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Die
Erfindung betrifft ein mit einem Träger verbundenes Elektronikmodul.
Elektronikmodule werden häufig
mittels elektrischen Anschlusselementen mit einem Träger, beispielsweise
einer Leiterplatte, elektrisch leitend verbunden. Um die elektrischen Anschlusselemente
mechanisch nicht durch das Gewicht des Elektronikmoduls und ggf,
eines mit diesem verbundenen Kühlkörpers zu
belasten, wird das Elektronikmodul und/oder ein ggf. vorhandener
Kühlkörper mittels
separater Befestigungselemente mit dem Träger verbunden.
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Derartige
Befestigungselemente, beispielsweise Schrauben oder Federhaken mit
Rastnasen, erfordern jedoch auf der Leiterplatte zusätzlichen Platz,
der nicht mehr für
Leiterbahnen oder elektrische Bauteile zur Verfügung steht. Außerdem sind hierfür meist
eigene Öffnungen
im Träger
herzustellen. Erfolgt die Befestigung beispielsweise mittels Schraubverbindungen,
so sind hierfür
separate Montageschritte erforderlich.
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Est
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein auf einfache
Weise fest mit einem Träger
verbundenes Elektronikmodul bereitzustellen, bei dem die Verbindung
mittels weniger Arbeitsschritte herstellbar ist und die nur minimalen
Platz auf dem Träger
beansprucht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine mit einem Träger verbundenes Elektronikmodul
gemäß Anspruch
1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Das
erfindungsgemäße, mit
einem Träger verbundene
Elektronikmodul weist ein elektrisches Anschlusselement, z. B. eine
Stromabnahme, auf und ist in einem Gehäuse angeordnet. In dem Gehäuse ist
eine erste Öffnung
ausgebildet, in die von einer Innenseite des Gehäuses her eine Hülse eingebracht
ist. Durch diese Hülse
wiederum ist das elektrische Anschlusselement von der Innenseite
des Gehäuses
her hindurchgeführt.
Eine zweite Öffnung, durch
die zumindest ein aus der Hülse
herausragender Abschnitt des Anschlusselementes hindurchgeführt ist,
ist in dem Träger
ausgebildet. Des Weiteren sind das Anschlusselement und die Hülse fest
mit dem Träger
verbunden.
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Die
Hülse umgibt
das elektrische Anschlusselement zumindest abschnittweise und stabilisiert
es dadurch. Darüber
hinaus kommt es infolge der festen Verbindung zwischen der Hülse und
dem Träger
zu einer Entlastung der auf das elektrische Anschlußelement
wirkenden Kräfte.
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Die
Verbindung zwischen der Hülse
und dem Träger
erfolgt vorzugsweise mittels einer dem Träger zugewandten Fläche der
Hülse,
die mit einer der Hülse
zugewandten Seite des Trägers
fest verbunden ist. Die dem Träger
zugewandte Fläche
ist bevorzugt an einem Ende der Hülse angeordnet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Hülse
in die zweite Öffnung,
die beispielsweise als Lötauge
ausgebildet sein kann, eingeführt
oder durch diese hindurchgeführt.
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Die
Verbindung zwischen der Hülse
und dem Träger
und/oder zwischen dem Anschlusselement und dem Träger kann
beispielsweise als Lötverbindung
ausgebildet sein.
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Die
Hülse ist
vorteilhafter Weise bis zu einem Anschlag in die erste Öffnung eingebracht,
z.B. in diese eingesteckt oder eingeschraubt, und kann mit dem Gehäuse fest
verbunden sein. Die Hülse
umfasst vorzugsweise ein Metall oder eine metallische Legierung.
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Das
elektrische Anschlusselement ist bevorzugt elektrisch leitend mit
einer Metallisierung des vorzugsweise als Leiterplatte ausgebildeten
Trägers verbunden,
um das Elektronikmodul elektrisch anzuschließen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf Figuren näher
erläutert.
