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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung, umfassend einen Montagekörper
und ein zu kühlendes elektronisches Bauteil, wobei zwischen
dem Montagekörper und dem zu kühlenden elektronischen
Bauteil ein Kühlmittelraum ausgebildet ist, derart, dass das
Kühlmittel unmittelbar an das zu kühlende elektronische
Bauteil heranführbar ist.
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Elektronische
Leistungsbauteile müssen häufig mit einem Kühlmittel
gekühlt werden. Üblicherweise werden die elektronischen
Leistungsbauteile auf einem Kühlkörper befestigt,
der Kühlmittelkanäle aufweist, durch die Kühlmittel
strömt. Dabei besteht jedoch der Nachteil, dass zwischen
dem zu kühlenden elektronischen Leistungsbauteil selbst
und dem Kühlmittel immer noch das Material des Kühlkörpers vorhanden
ist. Dies verhindert eine optimale Wärmeabfuhr aus dem
elektronischen Leistungsbauteil.
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Aus
der
DE 43 27 895 A1 ist
es bekannt, einen Kühlkörper mit einem Kühlmittelkanal
herzustellen, der auf einer Seite offen ist. Die Öffnung
des Kühlmittelkanals wird durch das zu kühlende
Bauteil abgedeckt, so dass das Kühlmittel unmittelbar mit dem
zu kühlenden Bauteil bzw. dessen Gehäuse in Kontakt
treten kann und dadurch Wärme aus dem elektronischen Bauteil
besser abgeführt werden kann. Nachteilig bei der in der
DE 43 27 895 A1 bekannten
Anordnung ist es, dass die Kontakte der elektronischen Bauteile
an der Oberseite der elektronischen Bauteile angeordnet sein müssen
und ein Kontakt zu einer Leiterplatte nur über zusätzliche
Leitungen oder Drähte hergestellt werden kann.
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Wünschenswert
ist es jedoch, die elektronischen Bauteile, die gekühlt
werden müssen, auch unmittelbar mit einer Leiterplatte
zu verbinden. Die Verwendung einer Leiterplatte schließt
eigentlich eine unmittelbare Kühlung des elektronischen
Bauteils aus.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung bereitzustellen,
die es ermöglicht, diesbezüglich Abhilfe zu schaffen.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch eine Anordnung der eingangs genannten Art,
wobei an dem Montagekörper zumindest eine Leiterplatte
angeordnet ist und das elektronische Bauteil wenigstens einen Kontaktanschluss
oder ein Bauteil der Leiterplatte elektrisch kontaktiert. Mit der
erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich,
das elektronische Bauteil unmittelbar zu kühlen, also das
Kühlmittel mit dem elektronischen Bauteil bzw. dessen Gehäuse
in Wärmeaustauschkontakt zu bringen. Gleichzeitig kann das
elektronische Bauteil elektrisch leitend mit der Leiterplatte bzw.
einem Kontaktanschluss oder einem Bauteil der Leiterplatte verbunden
sein. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Leiterplatte
selbst an dem Montagekörper angeordnet ist.
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Das
Bauteil kann beispielsweise ein Leistungshalbleiterbauelement sein,
das wiederum in einem Gehäuse angeordnet sein kann. Das
Kühlmittel kann unmittelbar an das Halbleiterbauteil bzw.
an dessen Gehäuse herangeführt werden. Insbesondere
ist die Anordnung vorteilhafterweise ausgestaltet, dass so wenig
Material wie möglich zwischen der Wärmequelle
selbst und dem Kühlmittel vorhanden ist. Der Montagekörper
kann aus einem Kunststoff, insbesondere PVC, ausgebildet sein.
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An
dem Montagekörper kann ein Strömungsraum für
das Kühlmittel vorgesehen sein, wobei der Strömungsraum
zumindest eine Öffnung aufweist, die durch das zu kühlende
elektronische Bauteil abgedeckt ist. Der Strömungsraum
kann durch Bohrungen und/oder Fräsungen in dem Montagekörper
ausgebildet sein. Der Strömungsraum kann in den Kühlmittelraum
münden bzw. ganz oder teilweise mit dem Kühlmittelraum übereinstimmen.
