DE102006039260B4

DE102006039260B4 - Kühlanordnung, Elektronikmodul und Audioverstärker

Info

Publication number: DE102006039260B4
Application number: DE102006039260A
Authority: DE
Inventors: Frank Goemmel; Roland Hammer
Original assignee: Lear Corp GmbH
Current assignee: Lear Corp GmbH
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: US7336491B2; DE102006039260A1; US20070053164A1

Abstract

Kühlanordnung für auf einer Leiterplatte (20) angebrachte elektrische Bauelemente (22, 26),
wobei die Kühlanordnung einen Kühlkörper (10) aufweist, der zumindest eine Seitenwand mit einer äußeren Oberfläche (12), einen Boden (16), und Anbringungsflächen (18) für oberflächenmontierbare Bauelemente (22) aufweist,
wobei die elektrischen Bauelemente (22, 26) oberflächenmontierbare Bauelemente (22) und bedrahtete Bauelemente (26) umfassen,
wobei die bedrahteten Bauelemente (26) Wärme leitend mit der äußeren Oberfläche (12) der Seitenwand verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlkörper (10) einen äußeren Hohlraum (17) aufweist, der durch die äußere Oberfläche (12) der zumindest einen Seitenwand begrenzt ist, und in welchem die bedrahteten Bauelemente (26) angebracht sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für elektrische Bauelemente sowie ein Elektronikmodul und einen Audioverstärker.
Kühlanordnungen bzw. Wärmeabfuhrvorrichtungen, beispielsweise Kühlkörper, werden üblicherweise in der Elektronikindustrie eingesetzt, um Wärme von elektrischen Bauelementen abzuführen. Herkömmliche Kühlkörper bestehen aus einem Metallmaterial, das so ausgebildet ist, dass es extrudierte Profile aufweist, welche die Übertragung von Wärme von den elektrischen Bauelementen auf den Kühlkörper ermöglichen. In einigen Fällen besteht der Kühlkörper aus einem massiven Metallmaterial, das in der Nähe der elektrischen Bauelemente angebracht ist. Alternativ kann der Kühlkörper als ein Elektronikmodul ausgebildet sein, bei welchem die elektrischen Bauelemente in einem inneren Hohlraum des Kühlkörpers angeordnet sind. Ein Beispiel für diese alternative Ausführungsform umfasst Basslautsprecherverstärker, die üblicherweise in der Kraftfahrzeugindustrie eingesetzt werden. Bei einer derartigen Ausbildung weist der Kühlkörper ein extrudiertes Profil (innen und außen) auf, das mehrere äußere Rippen zum Abführen von Wärme von elektrischen Bauelementen aufweist, die in einem Hohlraum des Kühlkörpers eingeschlossen sind. Herkömmliche Elektronikbauelemente, die in dem Hohlraum des Kühlkörpers angebracht sind, umfassen oberflächenmontierbare Bauelemente (Oberflächenmontagevorrichtungen, SMD) undbedrahtete Bauelemente (mit Zuleitungen versehene Vorrichtungen).
SMDs sind Elektronikbauelemente, die Klemmenzuleitungen aufweisen, die ein Teil des Bauelementkörpers bilden, wodurch eine direkte Montage auf der Oberfläche einer Leiterplatte ermöglicht wird. Bedrahtete Bauelemente sind derartige Vorrichtungen, die über ihre elektrischen Zuleitungen in Löchern in der Leiterplatte angebracht werden. Herkömmlich wurde die Anbringung von SMDs und von bedrahteten Bauelementen in einem Kühlkörper unter Verwendung von Federn und Bolzen erzielt, die so ausgebildet waren, dass diese Bauelemente in dem Kühlkörper stabilisiert wurden. Zusätzlich können diese Federn und Bolzen auf inneren Vorsprüngen befestigt oder dort im Presssitz angebracht werden, und sind so ausgebildet, dass sie einen Kontakt zu den elektrischen Bauelementen herstellen. Man erkennt, dass das Erfordernis, Federn und Bolzen vorzusehen, die Herstellungs- und Zusammenbauzeit erhöht, die Kosten für die Baugruppe aus einem elektrischen Bauelement und einem Kühlkörper, und die Möglichkeit, dass eine Fehlfunktion bei dem Erzeugnis auftritt. Weiterhin vergrößert das extrudierte, innere Profil des herkömmlichen Kühlkörpers die Komplexität des Herstellungsvorgangs für den Kühlkörper.
Das US-Patent US 5,402,313 offenbart eine Kühlvorrichtung für elektronische Komponenten, wobei diese mittels einer Spiralfeder, die zwischen Vorsprüngen einer Abdeckung angebracht ist, gegen ein wärmeleitendes Gehäuse gedrückt werden. Die Lagerung der Spiralfeder erfordert allerdings eine komplexe Geometrie der Abdeckung und der Hohlraum bietet nur geringen Platz für elektronische Komponenten.