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In
den Figuren zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch ein mit einem Träger verbundenes Elektronikmodul,
das ein von einer Hülse
umgebenes Anschlusselement aufweist,
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2 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 1 im Bereich einer Öffnung des Trägers, wobei das
durch die Hülse
hindurchgeführte
elektrische Anschlusselement in die Öffnung eingeführt wird,
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3 den
vergrößerten Ausschnitt
gemäß 2,
wobei nur das elektrische Anschlusselement, nicht jedoch die Hülse durch
die erste Öffnung
hindurchgeführt
ist,
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4 einen
vergrößerten Ausschnitt
entsprechend dem Ausschnitt gemäß den 2 und 3,
wobei sowohl das elektrische Anschlusselement als auch die Hülse durch
die erste Öffnung
hindurchgeführt
sind,
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5 einen
vergrößerten Ausschnitt
entsprechend dem Ausschnitt gemäß den 2 bis 4,
wobei die Hülse
eine dem Träger
zugewandte Frontfläche
aufweist, die mit einer der Hülse
zugewandten Seite des Trägers
fest ist.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher
Bedeutung.
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1 zeigt
ein als Leistungshalbleitermodul ausgebildetes Elektronikmodul 1 mit
elektrischen Anschlusselementen 30, das in einem Gehäuse 50 angeordnet
und mit einem als Leiterkarte ausgebildeten Träger 10 verbunden ist.
Das Gehäuse
weist einen Deckel 51 auf, über den das Elektronikmodul 1 mit
einem Kühlkörper 2 in
thermischem Kontakt steht.
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Die
elektrischen Anschlusselemente 30 dienen zum elektrischen
Anschluss des Elektronikmoduls 1 mit dem Träger 10.
Um daneben auch eine hinreichende mechanische Stabilität der Verbindung zwischen
dem Elektronikmodul 1 und dem Träger 10 zu gewährleisten,
sind Hülsen 20 vorgesehen,
in die die Anschlusselemente 30 eingeführt sind.
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Jede
der Hülsen 10 ist
ihrerseits ausgehend von der Innenseite 52 des Gehäuses 50 so
weit in eine Öffnung 54 des
Gehäuses 50 eingebracht,
bis ein als kragenförmiger
Anschlag 23 ausgebildetes Ende der Hülse 20 formschlüssig am
Gehäuse 50 anliegt.
Die Öffnung 54 ist
entsprechend trichterartig ausgebildet, was das Einführen der
Hülse 20 erleichtert.
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Abweichend
davon kann der Anschlag 23 auch beliebige andere Formen
aufweisen. Ein in vollständig
eingeführtem
Zustand formschlüssig
am Gehäuse 50 anliegender
Anschlag 23 der Hülse 20 ist vorteilhaft,
jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Hülse 20 kann beispielsweise
auch ein Außengewinde
aufweisen, mittels dem es in das Gehäuse 50 eingeschraubt
ist. Ebenso muß der
Anschlag 23 nicht notwendigerweise an einem Ende der Hülse 20 angeordnet
sein. Beispielsweise kann es sich auch um eine Verbreiterung wie
z.B. eine Stufe im Bereich zwischen den Enden der Hülse 20 handeln.
Ein Anschlag kann beispielsweise auch durch eine maximal mögliche Einschraubtiefe
der Hülse 20 in
das Gehäuse 50 gegeben
sein.
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Das
dem Anschlag 23 gegenüberliegende Ende 21 der
Hülse 20 ist
durch die Öffnung 54 des Gehäuses hindurchgeführt. Die
Hülse 20 weist
eine dem Träger 10 zugewandte
Fläche 22 auf,
die gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung an dem dem Träger 10 zugewandten
Ende 21 der Hülse 20 angeordnet
und stumpf mit der der Hülse 20 zugewandten
Seite 12 des Trägers 10 verbunden
ist. Das Ende 21 ist dabei nicht in die Öffnung 54 des
Trägers 10 eingeführt.