Insbesondere können an dem Montagekörper Ausnehmungen
vorgesehen sein, die ein- oder mehrseitig durch das zu kühlende
elektronische Bauteil selbst begrenzt sind, wobei Kühlmittel
diesen Ausnehmungen zuführbar ist.
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Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn an dem Montagekörper wenigstens
zwei Leiterplatten angeordnet sind und das elektronische Bauteil
wenigstens einen Kontaktanschluss und/oder ein Bauteil beider Leiterplatten
elektrisch kontaktiert. Insbesondere können auch beide
Leiterplatten an dem Montagekörper angeordnet sein, sodass
der Montagekörper mechanischer Träger und/oder
Verbindungselement der beiden Leiterplatten darstellt.
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Eine
besonders stabile Anordnung und eine besonders gute Abdichtung zwischen
elektronischem Bauteil und Montagekörper lassen sich erreichen,
wenn das elektronische Bauteil an dem Montagekörper befestigt
ist. Dabei sind unterschiedlichste Befestigungsmöglichkeiten
denkbar. Das elektronische Bauteil kann in den Montagekörper
eingesteckt sein, mit diesem verklebt sein, an diesem angeschraubt
sein oder mittels einer Halterung an dem Montagekörper
gehalten sein.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass das elektronische Bauteil an zumindest
einer Leiterplatte befestigt ist. Insbesondere kann durch die mechanische
Befestigung des elektronischen Bauteils an der Leiterplatte auch
der elektrische Kontakt zur Leiterplatte bzw. einem Kontaktanschluss
der Leiterplatte hergestellt werden.
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Wenn
an dem Montagekörper eine wärmeleitfähige
Trägerplatte vorgesehen ist, so können weitere
zu kühlende Bauteile auf der Trägerplatte angeordnet
werden und über den Montagekörper indirekt gekühlt
werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass durch den Montagekörper
bzw. die Kühlflüssigkeit, die durch den Montagekörper
strömt, eine unmittelbare Kühlung der Trägerplatte
erfolgt. Insbesondere können Bauteile mit geringerer Wärmeentwicklung auf
der Trägerplatte angeordnet werden und dadurch gekühlt
werden. Die Trägerplatte kann aus Aluminium oder Kupfer
ausgebildet sein.
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Die
direkte Kühlung der Trägerplatte kann dadurch
erfolgen, dass zwischen der Trägerplatte und dem Montagekörper
ein Kühlmittelraum vorgesehen ist, derart, dass Kühlmittel
unmittelbar an die Trägerplatte heranführbar ist.
In gleicher Weise wie das zu kühlende elektronische Bauteil
kann die Trägerplatte einen Raum oder eine Ausnehmung des Montagekörpers
begrenzen, wobei Kühlmittel in diesen Raum eingeführt
werden kann. Dadurch erfolgt eine Kühlung der Trägerplatte.
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Wenn
der Montagekörper bezüglich einer Mittenebene
symmetrisch ausgebildet ist, können zu kühlende
elektronische Bauteile an gegenüberliegenden Seiten des
Montagekörpers angeordnet werden. Dies bedeutet auch, dass
Leiterplatten an gegenüberliegenden Seiten des Montagekörpers
angeordnet werden können. Dadurch ergibt sich ein doppelter
Nutzen des Montagekörpers. Der Montagekörper kann
Träger und Verbindungselement für mehrere Leiterplatten
darstellen. Somit ergibt sich eine Platz sparende Anordnung der
Leiterplatten und der zu kühlenden Bauelemente. Wenn die
Anordnung in einem Leistungsgenerator verwendet wird, können auf
diese Art und Weise mehrere Leiterplatten zusammengeschaltet werden,
so dass eine erhöhte Ausgangsleistung generiert werden
kann.
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Die
Anordnung kann skalierbar sein. Durch Verdoppelung der Breite des
Montagekörpers kann beispielsweise die doppelte Anzahl
von elektronischen Bauteilen an dem Montagekörper angeordnet und
dadurch gekühlt werden.