Die DE 197 01 731 A1 offenbart ein Steuergerät, in dem Leistungsbauelemente zwischen zwei Gehäuseteilen vorgesehen sind. Allerdings erlaubt diese Anordnung nur die Befestigung von parallel zu einer Leiterplatte bestückten Leistungsbauelementen zwischen den Gehäuseteilen. Weiterhin wird mittels dieser Anordnung nur ein relativ kleiner Hohlraum und damit eine geringe Wärmeabfuhr durch Konvektion erreicht.
Die EP 0 822 647 A1 offenbart ein Gehäuse, in und auf dem elektrische Bauteile angeordnet sind. Ein wärmeleitendes Medium durchströmt das Gehäuse. Allerdings ist die Befestigung der elektrischen Bauteile aufwendig, da hierfür individuelle Befestigungsmittel, wie z. B. Schrauben und Fixiermaterial, verwendet werden müssen.
Die nachveröffentlichte DE 10 2005 035 378 B3 offenbart eine Anordnung zum Kühlen von auf einer Leiterplatte angeordneten Bauelementen. Parallel zur Leiterplatte bestückte Bauelemente werden von einem Deckel auf eine zur Leiterplatte parallele Fläche eines Gehäuses gedrückt. Senkrecht zur Leiterplatte bestückte Bauelemente werden vom gleichen Deckel gegen eine zur Leiterplatte senkrecht verlaufende Fläche des Gehäuses gedrückt.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser und weiterer Nachteile herkömmlicher Kühlanordnungen entwickelt, und weist die Aufgabe auf, die elektrischen Bauelemente in einer von äußeren schädlichen Einflüssen geschützten Art anzuordnen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Kühlanordnung für elektrische Bauelemente gemäß Anspruch 1 zur Verfügung. Die Anordnung weist eine äußere Oberfläche auf, die dazu ausgebildet ist, auf ihr die elektrischen Bauelemente anzubringen, wobei die Bauelemente auf der äußeren Oberfläche angebracht werden, um die Übertragung von Wärme von den elektrischen Bauelementen zur Kühlanordnung und zur Umgebungsluft zu ermöglichen. Die Kühlanordnung kann weiterhin eine innere Oberfläche aufweisen, die einen Hohlraum in der Kühlanordnung festlegt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1A–1C Ansichten einer Kühlanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2A–2D mehrere Ansichten einer alternativen Ausführungsform einer Kühlanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im einzelnen geschildert.
In 1A ist eine Querschnittsansicht einer Kühlanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein Kühlkörper 10 weist eine äußere Oberfläche 12 und eine innere Oberfläche 14 auf. Wie Fachleute auf diesem Gebiet wissen, kann der Kühlkörper 10 aus einem Metallmaterial wie beispielsweise Kupfer, Aluminium und dergleichen bestehen. Die innere Oberfläche 14 legt einen Hohlraum 15 fest, in welchem elektrische Bauelemente aufgenommen werden können. Der Hohlraum 15 weist eine untere Hohlraumoberfläche als Boden 16 und eine obere Hohlraumoberfläche als Anbringungsfläche 18 auf, vorgegeben durch die innere Oberfläche 14.
Die äußere Oberfläche 12 bildet weiterhin einen Seitenhohlraum bzw. äußeren Hohlraum 17 aus. Daher können elektrische Bauelemente, beispielsweise bedrahtete Bauelemente 26, auf einer äußeren Oberfläche 12 des Kühlkörpers 10 angebracht werden. Eine Leiterplatte (PCB) 20 kann in dem Kühlkörper 10 angeordnet sein, zur Anbringung von oberflächenmontierbaren Bauelementen (SMDs) 22 und von bedrahteten Bauelementen 26. Ein bedrahtetes Bauelement 26 ist an die PCB 20 über Zuleitungen 26a angeschlossen. Das bedrahtete Bauelement 26 kann an der äußeren Oberfläche 12 unter Verwendung einer Paste angebracht werden, die zwischen dem bedrahteten Bauelement 26 und der äußeren Oberfläche 12 angeordnet ist.
Weiterhin berührt bei einer Ausführungsform zumindest eine Seite des SMD 22 die obere Hohlraumoberfläche 18, wodurch die Abfuhr von Wärme von dem SMD 22 zum Kühlkörper 10 ermöglicht wird. Eine Abdeckung 28, die einen oberen Abdeckungsabschnitt 28b und einen seitlichen Abdeckungsabschnitt 28c aufweist, umschließt den Hohlraum 15 und den seitlichen Hohlraum 17. Die Abdeckung 28 weist Vorsprünge 28a auf, die eine Wärmeabfuhrkontaktoberfläche für das SMD 22 und das bedrahtete Bauelement 26 zur Verfügung stellt.
