auf ein erfindungsgemäßes Halteelement ausgeübten Gegenkräfte lassen sich von der Leiterplatte 12 aufnehmen, die hierzu nicht modifiziert werden muß.
Ein erfindungsgemäßes Halteelement läßt sich in minimaler Größe ausbilden, wobei dessen Höhe längs der Richtung 32 im wesentlichen durch den Angriffspunkt des elastischen Elements an dem elektronischen Leistungsbauteil 44 bestimmt ist. Dessen Breite in der Richtung 68 ist dabei im wesentlichen durch die Ausdehnung des elastischen Elements selber (und natürlich durch dessen Fixierung an dem Halteelement) bestimmt. Die Breite in der Längsrichtung 42 wiederum ist im wesentlichen dadurch bestimmt, daß für eine ausreichende Kraftbeaufschlagung des elektronischen Leistungsbauteils durch das elastische Element gesorgt werden muß und gegebenenfalls, falls das elektronische Leistungsbauteil 44 an dem Halteteil gehalten werden soll, durch die Abmessungen des elektronischen Leistungsbauteils.

Claims

1. Halteelement zur Fixierung mindestens eines an einer Leiterplatte (12) angeordneten elektronischen Leistungsbauteils (44) an einem Kühlkörper (20) mit einem elastischen Element (66; 78), durch welches das elektronische Leistungsbauteil (44) gegen den Kühlkörper (20) drückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement so ausgebildet ist, daß es in einer Bestückungsrichtung (16) von elektronischen Schaltungselementen (14) an der Leiterplatte (12) positionierbar ist und daß die Druckkraft des elastischen Elements (66; 78) quer zur Bestückungsrichtung auf das elektronische Leistungsbauteil (44) wirkt.

2. Halteelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses so ausgebildet ist, daß es auf die gleiche Weise wie ein elektronisches Schaltungselement (14) an der Leiterplatte (12) fixierbar ist.

3. Halteelement nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Haltefüße (64; 76a, 76b, 76c) zur Positionierung an der Leiterplatte (12).

4. Halteelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement auf der Leiterplatte (12) aufsteckbar und/oder auflötbar ist.

5. Halteelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Haltefuß (76a; 76b; 76c) so ausgebildet ist, daß er in der Art einer Schnappverbindung mit der Leiterplatte (12) arretierbar ist.

6. Halteelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Haltefuß (76a; 76b; 76c) bügelförmig federnd ausgebildet ist.

7. Halteelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Mehrzahl von Haltefüßen (76a, 76b, 76c) diese so ausgebildet sind, daß bei an der Leiterplatte (12) fixiertem Halteelement die Kräfte unterschiedlicher Haltefüße auf die Leiterplatte (12) quer zur Bestückungsrichtung (16) in unterschiedlichen Richtungen wirken.

8. Halteelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Haltekörper (62; 74), welcher an die Leiterplatte (12) anlegbar ist.

9. Halteelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anlagefläche (86), an welcher das elektronische Leistungsbauteil (44) anlegbar ist, um dessen Relativbewegung zum Halteelement zu sperren.

10. Halteelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (86) so angeordnet und ausgebildet ist, daß über diese die relative Position zwischen Halteelement und elektronischem Leistungsbauteil (44) einstellbar ist.

11. Halteelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kippsicherung (92) für das elektronische Leistungsbauteil (44).

12. Halteelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippsicherung (92) durch ein oder mehrere Klemmelemente (98) gebildet ist, mittels welchem oder welchen das elektronische Leistungsbauteil (44) klemmend an dem Halteelement haltbar ist.

13. Halteelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Breite des Halteelements im wesentlichen der Breite des elektronischen Leistungsbauteils (44) entspricht oder in der Breite kleiner als dieses ist.

14. Halteelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tiefe des Halteelements im wesentlichen durch das elastische (66; 78) Element bestimmt ist.

15. Halteelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Höhe des Halteelements im wesentlichen durch den Angriffspunkt der Druckkraft des elastischen Elements (66; 78) an das elektronische Leistungsbauteil (44) bestimmt ist.

16. Halteelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sperrvorrichtung (100), durch welche das elastische Element (78) in einer Montagestellung (102) fixierbar ist und dessen Sperrwirkung aufhebbar ist.

17. Halteelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrvorrichtung (100) so ausgebildet ist, daß in der Montagestellung (102) das elastische Element (78) an einer Anlagefläche dieser anliegt.

18. Halteelement nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Sperrvorrichtung (100) das elastische Element (78) hinter einer bestimmten, auf das Halteelement bezogenen Ebene positionierbar ist.

19. Halteelement nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrwirkung der Sperrvorrichtung (100) durch Kraftausübung quer zur Bestückungsrichtung (16) und quer zur Richtung der Druckkraft (68) aufhebbar ist.

20. Halteelement nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrvorrichtung einen Stift (108) oder Draht umfaßt.

21. Halteelement nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Ausnehmungen (104, 106) zur Fixierung des Stifts (108) oder Drahts.

22. Halteelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element eine Spiralfeder (66) ist.

23. Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element ein federndes Element (78; 116) ist, welches an einem Haltekörper (74; 120) des Halteelements angeordnet ist.

24. Halteelement nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element (78; 116) einstückig an dem Haltekörper (74; 120) gebildet ist.

25. Halteelement nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element (116) durch eine Ausstanzung an dem Haltekörper (120) gebildet ist.

26. Halteelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement so ausgebildet ist, daß es derart an der Leiterplatte (12) fixierbar ist, daß eine Druckkraft im wesentlichen parallel zur Bestückungsrichtung ausübbar ist.

27. Halteelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (20) relativ zur Leiterplatte (12) fixiert ist.

28. Elektronische Schaltungsanordnung, umfassend eine Leiterplatte (12) mit mindestens einem elektronischen Leistungsbauteil (44), von dem Wärme abgeführt werden soll, und einen Kühlkörper (20), dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine elektronische Leistungsbauteil (44) über ein oder mehrere Halteelemente gemäß einem der vorangehenden Ansprüche an dem Kühlkörper (20) fixiert ist.

29. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (20) an einem Gehäuse (18) gebildet ist, welches gegenüberliegende Halteausnehmungen (38, 40) für die Leiterplatte (12) aufweist.

30. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (38, 40) mit ihrer Längsrichtung (42) quer zur Bestückungsrichtung (16) in dem Gehäuse (18) gebildet sind.

31. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (12) über die Ausnehmungen (38, 40) in das Gehäuse (18) einschiebbar ist.

32. Elektronische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) Querverbindungen (26, 28) für gegenüberliegende Seitenwände (22, 24) umfaßt, wobei ein Kühlkörper (20) an einer Seitenwand (24) gebildet ist.

33. Elektronische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß eine Durchschlagsperre (70) zur elektrischen Isolierung zwischen Kühlkörper (20) und elektronischem Leistungsbauteil (44) vorgesehen ist.

34. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glimmerplättchen als Durchschlagssperre vorgesehen ist.

35. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (20) mindestens auf der dem elektronischen Leistungsbauteil (44) zugewandten Seite eloxiert ist.