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Zumindest
eine Anschlussfahne des elektronischen Bauteils kann mit einem Kontaktanschluss der
zumindest einen Leiterplatte verlötet sein. Dadurch kann
es jedoch zu Spannungen in der Anordnung kommen. Alternativ kann
daher eine klemmende Kontaktierung zumindest einer Anschlussfahne des
elektronischen Bauteils mit einem Kontaktanschluss der zumindest
einen Leiterplatte vorgesehen sein. Die thermische Wechsellast hoch
belasteter Bauteilanschlüsse kann durch diese Art der Kontaktierung
aufgefangen werden. Außerdem ist eine klemmende Kontaktierung
einfach lösbar, so dass die elektronischen Bauteile einfach
ausgetauscht werden können. Auch die Montage der elektronischen
Bauteile und die Kontaktierung der elektronischen Bauteile kann
unter Umständen schneller erfolgen als mittels Löten.
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Die
klemmende Kontaktierung kann dadurch realisiert werden, dass eine
wenigstens eine Anschlussfahne mit einem Kontaktanschluss der Leiterbahn
in elektrisch leitendem Kontakt haltende Halterung vorgesehen ist.
Durch die Halterung kann insbesondere die Anschlussfahne mechanisch
niedergedrückt werden und in Kontakt mit einem Kontaktanschluss
der Leiterplatte gehalten werden.
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Die
Halterung kann an der Leiterplatte befestigt sein, insbesondere
mit dieser verschraubt sein. Alternativ kann die Halterung als Abdeckhaube
für das elektronische Bauteil ausgebildet sein und an dem
Montagekörper befestigt sein, insbesondere mit diesem verschraubt
sein. Dabei kann eine Durchgangsöffnung des elektronischen
Bauteils verwendet werden, um ein Befestigungsmittel, wie eine Schraube,
durchzuführen und mit dem Montagekörper zu verschrauben.
Durch die Halterung, insbesondere wenn diese als Abdeckhaube ausgebildet
ist, kann das elektronische Bauteil an dem Montagekörper und/oder
der Leiterplatte gehalten werden und gleichzeitig die Kontaktierung
der Kontaktanschlüsse einer oder mehrerer Leiterplatten
durch eine oder mehrere Anschlussfahne des elektronischen Bauteils sichergestellt
werden.
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An
der Halterung kann ein nachgiebiges Material vorgesehen sein, das
auf die Anschlussfahne(n) drückt. Durch das nachgiebige
Material kann zum einen genügend Druck auf die Anschlussfahne(n)
ausgeübt werden, um diese zuverlässig in Kontakt
mit einem Kontaktanschluss zu halten. Andererseits kann durch die
Nachgiebigkeit des Materials vermieden werden, dass ein zu großer
Druck auf die Anschlussfahne ausgeübt wird und diese beschädigt wird.
Das nachgiebige Material kann beispielsweise als flexibles Silikonband
ausgebildet sein.
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Es
kann ein Federelement insbesondere an der Leiterplatte vorgesehen
sein, das die Anschlussfahne gegen einen Kontaktanschluss der Leiterplatte drückt
oder selbst den Kontaktanschluss darstellt. Das Federelement kann
den Kontaktanschluss der Leiterplatte berühren. Eine Anschlussfahne
kann zwischen den Kontaktanschluss der Leiterplatte und das Federelement
unter teilweiser Verdrängung des Federelements eingeschoben
werden. Dadurch wird die Anschlussfahne über das Federelement
an der Leiterplatte gehalten.
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Wenn
zwei Federelemente vorgesehen sind, kann die Anschlussfahne zwischen
die Federelemente unter Verdrängung der Federelemente eingeschoben
werden. Dadurch erfolgt eine zuverlässigere Klemmung der
Anschlussfahne. Die Klemmung der Anschlussfahne durch die Federelemente
kann ausreichend sein, um das elektronische Bauteil mechanisch an
der Leiterplatte zu befestigen bzw. zu halten.
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Die
Leiterplatte kann eine Ausnehmung aufweisen, in der das oder die
Federelemente angeordnet sind. Dadurch sind die Federelemente geschützt angeordnet.
Die Federelemente können die Kontaktanschlüsse
der Leiterplatte darstellen.
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Vorzugsweise
sind die Anschlussfahnen und die Kontaktanschlüsse aus
unterschiedlichem aber zueinander kompatiblem Material ausgebildet.