In 1B ist eine Perspektivansicht der Kühlanordnung 10 mit Ausnahme der PCB 20 und der Abdeckung 28 dargestellt. 1B erläutert eine Ausführungsform, bei welcher mehrere SMDs 22 so ausgebildet sind, dass sie eine einzelne Reihe auf der oberen Hohlraumoberfläche 18 ausbilden. Weiterhin sind mehrere bedrahtete Bauelemente 26 in dem äußeren Hohlraum 17 angebracht, der durch die äußere Oberfläche 12 festgelegt wird. Wie in beiden 1A und 1B gezeigt, benötigt die innere Oberfläche 14 des Kühlkörpers 10, welche die untere Hohlraumoberfläche 16 und die obere Hohlraumoberfläche 18 umfasst, keine Befestigungsvorrichtungen (beispielsweise Bolzen und Federn) zur Anbringung von SMDs 22. Weiterhin ist es nicht erforderlich, bei der inneren Oberfläche 14 Verlängerungen oder Vorsprünge vorzusehen. Darüber hinaus ist es bei der Anbringung von bedrahteten Bauelementen 26 an der äußeren Oberfläche 12 nicht erforderlich, Verlängerungs- oder Befestigungsvorrichtungen vorzusehen. Die Anbringung der bedrahteten Bauelemente 26 an der äußeren Oberfläche 12 erfordert daher keine Ver längerungen oder Befestigungsvorrichtungen. Daher wird der Vorgang der Herstellung des Kühlkörpers 10 und des Zusammenbaus des Kühlkörpers 10 mit den elektrischen Bauelementen verbessert, im Vergleich zu herkömmlichen Kühlkörpern.
In 1C ist eine Perspektivansicht der Kühlanordnung dargestellt, wobei an dem Kühlkörper 10 die Abdeckung 28 angebracht ist. Wie voranstehend erwähnt, weist die Abdeckung 28 mehrere Vorsprünge 28a auf. Daher weisen sowohl der obere Abdeckungsabschnitt 28b als auch der seitliche Abdeckungsabschnitt 28c beide Vorsprünge 28a auf. Andere Ausführungsformen können mehr oder weniger Vorsprünge 28a aufweisen. 1C zeigt weiterhin mehrere Montageöffnungen 28, welche die Anbringung der Abdeckung 28 an dem Kühlkörper 10 ermöglichen.
In 2A ist eine Querschnittsansicht in Explosionsdarstellung einer alternativen Ausführungsform der Kühlanordnung 10 mit der Abdeckung 28 dargestellt. Die in 2A dargestellte Ausführungsform weist einen Kühlkörper 10 mit mehreren oberen Hohlraumoberflächen 18 auf. SMDs 22 können unverändert auf einer oberen Hohlraumoberfläche 18 oder auf beiden oberen Hohlraumoberflächen 18 angebracht werden. Bedrahtete Bauelemente 26 sind ebenfalls in dem Hohlraum 17 angebracht, der durch die äußere Oberfläche 12 festgelegt wird. Jede Reihe von SMDs 22 ist an der PCB 20 angebracht. Daher berührt eine Seite der SMDs 22 obere Hohlraumoberflächen 18. Vorsprünge 28a, wie sie voranstehend geschildert wurden, sind so ausgebildet, dass sie eine Wärmeabfuhrkontaktoberfläche für SMDs 22 über die PCB 20 zur Verfügung stellen. Weiterhin ist jeder Vorsprung 28a, der mit dem seitlichen Abdeckungsabschnitt 28c vereinigt ist, ebenfalls dazu ausgebildet, eine Wärmeabfuhrkontaktoberfläche für die bedrahteten Bauelemente 26 zur Verfügung zu stellen.
In 2B ist eine Kühlanordnung 10 in Perspektivansicht dargestellt. Wie voranstehend geschildert, kann der Kühlkörper 10 mehrere, obere Hohlraumoberflächen 18 zur Anbringung von SMDs 22 auf diesen aufweisen. 2B zeigt weiterhin eine Verbinderklemme 30, die den Anschluss der elektrischen Bauelemente, die mit dem Kühlkörper 10 verbunden und vereinigt sind, an eine Stromversorgungsquelle oder an andere, benachbarte Systeme ermöglicht.
In 2C ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des äußeren Hohlraums 17 dargestellt. Wie man sieht, ist ein bedrahtetes Bauelement 26, das auf der äußeren Oberfläche 12 angebracht ist, an die PCB 20 über Zuleitungen 26a angeschlossen. Weiterhin umschließt der seitliche Abdeckungsabschnitt 28c den Hohlraum 17, und weist einen Vorsprung 28a auf, welcher in Kontakt mit dem bedrahteten Bauelement 26 steht, um Wärme abzuführen.
In 2D ist eine Kühlanordnung dargestellt, die eine Abdeckung 28 aufweist, die an dem Kühlkörper 10 angebracht ist. Wie voranstehend geschildert, weist die Abdeckung 28 mehrere Vorsprünge 28a auf, die dazu ausgebildet sind, eine Kontaktoberfläche für elektrische Bauelemente zur Verfügung zu stellen, die an dem Kühlkörper 10 angebracht sind. Die Abdeckung 28 weist einen zusätzlichen Vorsprung 28a auf, welcher die Kontaktoberfläche für die zusätzliche Reihe von SMDs 22 (2B) zur Verfügung stellt. Daher wird eine Verbinderklemme 30 zum Verbinden des Kühlkörpers 10 und der elektrischen Bauelemente mit benachbarten, elektrischen Systemen oder Vorrichtungen dargestellt.