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Das
elektrische Anschlusselement 30 ragt über das Ende 21 der
Hülse 20 hinaus
und reicht durch eine durch ein Lötauge gebildete Öffnung 13 des
Trägers 10 hindurch.
Sowohl das elektrische Anschlusselement 30 als auch die
Hülse 20 sind
mittels eines Lotes 40 mit dem Träger 10 verbunden.
Hierdurch kommt es zu einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen
dem elektrischen Anschlusselement 30 und dem Lötauge sowie
einer nicht dargestellten, mit dem Lötauge verbundenen Leiterbahn
des Trägers 10.
Gleichzeitig wird die mechanische Verbindung zwischen dem Elektronikmodul 1 und
dem Träger 10 verstärkt, da
die Hülse 20 einerseits
fest mit dem Träger 10 verbunden
ist und andererseits durch das Gehäuse 50 eine Führung erfährt, so
dass ein Verkippen zwischen dem Gehäuse 50 und der Hülse 20 ausgeschlossen
ist und da das Elektronikmodul 1 des Weiteren in dem Gehäuse 50 befestigt
ist. Das elektrische Anschlusselement 20 ist damit zumindest auf
seinem zwischen dem Träger 10 und
dem Gehäuse 50 befindlichen
Abschnitt von der Hülse 20 umgeben.
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Die
Montage erfordert keinen zusätzlichen Prozessschritt
für die
Befestigung des Elektronikmoduls 1 und/oder des Kühlkörpers 2 und/oder
des Gehäuses 50 mit
dem Träger 10,
sondern erfolgt zusammen mit der Verlötung des elektrischen Anschlusskontaktes 30 mit
dem Lötauge 11.
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Zusätzliche
Prozessschritte bestehen lediglich im Einbringen der Hülse 20 in
die Öffnung 54 des Gehäuses 50 und
ggf. in der Herstellung einer festen Verbindung zwischen der Hülse 20 und
dem Gehäuse 50.
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2 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt
A von 1 vor dem endgültigen
Zusammenfügen
des Trägers 10,
der Hülse 20 und
des elektrischen Anschlusselementes 30.
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Der
Träger 10 weist
eine durch ein Lötauge 11 gebildete Öffnung 13 auf.
Das elektrische Anschlusselement 30 wird mit seinem dem
Elektronikmodul abgewandten Ende 31 in die Hülse 20 eingeführt, bis
es dessen Ende 21 überragt.
Die Öffnung 13 ist
so bemessen, dass zwar das Ende 31 des elektrischen Anschlusselementes 30,
nicht jedoch die Hülse 20 hindurchgeführt werden
kann. Die Pfeile 60, 61 zeigen die Einführrichtung
der Hülse 20,
der Pfeil 62 die Einführrichtung
des elektrischen Anschlusselementes 30.
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Nachdem
das elektrische Anschlusselement 30 vollständig in
die Hülse 20 sowie
in die Öffnung 13 des
Trägers 10 eingeführt ist,
liegt eine dem Träger 10 zugewandte
Fläche 22 der
Hülse 10,
die gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
am Ende 21 der Hülse 20 angeordnet
ist, bündig
an dem Lötauge 11 und
damit an der der Hülse 20 zugewandten
Seite 12 des Trägers 10 an.
Anschließend
können
das elektrische Anschlusselement 30 und die Hülse 20 mittels eines
Lotes mit dem Lötauge 11 verlötet und
dadurch mit dem Träger 10 verbunden
werden.
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Wie
im Ergebnis in 3 gezeigt, kriecht dabei das
Lot 40 zwischen das Lötauge 11,
die Hülse 20 und
das elektrische Anschlusselement 30. Damit ist die Hülse 20 stumpf
mit dem Träger 10 verbunden, wodurch
das Gehäuse 50,
das Elektronikmodul 1 und der Kühlkörper 2 (siehe hierzu 1)
stabil an dem Träger 10 befestigt
sind.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform einer
derartigen Verbindungsstelle ist in 4 dargestellt.