Unter kompatiblem Material wird dabei Material verstanden, das nicht
auf Grund von elektrochemischer oder temperaturabhängiger
Spannungsausbildung zur Korrosion neigt. Besonders vorteilhaft ist
dabei zumindest bei einem Kontaktanschluss eine Goldbeschichtung.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der
Figuren der Zeichnung die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen,
und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können
je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination
bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
schematisch dargestellt und werden nachfolgend mit Bezug zu den
Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Anordnung;
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2 eine
zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung;
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3 eine
Variante der Kontaktierung der Anschlussfahnen des elektronischen
Bauteils;
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4 eine
alternative Variante der Kontaktierung der Anschlussfahnen.
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1 zeigt
in einer Schnittdarstellung der Leiterplatten und Seitenansicht
der elektronischen Bauelemente eine erfindungsgemäße
Anordnung 10, die einen Montagekörper 11 und
daran angeordnete zu kühlende elektronische Bauteile 12, 13 umfasst. An
dem Montagekörper 11 sind weiterhin Leiterplatten 14 bis 17 angeordnet.
Der Montagekörper 11 ist bezüglich einer
Mittenebene 18 symmetrisch ausgebildet. Insbesondere ist
die gesamte Anordnung 10 bezüglich der Mittenebene 18 symmetrisch
ausgebildet. Zwischen den elektronischen Bauelementen 12, 13 und
dem Montagekörper 11 ist jeweils ein Kühlmittelraum 19, 20 ausgebildet,
durch den ein Kühlmittel strömen kann. Somit erfolgt
eine direkte Kühlung der elektronischen Bauteile 12, 13,
da das Kühlmittel unmittelbar mit den elektronischen Bauteilen 12, 13 in Kontakt
treten kann und von diesen Wärme aufnehmen kann.
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Bei
den elektronischen Bauteilen 12, 13 kann es sich
um Leistungshalbleitermodule handeln, die ein Gehäuse aufweisen,
welches in diesem Fall unmittelbar mit dem Kühlmittel in
Berührung kommt. Das Kühlmittel kann den Kühlmittelräumen 19, 20 über
Strömungsräume 21 zugeführt
werden. Insbesondere kann der Strömungsraum 21 in
die Kühlmittelräume 19, 20 münden.
Auch die Kühlmittelräume 19, 20 können
als Strömungsräume betrachtet werden, die durch
elektronische Bauteile 19, 20 begrenzt werden.
Zwischen den elektronischen Bauteilen 19, 20 und
dem Montagekörper 11 können hier nicht
dargestellte Dichtungen vorgesehen sein, die ein Entweichen von
Kühlmittel verhindern.
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Anschlussfahnen 25–28 der
elektronischen Bauteile 19, 20 reichen bis in
den Bereich der Leiterplatten 14–17 und überlappen
diese. Insbesondere können die Anschlussfahnen 25–28 dabei
in Überdeckung mit Kontaktanschlüssen der Leiterplatten 14–17 (hier
nicht gezeigt) kommen. Es ist denkbar, die Anschlussfahne 25–28 mit
den Kontaktanschlüssen der Leiterplatten 14–17 zu
verlöten. Bevorzugt ist es jedoch, wenn eine Presskontaktierung
vorgenommen wird, also die Anschlussfahnen 25–28 klemmend
in Kontakt mit den Kontaktanschlüssen gehalten werden.
Zu diesem Zweck ist im Ausführungsbeispiel eine als Abdeckhaube
ausgebildete Halterung 29 vorgesehen (die dem elektronischen
Bauteil 13 zugeordnete Halterung ist nicht dargestellt).
Die Halterung 29 kann über ein als Schraube ausgebildetes Befestigungsmittel 30,
welches eine Durchgangsöffnung des elektronischen Bauteils 12 durchragt,
mit dem Montagekörper 11 verschraubt werden. Dadurch
wird zum einen das elektronische Bauteil 12 am Montagekörper 11 in
seiner Lage festgelegt und gleichzeitig werden die Anschlussfahnen 25, 26 über die
Halterung 29 in Kontakt mit den Kontaktanschlüssen
gebracht und gehalten. An der Halterung 29 ist nachgiebiges
Material 31, 32 vorgesehen, welches auf den Anschlussfahnen 25, 26 zu
liegen kommt, wenn die Halterung 29 montiert ist. Das nachgiebige Material 31, 32 kann
insbesondere als flexibles Silikonband ausgebildet sein.