Claims

Kühlanordnung für auf einer Leiterplatte (20) angebrachte elektrische Bauelemente (22, 26), wobei die Kühlanordnung einen Kühlkörper (10) aufweist, der zumindest eine Seitenwand mit einer äußeren Oberfläche (12), einen Boden (16), und Anbringungsflächen (18) für oberflächenmontierbare Bauelemente (22) aufweist, wobei die elektrischen Bauelemente (22, 26) oberflächenmontierbare Bauelemente (22) und bedrahtete Bauelemente (26) umfassen, wobei die bedrahteten Bauelemente (26) Wärme leitend mit der äußeren Oberfläche (12) der Seitenwand verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10) einen äußeren Hohlraum (17) aufweist, der durch die äußere Oberfläche (12) der zumindest einen Seitenwand begrenzt ist, und in welchem die bedrahteten Bauelemente (26) angebracht sind.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bedrahteten Bauelemente (26) unter Verwendung einer Paste angebracht sind, die zwischen dem bedrahteten Bauelement (26) und der äußeren Oberfläche (12) angeordnet ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeckung (28) vorgesehen ist, die an dem Kühlkörper (10) anbringbar ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (28) einen Vorsprung (28a) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine Kontaktoberfläche für die oberflächenmontierbaren Bauelemente (22) zur Verfügung zu stellen.
Kühlanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (20) zwischen dem Vorsprung (28a) und den oberflächenmontierbaren Bauelementen (22) angeordnet ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (28) einen seitlichen Abdeckungsabschnitt (28c) aufweist, der einen Vorsprung (28a) aufweist, der in Kontakt mit dem bedrahteten Bauelement (26) ist.
Elektronikmodul mit einer Kühlanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Audioverstärker mit einer Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.