Der gezeigte Ausschnitt A entspricht den Ausschnitten A gemäß den 1 und 2.
Abweichend davon ist jedoch nicht nur das elektrische Anschlusselement 30,
sondern auch das Ende 21 der Hülse 20 in die Öffnung 13 eingeführt. Innerhalb
der Öffnung 13 ist
damit die Hülse 20 zwischen
dem elektrischen Anschlusselement 30 und dem Lötauge 11 angeordnet.
Die Hülse 20 ist
mittels eines Lotes 40 sowohl mit dem Lötauge 11 – und somit
mit dem Träger 10 – als auch
mit dem elektrischen Anschlusselement 30 verlötet.
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Eine
Kombination der in den 3 und 4 gezeigten
Ausführungsformen
einer Verbindung zwischen einem elektrischen Anschlusselement 30,
einer Hülse 20 und
einem Träger 10 ist
in 5 dargestellt. Der gezeigte Ausschnitt A entspricht
den Ausschnitten A gemäß den 1 bis 4.
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Die
Hülse 20 und
der Träger 10 weisen
einander zugewandte Flächen 12 bzw. 22 auf,
wobei die Fläche 12 der
Hülse 20 zwar
im Endbereich, jedoch nicht wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 direkt
am Ende 21 der Hülse 20 angeordnet
ist. Dadurch ist an der Hülse 20 eine
Stufe ausgebildet.
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Die
dem Träger 10 zugewandte
Fläche 22 der
Hülse 20 ist
mit der der Hülse 20 zugewandten Seite
des Lötauges 11 und
damit mit der der Hülse 20 zugewandten
Seite 12 des Trägers 10 mittels
eines Lotes 40 fest verbunden.
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Der
Durchmesser der Hülse 20 ist
an deren Ende 21 so weit reduziert, dass das dieses wie
dargestellt in die Öffnung 13 des
Trägers 10 eintreten oder
optional durch die Öffnung 13 hindurchtreten kann.
Die Hülse 20 ist
auf der Innenseite der Öffnung mit
dem Lötauge 11 mittels
eines Lotes 40 verlötet.
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Die
in 5 dargestellte Verbindung zwischen einer Hülse 20 und
einem Träger 10 ist
mechanisch besonders stabil, da die dazwischen ausgebildete Lötverbindung
im Vergleich zu den entsprechenden Lötverbindungen gemäß den 3 und 4 zum
Einen besonders großflächig und
zum Anderen gewinkelt ausgebildet ist, so dass in verschiedene Richtungen
auf die Verbindungsstelle einwirkende Kräfte besonders gut aufgefangen
werden.
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Wie
in allen Ausführungsbeispielen
gezeigt, verlaufen die Hülse 20 und
des elektrische Anschlusselement 30 bevorzugt koaxial zueinander.
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- 1
- Elektronikmodul
- 2
- Kühlkörper
- 10
- Träger
- 11
- Lötauge
- 12
- der
Hülse zugewandte
Seite des Trägers
- 13
- Öffnung des
Trägers
- 20
- Hülse
- 21
- dem
Träger
zugewandtes Ende der Hülse
- 22
- dem
Träger
zugewandte Fläche
der Hülse
- 23
- Anschlag
der Hülse
- 30
- elektrisches
Anschlusselement
- 31
- Ende
des elektrischen Anschlusselements
- 40
- Lot
- 50
- Gehäuse
- 51
- Deckel
- 52
- Innenseite
des Gehäuses
- 54
- Öffnung des
Gehäuses
- 60,
61
- Einführrichtung
der Hülse
- 62
- Einführrichtung
des elektrischen Anschlusselements
- A
- Ausschnitt