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Zu
erkennen ist außerdem, dass die Halterung 29 in
ihrer Form an das elektronische Bauteil 12 angepasst ist,
so dass es dieses vollständig übergreift und zuverlässig
in seiner Lage fixieren kann. Bei dieser Art der Befestigung können
außerdem die Leiterplatten 14, 15 gleichzeitig
mit eingeklemmt werden, so dass auch eine mechanische Fixierung
der Leiterplatten 14, 15 an dem Montagekörper 11 erfolgt.
Hieraus wird auch deutlich, dass der Montagekörper 11 als
mechanischer Träger sowohl für die Leiterplatten 14, 15 als
auch das elektronische Bauteil 12 fungiert und außerdem
ein Verbindungselement zwischen den Leiterplatten 14, 15 darstellt.
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Die
Kontaktanschlüsse der Leiterplatten 14, 15 können
mit Leiterbahnen verbunden sein, die wiederum zu zusätzlichen
Bauteilen 33, 34 der Leiterplatten 14, 15 führen
und das elektronische Bauteil 12 mit diesen Bauteilen verbindet.
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Es
kann weiterhin eine Trägerplatte 35 vorgesehen
sein, die ebenfalls an dem Montagekörper 11 angeordnet
ist. Die Trägerplatte 35 kann aus Aluminium oder
Kupfer ausgebildet sein und unmittelbar mit dem Kühlmittel
in Berührung kommen, so dass die Trägerplatte 35 ebenfalls über
den Montagekörper 11 und das Kühlmittel
gekühlt wird. Auf der Trägerplatte 35 können
ebenfalls elektronische Bauteile angeordnet werden, die nicht so
stark gekühlt werden müssen, wie die elektronischen
Bauteile 12, 13. Als Kühlmittel kommt
insbesondere Kühlwasser in Frage. Der Montagekörper 11 kann
aus PVC ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Montagekörper 11 aus elektrisch
isolierendem Material ausgebildet.
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Bei
der Ausführungsform einer Anordnung 100 gemäß der 2 werden
die Anschlussfahnen 25, 26 des zu kühlenden
elektronischen Bauteils 12 über alternative Halterungen 101, 102,
die mit den Leiterplatten 14, 15 verschraubt sind,
eingeklemmt und somit in elektrisch leitendem Kontakt mit Kontaktanschlüssen
der Leiterplatten 14, 15 gehalten. Über die
Halterungen 101, 102 wird das elektronische Bauteil 12 auch
mechanisch an den Leiterplatten 14, 15 gehalten
bzw. daran befestigt. Es ist keine zusätzlich Befestigung
des elektronischen Bauteils 12 nötig. Insbesondere
muss das elektronische Bauteil 12 nicht unmittelbar an
dem Montagekörper 11 befestigt sein. Als Schrauben
ausgebildete Befestigungsmittel 103, 104 durchragen
die Halterungen 101, 102. Die oberhalb der Mittenebene 18 gezeigten
Elemente können spiegelbildlich auch an der Unterseite
des Montagekörpers 11 angeordnet sein.
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In
der 3 ist eine alternative Möglichkeit der
Kontaktierung gezeigt. Die Leiterplatte 15 weist eine Ausnehmung 110 auf,
in der ein Federelement 111 angeordnet ist. Das Federelement 111 kann
gegen eine Rückstellkraft ausgelenkt werden. Wird die Leiterplatte 15 in
Pfeilrichtung 112 mit der Ausnehmung 110 auf die
Anschlussfahne 26 aufgeschoben, so wird das Federelement 111 verdrängt.
Es hält die Anschlussfahne 26 klemmend. Das Federelement 111 kann selbst
als Kontaktanschluss der Leiterplatte 15 ausgebildet sein
oder ein Kontaktanschluss kann an der Unterseite der Ausnehmung 110 angeordnet sein,
so dass die Anschlussfahne 26 durch das Federelement 111 gegen
den Kontaktanschluss gedrückt wird.
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In
der 4 ist eine weitere Variante der Kontaktierung
dargestellt. In diesem Fall sind in der Ausnehmung 110 zwei
Federelemente 111, 115 angeordnet. Die Anschlussfahne 26 kann
zwischen die Federelemente 111, 115 eingeschoben
werden, wodurch die Anschlussfahne 26 klemmend gehalten wird.
Eines oder beide Federelemente 111, 115 können
als Kontaktanschluss der Leiterplatte 15 ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4327895
A1 [0003, 0003]